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23/06/2013 2
A disciplina de Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle, será
dividida em 2 (duas) partes, sendo :
Metrologia Aplicada (Dimensional);
Instrumentação e Controle.
Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle
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1. Importância da Metrologia;
2. Metrologia no dia-a-dia;
3. Sistema Internacional de Unidades;
4. Evolução dos Padrões de Medida;
5. Erros e Incertezas;
6. Instrumentos de Metrologia Dimensional;
7. Escalas, Trenas e Réguas;
8. Paquímetros;
9. Micrômetros;
10. Transferidores e goniômetros;
11. Conceitos Básicos de Instrumentação e Controle;
12. Medição de nível – conceitos e componentes;
13. Medição de pressão – conceitos e componentes;
14. Medição de fluxo/vazão – conceitos e componentes;
15. Medição de temperatura – conceitos e componentes;
16. Válvulas de controle e acessórios.
Conteúdo Programático
Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle
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Metrologia
A metrologia é a ciência da medição, e engloba
todos os fenômenos, instrumentos e
procedimentos envolvendo as medições e
unidades de medida. Trata dos conceitos básicos,
dos métodos, dos erros e sua propagação, das
unidades e dos padrões envolvidos na
quantificação de grandezas físicas.
23/06/2013 6 6
Metrologia no Desenvolvimento de Produtos
Desejos Especificações
• Projeto Mecânico
• Materiais
• Processos
• ...
Tradução
• Qualidade
• Beleza
• Custo
• ...
Mercado Mercado
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Especificações
técnicas do produto
Consumo
Potência
Torque
Velocidade
Aceleração
Carga máxima
Durabilidade
...
Especificações técnicas
dos componentes
Rigidez
Resistência
Dureza
Tenacidade
Dimensões
Forma
Rugosidade
...
Necessidades
Intercambiabilidade
Montagem
Funcionalidade
Confiabilidade
Segurança
Aparência
Especificações geométricas
Metrologia no Desenvolvimento de Produtos
23/06/2013 8 8
• Montagem
• Funcionalidade
• Segurança
• Estética
Dentre as especificações existe uma de fundamental importância para o
processo de produção: a especificação geométrica
• Geometria
• Dimensões
• Tolerâncias dimensionais
• Acabamento
Metrologia no Desenvolvimento de Produtos
23/06/2013 9 9
Metrologia é a ferramenta que atesta por meio
de medição, a qualidade de um processo, através
da conferência de padrões pré-estabelecidos
(normas, códigos, especificações, etc).
A medição é uma ação de COMUNICAÇÃO
Industrial !!!
Nós medimos para comunicar, corrigir e
melhorar continuamente...
Por que metrologia é importante?
23/06/2013 10 10
Desandador de macho
Dado uma peça mecânica qualquer: um desandador de machos!
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 12 12
Esta é a forma desejada!
- FAÇA!!!!
COMUNICAÇÃO
FALHA
Uma peça do desandador...
Controle Dimensional e da Qualidade
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O corpo do
desandador.
A comunicação é
mais completa e
efetiva.
Há forma e dimensão...
Podemos fazer. Mas como VERIFICAR
se as dimensões estão de acordo após a
fabricação?
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 14 14
Na área de industrial, tudo o que é fabricado obedece
a um PROJETO MECÂNICO
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 15 15
Especificação geométrica define as medidas ideais e os desvios
admissíveis, quais denominamos de Tolerâncias Dimensionais.
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 16 16
Se vivêssemos em um mundo ideal, a
fabricação seria perfeita!!!
PROJETO PROCESSOS PERFEITOS PEÇAS EXATAS
Máquina
Mão de obra Método
Meio Ambiente Matéria-prima
Medição
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 17 17
No mundo real, não existe fabricação perfeita.
É necessário verificar se as geometrias das peças
encontram-se dentro de desvios aceitáveis!!!
PROJETO PROCESSO IMPERFEITO PEÇAS COM
DIMENSÕES VARIADAS
Máquina
Mão de obra Método
Meio Ambiente Matéria-prima
Medição
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 18 18
PROCESSO
Maus Produtos
Eliminados Informações Para
Corrigir Processo
CONTROLE DE
QUALIDADE PROJETO
Controle Dimensional e da Qualidade
23/06/2013 20 20
Potência da
lâmpada
Temperatura da
geladeira Volume de leite Tempo de
cozimento
Velocidade do
automóvel
Pressão dos
pneus
Volume de
combustível
Quantidade de
arroz
Consumo de
energia
Tamanho do
peixe
Dimensões das
peças
Rotação do
motor
Horário do
despertador
Comprimento da
calça
Medições do dia a dia
23/06/2013 21 21
Por quais motivos se MEDE?
Monitorar...
Observar passivamente grandezas, afim de acompanhar, avaliar um
produto ou fase de um processo;
Controlar...
Observar de forma ativa, comparar e agir para manter dentro das
especificações um determinado produto ou fase de um processo;
Investigar...
Descobrir o novo, explicar, formular, parametrizar criar parâmetros
e/ou especificações técnicas.
23/06/2013 22 22
MONITORAR
Por quais motivos se MEDE?
23/06/2013 23 23
Medir
Comparar
Especificações
xxxx ± xx
yyyy ± yy
zzz ± z
Agir
CONTROLAR
Por quais motivos se MEDE?
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Trata dos padrões de medição internacionais e nacionais, dos
instrumentos laboratoriais e das pesquisas e metodologias científicas
relacionadas ao mais alto nível de qualidade metrológica.
Ela também é a responsável pela elaboração e edição de resoluções,
portarias e legislação.
INMETRO BIPM
Metrologia Científica
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Trata da aplicação da metrologia no controle dos processos produtivos
(industriais) na garantia da qualidade dos produtos finais.
Suas principais funções são:
Metrologia Industrial
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Investigação e validação de princípios;
Desenvolvimento e otimização do produtos;
Conferência da qualidade de um produto frente ao projeto inicial;
Metrologia Industrial
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Controle de processos e de produtos em produção seriada;
Segurança operacional de processos;
Redução de custos (retrabalhos, processos, etc).
Metrologia Industrial
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Trata da proteção ao consumidor em relação às unidades de medida,
métodos e instrumentos de medição, de acordo com as exigências
técnicas e legais obrigatórias.
Ela faz valer a presença e adoção das resoluções, códigos e portarias
elaboradas pela metrologia científica.
Metrologia Legal
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1.Desenvolvimento os primeiros núcleos de
sociedade
2.Desenvolvimento da capacidade de
contagem
126
= 20 IIIIIIIII
IIIIIIIIIIII
CCCXXIII =
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 38 38
3. Desenvolvimento da capacidade de medir.
4. Desenvolvimento do comércio entre grupos vizinhos (aperfeiçoamento das unidades)
10 bv 1 bv = 1 barril de vinho
Padronização do barril
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 39 39
05 Bananas 1 kg de Bananas
Grama (g): Unidade de medição
bem definida, reconhecida e aceita
por todos.
Contagem Medição
X
Evolução humana da contagem à medição...
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 40 40
No princípio...
3 “pedras” de banana
Unidade não difundida e não aceita
Padrões sem uniformidade e precisão
As unidades de medida eram definidas de maneira
arbitrária, variando de um país para outro, dificultando
as transações comerciais e o intercâmbio científico
entre eles.
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 41 41 As primeiras unidades de medidas de comprimento usadas pelo homem são
antropométricas.
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 42 42
1 côvado = aprox. 66 cm
(ou média de 3 palmos)
1 cúbito = aprox. 52 cm (ou braço,
do cotovelo a ponta do dedo)
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 43 43
No Egito
Cúbito-padrão
Pedra
Cúbito-padrão
Madeira
Cúbito-padrão
Gravado nas Paredes
O início da metrologia dimensional...
23/06/2013 44 44
Século XVII (1600...)
A França padroniza a Toesa de Chatelêt: barra de ferro com dois ressaltos, que ficava
fixada no muro denominado de grande Chatelet, próximo a Paris, para que cada cidadão
pudesse controlar seus instrumentos de medida.
Revolução Francesa (1789)
• A revolução Francesa derrubou (e decapitou) a monarquia.
• Ruptura com antigos padrões, inclusive os de medida.
• Liberdade, Igualdade e Fraternidade.
• Definições científicas para padrões dimensionais.
= 6 pés
O metro.
23/06/2013 45 45
1795
1799
L
10.000.000 = 1 metro
L
Decreto da Assembléia Francesa dá origem ao Metro (m)
Platina
O metro seria igual a décima milionésima parte de ¼
do meridiano terrestre
O metro.
23/06/2013 46 46
O metro é a distância entre dois extremos da barra
de platina depositada nos Arquivos da França
apoiada nos pontos de mínima flexão na
temperatura de 0°C.
Por causa desta incerteza foi definido na época uma nova
definição para o metro:
O metro.
23/06/2013 47 47
Por causa de inconvenientes no “metro dos arquivos” foi feita
uma evolução...
• Seção transversal em prisma “X”
• Platina com adição de 10% de irídio;
• Dois traços em seu plano neutro
O metro.
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Assim em 1889, surgiu a terceira definição do
metro...
O metro é a distância entre os eixos de dois traços principais
marcados na superfície neutra do padrão internacional
depositado no B.I.P.M. (Bureau Internacional des Poids et
Mésures), na temperatura de 0oC e sob uma pressão
atmosférica de 760 mmHg e apoiado sobre sues pontos de
mínima flexão
O metro.
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A quarta realização do metro (1960)
A quinta e última realização do metro (1983)
1 metro é igual a 1.650.763,73 comprimentos
de onda, no vácuo, da radiação correspondente
a transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo
de criptônio 86.
Laser 1 metro
O Metro é o comprimento do trajeto
percorrido pela luz no vácuo durante
0,0000000033356 segundos.
O metro.
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O Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz
no vácuo durante o intervalo de tempo igual a:
1
_____________________________________
299.792.458
segundos
Então....
O metro.
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11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em 1960.
Disponível em:
http://www1.bipm.org/en/si/si_brochure/
O Sistema Internacional de Unidades
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1. As relações internacionais são extremamente facilitadas quando não é
necessário converter unidades.
2. Tecnologicamente tornam-se possíveis produtos globalizados. Partes
produzidas em diferentes países podem ser combinadas para formar um
sistema complexo sem problemas de compatibilidade.
3. Evitam-se as incompatibilidades entre os sistemas de unidades: por exemplo,
parafusos com roscas métricas e porcas definidas no sistema inglês não são
compatíveis.
4. Devido à coerência com que as unidades do Sistema Internacional são
definidas as equações que descrevem fenômenos físicos são grandemente
simplificadas.
O Sistema Internacional de Unidades
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Fatores de Conversão
COMPRIMENTO
Sistema métrico:
1 m = 10 dcm = 100 cm = 1.000 mm (m → mm)
1 mm = 0,1 cm = 0,01 dm = 0,001 m (mm ← m)
Sistema imperial (americano/inglês):
1’ pé (foot) = 12” polegadas (inches)
3’ pés (feet) = 1 jarda (yard)
1 milha (statue mile) = 1.760 jardas (yards)
1 légua (league) = 3 milhas (miles)
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Fatores de Conversão
COMPRIMENTO
1 m = 39,37” (polegadas) 1” (polegada) = 0,0254 m;
1 m = 3,28’ (pés) 1’ (pé) = 0,3048m;
1 m = 1,09 (jardas) 1 (jarda) = 0,9144m;
1 km = 0,62 milhas 1 milha = 1,609 km;
1 km = 0,21 léguas 1 légua = 4,827 km.
23/06/2013 63 63
Cálculo de Área
ÁREA
Área do Quadrado: Aq = a x a = (a²)
Área do Retângulo: Ar = a x b = (a.b)
Área do Triângulo: At = b x h
2
Área do Trapézio: Atz = (B+b) x h
2
Área do Círculo: Ac = r x r x π = π . r²
Circunferência: Cf = r x 2 x π = (r x 6,2832)
π (r² x 3,1416)
23/06/2013 64 64
Fatores de Conversão
ÁREA
1 m² = 1.000 cm²
1m² = 1.000.000 mm²
1 m² = 1.550,0031”² (polegadas quadradas)
1 m² = 10,7639’² (pés quadrados)
1 km² = 1.000.000 m²
1 km² = 0,3863 milhas quadrados
1”² (polegada quadrada) = 645,16 mm² = 6,4516 cm²
1’² (pé quadrado) = 144”² (polegadas quadradas) = 0,09290304 m²
1 milha quadrada = 2,589 km²
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Cálculo de Volume
VOLUME
Volume do Cubo: Vcb = Abase x h;
Volume do Cilindro: Vcil = Abase x h;
Volume do Prisma: Vpr = Abase x h;
Volume da Pirâmide: Api = 1/3 (Ab x h);
Volume do Cone: Vco = 1/3 (Abase x h);
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Fatores de Conversão
VOLUME
1 cm³ = 1.000 mm³;
1 m³ = 1.000.000 cm³;
1 m³ = 1.000.000.000 mm³;
1 m³ = 1.000 litro;
1 cm³ = 0,061”³ (polegada cúbica);
1 m³ = 61.023,76”³ (polegadas cúbicas);
1 m³ = 35,3147’³ (pés cúbicos);
1 litro = 1.000 cm³;
1 ml (mililitro) = 0,001 litro;
1 ml (mililitro) = 1 cm³ (centímetro cúbico);
1 l (litro) = 0,2642 gal (galões americanos) = 0,22 imp.gal. (galões imperiais).
23/06/2013 67 67
Fatores de Conversão
VOLUME
1 pol³ (polegada cúbica) = 16.387 mm³ = 16,387 cm³
1 pé³ (pé cúbico) = 28.316,8 cm³ = 0,0283168 m³
1 pé³ (pé cúbico) = 7,48 gal. (galões americanos)
1 pol³ (polegada cúbica) = 0,016387 litros
1 pé³ (pé cúbico) = 28,31685 litros
1 gal. (galão americano) = 3,7854 litros = 3.785,4 cm³
1 imp. gal. (galão imperial) = 4,54 litros = 4.540,0 cm³
1 imp. gal. (galão imperial) = 1,199 gal. (galão americano)
1 fl.oz (fluid ounce = onça para fluído) = 29,57 ml = 29,57 cm³
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Fatores de Conversão
FORÇA
1 kg = 1.000 g
1 kg = 2,20458 lbs (libras)
1 kg = 35,27337 oz (onças)
1 Ton (tonelada métrica) = 1.000 kg
1 Ton (tonelada métrica) = 2.204,58 lbs
1 oz (onça) = 28,35 g
1 lb (libra) = 16 oz
1 lb = 453,6 g = 0,4536 kg
1 short ton = 907,1848 kg
1 long ton = 1.016 kg
23/06/2013 69 69
Fatores de Conversão
MASSA
1 kg = 1.000 g
1 kg = 2,20458 lbs (libras)
1 kg = 35,27337 oz (onças)
1 Ton (tonelada métrica) = 1.000 kg
1 Ton (tonelada métrica) = 2.204,58 lbs
1 oz (onça) = 28,35 g
1 lb (libra) = 16 oz
1 lb = 453,6 g = 0,4536 kg
1 short ton = 907,1848 kg
1 long ton = 1.016 kg
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Fatores de Conversão
PRESSÃO
atm = atmosfera física
1 atm = 1,013 bar
1 atm = 1,033 kgf/cm²
1 atm = 14,7 p.s.i.
bar = (1 bar = pressão atmosférica a nível do mar)
1 bar = 0,987 atm
1 bar = 1,02 kgf/cm²
1 bar = 14,5 p.s.i.
Pressão: P = F/A
23/06/2013 71 71
Fatores de Conversão
PRESSÃO
kgf/cm² = quilograma-força por centímetro quadrado
1 kgf/cm² = 0,97 atm
1 kgf/cm² = 0,98 bar
1 kgf/cm² = 14,2 p.s.i.
p.s.i. = libras por polegada quadrada (pounds per square inch)
1 p.s.i. = 0,068 atm
1 p.s.i. = 0,069 bar
1 p.s.i. = 0,070 kgf/cm²
23/06/2013 72 72
Fatores de Conversão
TEMPERATURA
Converter Celsius para Fahrenheit
(Cº x 1,8) + 32 = ºF
Converter Fahrenheit para Celsius
(ºF – 32) x 0,555 = ºC
Converter Celsius para Kelvin
K = C + 273
23/06/2013 74 74
Mudanças de unidade no sistema internacional, para múltiplos e/ou
submúltiplos
a) Maior para menor (multiplicar)
b) Menor para maior (dividir)
Ex.: Transformar 9,421 dm em centímetros (cm)
Solução: 9,421 dm 10 = 94,21 cm
Ex.: Transformar 33,9 mm em centímetros (cm)
Solução: 33,9 dm ÷ 10 = 94,21 cm
Conversão de Medidas
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Equivalência entre polegadas e milímetros
1” = 25,4 mm
Geralmente a polegada é apresentada na forma de fração
Pode também ser apresentada na forma milesimal
1” 2.34” 0.037” (atento ao “ponto”!!!)
Conversão de Medidas
23/06/2013 76 76
Converter 14.5” em milímetros
14,5 * 25,4 = 368,3 mm
Converter 5/8” em milímetros
(5 ÷ 8) * 25,4 = 15,875 mm
Converter 4 1/4” em milímetros
[ 4 + (1÷4) ] * 25,4 = 107,95 mm
Milímetro
Conversão de Medidas
Polegada Fracionária
23/06/2013 77 77
Milímetro Polegada Milesimal
Converter 203,2 mm
203,2 ÷ 25,4 = 8”
Converter 78,652 mm
78,652 ÷ 25,4 = 3.096535433”
(arredondando para 3 casas decimais)
3.097”
Conversão de Medidas
23/06/2013 78 78
Polegada Fracionária
Converter 3/4”
(3 ÷ 4) = 0.75”
Converter 2 5/16”
[ 2 + (5 ÷ 16)] = 2 + 0.3125 = 2.3125”
Conversão de Medidas
Polegada Milesimal
23/06/2013 79 79
Polegada Milesimal
Converter 0.750” na fração de 16 avos de polegada
0.750 * 16/16 = 12/16” (simplificando: ¾”)
Converter 0.125” na fração de 128 avos de polegada 0.125 *
128/128 = 16/128” (simplificando: 1/8”)
Conversão de Medidas
Polegada Fracionária
23/06/2013 80 80
Milímetros
Para converter de milímetros para polegadas em fração
ordinária devemos:
1. Multiplicar o valor em milímetros por 5,04 (5,04=128/25,4)
2. Se não der um número exato, “arredondar” para o mais próximo
3. Dividir este número por 128
4. Caso o numerados não seja ímpar, fazer a simplificação
Conversão de Medidas
Polegada Fracionária
23/06/2013 81 81
Polegada Fracionária
Ex: converter 11,33 mm em polegadas.
= 128
128
4,25
33,11 04,5
128
33,11
128
1032,57Arredondando... 128
57 ”
Milímetros
Conversão de Medidas