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2012

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23/06/2013 1

2012

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

23/06/2013 3 3

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

23/06/2013 4 4

Importância da Metrologia

23/06/2013 5 5

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

23/06/2013 7 7

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 11 11

Vista explodida do

desandador

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

23/06/2013 13 13

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 19 19

Metrologia no Dia-a-dia

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 23 23

Medir

Comparar

Especificações

xxxx ± xx

yyyy ± yy

zzz ± z

Agir

CONTROLAR

Por quais motivos se MEDE?

23/06/2013 24 24

CONTROLAR

Por quais motivos se MEDE?

23/06/2013 25 25

INVESTIGAR

Por quais motivos se MEDE?

23/06/2013 26 26

LEGAL CIENTÍFICA INDUSTRIAL

Áreas da Metrologia

23/06/2013 27 27

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

23/06/2013 28 28

Exemplos:

Metrologia Científica

23/06/2013 29 29

Trata da aplicação da metrologia no controle dos processos produtivos

(industriais) na garantia da qualidade dos produtos finais.

Suas principais funções são:

Metrologia Industrial

23/06/2013 30 30

Investigação e validação de princípios;

Desenvolvimento e otimização do produtos;

Conferência da qualidade de um produto frente ao projeto inicial;

Metrologia Industrial

23/06/2013 31 31

Controle de processos e de produtos em produção seriada;

Segurança operacional de processos;

Redução de custos (retrabalhos, processos, etc).

Metrologia Industrial

23/06/2013 32 32

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

23/06/2013 33 33

Metrologia Legal

23/06/2013 34 34

Metrologia Legal

23/06/2013 35 35

Metrologia Mecânica

23/06/2013 36 36

O Sistema Internacional de

Unidades e o Metro.

23/06/2013 37 37

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.

23/06/2013 48 48

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.

23/06/2013 49 49

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.

23/06/2013 50 50

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.

23/06/2013 51 51

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

23/06/2013 52 52

As 7 unidades

de base.

O Sistema Internacional de Unidades

23/06/2013 53 53

Múltiplos e Submúltiplos do Metro.

23/06/2013 54 54

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

23/06/2013 55 55

Transformações

de Medidas e Obtenção de

Unidades

23/06/2013 56 56

Principais Unidades de Medidas

Comprimento

23/06/2013 57 57

Principais Unidades de Medidas

Área

Volume

23/06/2013 58 58

Principais Unidades de Medidas

Massa

Tempo

23/06/2013 59 59

Principais Unidades de Medidas

Força

Pressão

23/06/2013 60 60

Principais Unidades de Medidas

Temperatura

Potência

23/06/2013 61 61

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)

23/06/2013 62 62

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

23/06/2013 65 65

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);

23/06/2013 66 66

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

23/06/2013 68 68

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

23/06/2013 70 70

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 73

Múltiplos - submúltiplos

Fatores de Conversão de Unidades do Metro

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

23/06/2013 75 75

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

23/06/2013 82 82

Fim!!!