Metrologia e Controle Dimensional- Conceitos, Normas e Aplicação - João C. Da S. Neto

Metrologia e Controle Dimensional

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João Cirilo da Silva Neto

Metrologia e Controle Dimensional

© 2012, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados reser vados e protegidos pela Lei n 9.610, de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográfi cos, gravação ou quaisquer outros. º

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Serviço de Atendimento ao Cliente 0800-0265340 [email protected] ISBN 978-85 978-85-352 -352-5579-9 -5579-9 Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação. Nota:

CIP-Brasil. CIP -Brasil. Catalogação na fonte. Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ V581m Silva Neto, João Cirilo da Metrologia e controle dimensional/João Cirilo da Silva Neto. – Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. ISBN 978-85-352-5579-9 1. Metrologia. 2. Pesos e medidas. 3. Instrumentos de medição. I. Título. 12-5193.

CDD: 620.0044 CDU: 620.1.08

Dedico este livro à minha esposa, Suely, e aos meus �lhos, Ciro e Alex.

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela força e esperança; aos meus pais, José Maria e Maria Clara, pela existência, educação, amor, carinho e con�ança; à minha esposa, Suely, e aos meus �lhos, Ciro e Alex, pelo apoio, amor, con�ança e compreensão; aos meus irmãos e irmãs, pelo apoio, carinho e amizade; à diretoria e aos servidores do CEFET-MG, pela formação pro�ssional e pelo apoio institucional; ao meu aluno Júlio Cesar Alves Junior, pelo apoio na execução das �guras e tabelas; à empresa Starrett pela cessão de uso das imagens de instrumentos fornecidas pela empresa; à empresa Mitutoyo pela colaboração; a todos os que contribuíram para execução deste trabalho.

RESUMO

Este livro apresenta os principais conteúdos de Metrologia e Controle Dimensional, de forma clara e objetiva, de modo que o leitor possa conhecer as principais de�nições dos termos e a aplicabilidade de cada um. A preocupação em usar uma linguagem simples e exemplos práticos teve como base o fato de que a Metrologia, que é a ciência das medições, tem muitas aplicações, tanto para as indústrias, as uni versidades e os laboratórios especializados, quanto para os consumidores comuns. Além disso, seu conteúdo pode ser utilizado por estudantes de formação industrial básica, de cursos técnicos, de Engenharia ou por quaisquer pro�ssionais que tenham interesse pelos estudos ou treinamentos na área de Metrologia. A Metrologia está muito presente no nosso dia a dia. As balanças dos supermercados são calibradas pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro) ou por laboratórios acreditados (credenciados) por esse instituto. As bombas de combustível, os taxímetros, os medidores de pressão arterial (es�gmomanômetros) também são calibrados pelo Inmetro. Esta obra apresenta também as funções do Inmetro, que, no âmbito de sua ampla missão institucional, objetiva fortalecer as empresas nacionais, aumentando sua produtividade por meio da adoção de mecanismos destinados à melhoria da qualidade de produtos e serviços. Nela são descritos o Sistema Internacional de Unidades (SI) e o sistema inglês, além de serem feitas conversões de um sistema para o outro. Ainda são abordadas a Metrologia Legal e a Metrologia Cientí�ca, porque são referências para as negociações nacionais e internacionais. Na indústria, os instrumentos de medição, como paquímetros, micrômetros e relógios comparadores, entre outros, são muito utilizados para a execução de medidas e o controle dimensional de peças e equipamentos. Por isso, neste livro o leitor vai conhecer as aplicações desses e de outros instrumentos, além de poder fazer leituras com exemplos didáticos que simulam atividades práticas de medição. Nesse mesmo sentido, são mostrados estudos sobre calibradores, goniômetros, rugosímetros e rugosidade, projetor de per�l e máquina de medir por coordenadas. As tolerâncias e os ajustes que fazem parte do controle dimensional e geométrico de uma peça também são abordados neste livro. Um dos capítulos mostra a

Metrologia e controle dimensional

integração entre Metrologia e Estatística – como essas disciplinas estão muito interligadas, os conteúdos da Estatística foram utilizados para analisar erros e incertezas de medição. A calibração é abordada aqui porque somente instrumentos calibrados são capazes de oferecer uma medida con�ável. Também será destacada a importância das normas NBR ISO/IEC 17.025 e NBR ISO 9001 na Metrologia, que tratam dos requisitos para calibração e ensaios. Este livro apresenta a avaliação da conformidade como um instrumento indispensável e regulador dos mercados nacional e internacional no domínio da Metrologia. Nesse caso, são mostrados ainda os requisitos fundamentais para a acreditação de laboratórios pelo Inmetro. A Metrologia tem como foco principal prover con�abilidade, credibilidade, universalidade e qualidade às medidas. Como as medições estão presentes, direta ou indiretamente, em praticamente todos os processos de tomada de decisão, sua abrangência é imensa, envolvendo a indústria, o comércio, a saúde, a segurança, a defesa e o meio ambiente, para citar apenas algumas áreas. Em função de suas diversas aplicações, tem um caráter interdisciplinar muito forte e sua importância não deve ser desprezada em quaisquer áreas do conhecimento. Por esse motivo, na tomada de decisão em qualquer área sujeita a avaliação numérica, a Metrologia deve estar presente, assegurando a produção de resultados con�áveis, com base em princípios cientí�cos e metrológicos adequados. Assim, este livro é um referencial que busca disseminar o estudo da Metrologia e do controle dimensional.

X

PREFÁCIO

Depois de muitos anos dedicados à educação pro�ssional e tecnológica em cursos técnicos, de graduação em Engenharia e pós-graduação e experiência na indústria, este autor resolveu publicar um livro que vai contribuir para o ensino e as aplicações práticas da Metrologia e do controle dimensional. Este livro constitui-se em material inovador que estabelece conexões entre a teoria e a prática relativas aos conteúdos da disciplina Metrologia e apresenta textos, referências de normas técnicas, tabelas, �guras e grá�cos que discutem temas atuais e relacionados com a Metrologia e o controle dimensional. O objetivo principal deste livro é mostrar os conceitos e as aplicações da Metrologia e do controle dimensional de forma clara e sucinta. Por isso, seu conteúdo pode ser utilizado por estudantes de formação industrial básica, de cursos técnicos, de tecnologia e de Engenharia ou por quaisquer pro�ssionais que tenham interesse pelos estudos ou treinamentos na área de Metrologia. O livro foi escrito em capítulos que mostram a evolução histórica da Metrologia e sua contextualização para chegar ao controle de qualidade de uma medida materializada. Mas, se o leitor quiser se dedicar a um capítulo especí�co, isso não constitui um problema, porque as informações são conclusivas, ou seja, têm início, meio e �m. Os principais assuntos contidos neste livro são: de�nicões de Metrologia, Sistema Internacional de Unidades (SI), a conversão de unidades métricas de comprimento para o sistema inglês, as funções do Inmetro e Metrologia Legal, Cientí�ca e Industrial; procedimentos de leitura e aplicações dos instrumentos de medição e controle dimensional, como régua graduada, metro articulado e trena, paquímetros, micrômetros, goniômetros, relógios comparadores, entre outros; tolerâncias e ajustes; fundamentos de Estatística aplicados na Metrologia, nos erros de medição e na determinação das incertezas tipo A e tipo B; calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica. Além disso, o livro apresenta a avaliação da conformidade como um instrumento indispensável e regulador dos mercados nacional e internacional no domínio da Metrologia. Mostra a relação das normas NBR ISO/IEC 17.025 e NBR ISO 9001 com a Metrologia – nesse caso, são apresen-


tados os requisitos indispensáveis para acreditação (credenciamento) de laboratórios calibração e ensaios pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro). Apesar da extensão e da variedade dos conteúdos da Metrologia, neste livro o leitor terá facilidade para compreender a essência de cada tópico, porque houve preocupação em se apresentar uma redação acessível, além de grá�cos, �guras, tabelas e exemplos de cálculos numéricos, que complementam o entendimento da matéria.

XII

CURRÍCULO DO AUTOR

JOÃO CIRILO DA SILVA NETO Graduação em Engenharia Mecânica e Licenciatura Plena em Mecânica pelo Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (CEFET-MG). Curso de Especialização – Pós-Graduação Lato Sensu em Educação e Tecnologia pela UTRAMIG-BH e em Gestão Ambiental pelas Faculdades Integradas de Jacarepaguá-RJ. Mestre e Doutor em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal de Uberlândia (UFU), na área de Processos de Fabricação e Materiais. Possui mais de cinquenta artigos publicados em congressos e revistas nacionais e internacionais, nas áreas de Engenharia Mecânica, Educação, Ensino de Engenharia e Gestão Ambiental. É orientador de Projetos de Iniciação Cientí�ca pela FAPEMIG. É avaliador capacitado de Cursos de Graduação em Engenharia pelo MEC/INEP desde 2006. Tem experiência na área de Gestão da Produção de Etanol (álcool hidratado e anidro) e Manutenção de Destilaria de Etanol, Gestão da Manutenção e Usinagem. É professor do Curso Técnico de Mecânica desde 1995 e do Curso de Engenharia de Automação Industrial, no CEFET-MG (Campus Araxá) desde 2006. Foi coordenador do Curso Técnico de Mecânica e do Curso de Pós-Graduação Lato Sensu em Gestão Ambiental do CEFET-MG (Campus Araxá). Leciona as disciplinas Ajustagem, Reti�cação, Metrologia, Manutenção Industrial, Gestão Ambiental, Mecânica dos Fluidos, Sistemas Integrados de Manufatura, Normalização e Qualidade Industrial.

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CAPÍTULO

1

INTRODUÇÃO A de�nição etimológica de Metrologia, palavra de origem grega ( metron: medida; logos: ciência) e de outros termos gerais pode ser encontrada no Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia – VIM 2008.1 A Metrologia

aplica-se a todos os ramos da ciência em que é necessária a utilização da tecnologia de medição. Por isso, essa atividade tem sido muito valorizada no Brasil e no mundo. O desenvolvimento da economia brasileira e mundial depende, em grande parte, do poten-

cial tecnológico das empresas e da capacidade das instituições de ensino e de pesquisa de desenvolver novos produtos. Nesse cenário, é fundamental a participação efetiva do ensino e da pesquisa na área de Metrologia, tendo em vista que a qualidade e a con�abilidade de um produto dependem, principalmente, da análise e da padronização inerentes à Metrologia e à medição. Entende-se por medição um conjunto de operações que tem por objetivo determinar o valor de uma grandeza, ou seja, sua expressão quantitativa, geralmente na forma de um número multiplicado por uma unidade de medida. Por exemplo: medir a altura de uma pessoa (1,75 m), avaliar a velocidade de um carro (80 km/h), conhecer o número de defeitos de uma linha de produção (1 peça por 100 mil), calcular o tempo

de espera em uma �la de banco (30 min). 2 O progresso do homem tem sido o passo de acompanhamento de sua habilidade de medir. Isso é ainda mais verdadeiro hoje do que na Antiguidade. A medição é uma linguagem comum entre as nações, expressa em números e reconhecida em qualquer lugar do mundo com o mesmo signi�cado, transcendendo as barreiras de 1


comunicação linguística. Onde outras informações precisam ser traduzidas, todas as pessoas em meio industrial hoje reconhecem os mesmos padrões (de comprimento, por exemplo). A Metrologia é realmente uma linguagem universal. Tem sido assim devido principalmente ao amplo progresso industrial em todo o mundo, mas ela é tão

necessária na ciência pura como na ciência aplicada. Não há como um pesquisador repetir o trabalho de outro sem as medidas especí�cas. Isso é aplicável em todos os campos das ciências.3 Quando se trata do ensino de Metrologia, os desa�os são ainda maiores, porque, muitas vezes, o estudante não tem a experiência necessária para entender essa importância. Com isso, o professor deve buscar metodologias adequadas para facilitar a aprendizagem dos estudantes, visando à interdisciplinaridade de conteúdos diferentes

e relacioná-los com a Metrologia. Outro ponto que merece destaque é a padronização de unidades de medida, que é um dos fatores comerciais mais importantes para as empresas e para o desenvolvimento de um país. Imagine se cada fabricante de sapatos resolvesse fabricá-los com unidades diferentes ou se cada um deles não tivesse suas medidas relacionadas a um mesmo padrão? Se não houvesse padronização, como poderíamos comprar 1 kg (um quilograma) de carne em dois açougues diferentes? Essas e outras questões parecem simples, mas os professores de Engenharia precisam saber valorizá-las durante suas aulas e envolver os estudantes com a integridade da Metrologia. No caso da padronização das unidades no Brasil, durante o primeiro Império

foram feitas diversas tentativas de uniformização das unidades de medida brasileiras. Mas apenas em 26 de junho de 1862 Dom Pedro II promulgou a Lei Imperial n º 1.157 e com ela o�cializou, em todo o território nacional, o sistema métrico decimal francês.

O Brasil foi uma das primeiras nações a adotar o novo sistema, que seria utilizado em todo o mundo. Com o crescimento industrial do século seguinte, fazia-se necessário criar no país instrumentos mais e�cazes de controle que viessem a impulsionar e proteger

produtores e consumidores. Em 1961 foi criado o Instituto Nacional de Pesos e Medidas (INPM), que implantou a Rede Brasileira de Metrologia Legal e Qualidade – os atuais IPEMs (Institutos de Pesos e Medidas) – e instituiu o Sistema Internacional de Unidades (SI) em todo o território nacional. Entretanto, logo veri�cou-se que isso não era o bastante. Era preciso acompanhar o mundo na sua corrida tecnológica, no aperfeiçoamento, na exatidão e, principalmente, no atendimento às exigências do consumidor.

Era necessária a busca da qualidade. Em 1973, foi criado o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro), que, no âmbito de sua ampla missão institucional, objetiva fortalecer as empresas nacionais, aumentando sua produtividade por meio da adoção

de mecanismos destinados à melhoria da qualidade de produtos e serviços. 4 As funções do Inmetro são mostradas com mais detalhes na seção 2.3. 2

Introdução

A alta direção de uma empresa ou instituto de pesquisa deve assegurar que os processos adequados de comunicação sejam estabelecidos no laboratório e que haja comunicação a respeito da e�cácia do sistema de gestão. Os processos de normalização das atividades de laboratórios de ensaio e de calibração de instrumentos são ferramen-

tas fundamentais para a promoção do desenvolvimento tecnológico e rastreabilidade das medidas. Mas, para que os resultados sejam satisfatórios, é necessário que o laboratório tenha pessoal gerencial e técnico que, independentemente de outras responsabilidades, tenha a autoridade e os recursos necessários para desempenhar suas tarefas, incluindo a implementação, manutenção e melhoria do sistema de gestão, para identi�car a ocorrência de desvios do sistema de gestão ou dos procedimentos para a realização de ensaios e/ou calibrações, assim como para iniciar ações que visem prevenir ou minimizar tais desvios. É preciso assegurar que seu pessoal esteja consciente da pertinência e importância de suas atividades e de como eles contribuem

para alcançar os objetiv os do sistema de gestão. 5 No mundo globalizado a padronização é de fundamental importância para viabilizar e incrementar as trocas comerciais nos âmbitos nacional, regional e internacional. As organizações que desenvolverem suas atividades e operarem seus processos produtivos de acordo com as normas e os procedimentos harmonizados e aceitos como

padrões estarão em condições mais favoráveis para superar possíveis barreiras não tarifárias e atender a requisitos técnicos especi�cados. Nesse contexto, a aplicação da ISO/IEC 17.025 é de grande relevância econômica, pois confere um valor diferenciado aos certi�cados de calibração e aos relatórios de ensaio emitidos por laboratórios, cuja

competência técnica é reconhecida por um organismo de credenciamento.6 A Metrologia tem como foco principal prover con�abilidade, credibilidade, uni versalidade e qualidade às medidas. Como as medições estão presentes, direta ou indiretamente, em praticamente todos os processos de tomada de decisão, a abrangência

da Metrologia é imensa, envolvendo a indústria, o comércio, a saúde, a segurança, a defesa e o meio ambiente, para citar apenas algumas áreas. Estima-se que cerca de 4% a 6% do Produto Interno Bruto (PIB) dos países industrializados seja dedicado aos processos de medição. 2 Nos últimos anos, a importância da Metrologia no Brasil e no mundo cresceu signi�cativamente, em razão, principalmente, de fatores7 como: •

A elevada complexidade e so�sticação dos modernos processos industriais, intensivos em tecnologia e comprometidos com a qualidade e a competiti-

•

vidade, requerendo medições de alto re�namento e con�abilidade para um grande número de grandezas. A busca constante por inovação, como exigência permanente e crescente do setor produtivo do país para a competitividade, propiciando o desenvolvi-

mento de novos e melhores processos e produtos. Ressalte-se que medições 3


con�áveis podem levar a melhorias incrementais da qualidade, bem como a novas tecnologias, ambas importantes fatores de inovação. •

•

A crescente consciência da cidadania e o reconhecimento dos direitos do

consumidor e do cidadão, amparados por leis, regulamentos e usos e costumes consagrados – que asseguram o acesso a informações mais �dedignas e transparentes – com intenso foco voltado para a saúde, a segurança e o meio ambiente, requerendo medidas con�áveis em novas e complexas áreas, especialmente no campo da química, bem como dos materiais em que a nanometrologia tem papel transcendente. O irreversível estabelecimento da globalização nas relações comerciais e nos sistemas produtivos de todo o mundo, potencializando a demanda por metrologia, em virtude da grande necessidade de harmonização nas relações de troca,

•

•

•

atualmente muito mais intensas, complexas e envolvendo um grande número de grandezas a serem medidas com incertezas cada vez menores e com maior credibilidade, a �m de superar as barreiras técnicas ao comércio. No Brasil, especi�camente, a entrada em operação das agências reguladoras intensi�cou sobremaneira a demanda por metrologia em áreas que antes não necessitavam de grande rigor, exatidão e imparcialidade nas medições, como em alta tensão elétrica, telecomunicações, grandes vazões e grandes volumes de �uidos. A crescente preocupação com o meio ambiente, o aquecimento global, com a produção de alimentos, fontes e vetores de produção de energia. O desenvolvimento das atividades espaciais.

Essa crescente importância da Metrologia gerou demandas de desenvolvimento em novas áreas, como a Metrologia Química, a Metrologia de Materiais, a Metrologia

de Telecomunicações e a Metrologia no vasto campo da saúde, bem como a implantação de melhorias técnicas em áreas tradicionais, como a introdução de padrões

quânticos e adaptações estruturais do sistema metrológico, tanto no nível nacional como no internacional. Neste livro, procurou-se mostrar a importância da Metrologia na formação de pro�ssionais que serão responsáveis pelo crescimento do Brasil, salientando a necessidade de estabelecer condições adequadas e especí�cas para o ensino metrológico para quali�car adequadamente nossos engenheiros, técnicos e quaisquer pro�ssionais

no que se refere a essa área. No âmbito do ensino, observando-se a maioria das universidades, a disciplina Metrologia não tem merecido muita atenção dos dirigentes. Mas, ao contrário do que

se pensa, muitas disciplinas dos cursos técnicos e de Engenharia utilizam a medição como base de veri�cação de resultados, mas sem as devidas preocupações com as

tolerâncias, análises de erros, incertezas de medição e calibração, entre outras. 4

Introdução Em função da importância da Metrologia na formação dos engenheiros e dos técnicos industriais, este livro constitui-se em material inovador que estabelece cone-

xões entre o cotidiano do estudante ou pro�ssional e o conteúdo da disciplina a que se destina. Apresenta textos, referências de normas técnicas, tabelas, �guras e grá�cos

que discutem temas atuais e relacionados com as disciplinas de cursos técnicos de Mecânica e Engenharia, especialmente os relacionados à Metrologia Dimensional. Este livro foi estruturado de forma a mostrar, no Capítulo 2, o Sistema Internacional de Unidades (SI), a conversão de unidades métricas de comprimento para o sistema inglês, as funções do Inmetro e a Metrologia Legal, Cientí�ca e Industrial. O Capítulo 3 mostra o estudo, os procedimentos de leitura e as aplicações dos instrumentos de medição e controle dimensional, como régua graduada, metro articulado e trena, paquímetros, micrômetros, goniômetros, relógios comparadores,

blocos padrão, calibradores, rugosímetros, projetor de per�l e a máquina de medir por coordenadas. O Capítulo 4 apresenta o sistema de tolerâncias e ajustes, utilizando

a NBR 6158 da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) como referência e as principais aplicações das tolerâncias geométricas, tendo como base a ABNT NBR 6409 (Tolerâncias geométricas: tolerâncias de forma, orientação, posição e batimento

– generalidades, símbolos, de�nições e indicações em desenho). O Capítulo 5 apresenta um estudo dos fundamentos de Estatística aplicados na Metrologia, dos erros de medição e da determinação das incertezas tipo A e tipo B. Esse estudo tem como base o Guia para a expressão da incerteza de medição (GUM). * O Capítulo 6 traz um estudo sobre calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica, destacando a importância da NBR ISO/IEC 17025 na Metrologia. O Capítulo 7 apresenta a avaliação da conformidade como um instrumento indispensável e regulador do mer-

cado nacional e internacional no domínio da Metrologia. Neste capítulo, é mostrada ainda a acreditação de laboratórios. O Capítulo 8 apresenta as considerações �nais e o Capítulo 9 traz as referências bibliográ�cas.

* Terceira edição brasileira em língua portuguesa. Rio de Janeiro: Inmetro, 2003. 5

CAPÍTULO

2

DEFINIÇÕES DE METROLOGIA De�ne-se Metrologia como a ciência das medidas e suas aplicações. 1 Ela abrange todos os aspectos teóricos e práticos que asseguram a precisão exigida no processo produtivo, procurando garantir a qualidade de produtos e ser viços mediante a calibração de instrumentos de medição, sejam eles analógicos ou eletrônicos (digitais), e da realização de ensaios, sendo a base fundamental para a competitividade das empresas. A Metrologia também diz respeito ao conhecimento dos pesos e medidas e dos sistemas de unidades de todos os povos, antigos e modernos. Por isso, essa atividade tem sido o ponto-chave para garantir o desenvolvimento do Brasil, principalmente quando se trata de exportar produtos brasileiros para o exterior. Desde a hora em que uma pessoa acorda até o momento em que vai dormir, a Metrologia está presente em praticamente todas as atividades ou objetos com os quais ela se envolve durante o dia. A�nal, o despertador conta com uma medida metrológica. A água utilizada para lavar o rosto está sendo medida durante sua utilização. Os alimentos consumidos no café da manhã provavelmente tiveram seu peso constatado. odas as peças de seu carro se encaixam, porque foram medidas. O computador no trabalho foi montado com elementos medidos, e as informações contidas em sua memória também contam com uma medida. Ou seja, a maioria dos produtos e serviços com os quais alguém se depara ao longo do dia passou por análises de conformidade baseadas em medições de diversos tipos. Como todas essas ações são corriqueiras e banais, ninguém costuma re�etir sobre qual providência deve ser tomada para que tudo se encaixe de modo adequado nem sobre o que deve ser feito para que tudo 7


funcione corretamente ou pese conforme deveria pesar. 8 Garantir que produtos e serviços obedeçam a exigências legais, técnicas e administrativas relativas a unidades de medida, métodos de medição, instrumentos de medição e medidas materializadas é, portanto, responsabilidade da Metrologia. Por outro lado, a globalização da economia desencadeou um processo de competição muito grande entre as empresas e os países, e esse processo levou à demanda de alta qualidade na fabricação de produtos, peças, equipamentos e máquinas, assim como na prestação de serviços. Para garantir a sobrevivência das empresas é preciso medir, em todos os aspectos da gestão, a qualidade dos produtos. Nesse caso, a Metrologia é a ciência que vai contribuir para o desenvolvimento sustentável das instituições, já que lida com procedimentos normatizados e com base em metodologias mundialmente aceitas. A Metrologia é uma das funções básicas necessárias a todo Sistema de Garantia da Qualidade. A efetivação da qualidade depende fundamentalmente da quanti�cação das características do produto e do processo. 9 Essa quanti�cação é conseguida por meio de: • De�nição de unidades padronizadas, conhecidas por unidades de medida,

que permitam a conversão de abstrações, como comprimento e massa, em grandezas quanti�cáveis como o metro, o quilograma etc. • Instrumentos que são calibrados em termos dessas unidades de medida padronizadas. • Uso desses instrumentos para quanti�car ou medir as “dimensões” do produto ou processo de análise.

Nesse item inclui-se o executor da operação, que talvez seja o mais importante no processo. É ele a parte inteligente na apreciação das medidas e é de sua habilidade que depende, em grande parte, a precisão conseguida. Assim, é necessário ao executor da operação: • Conhecer o instrumento. • Adaptar-se às circunstâncias. • Escolher o método mais aconselhável para interpretar os resultados.

Nenhum estudioso da área de Metrologia deve desprezar o valor do VIM 2008

(Vocabulário Internacional de Metrologia – Conceitos Fundamentais e Gerais e Termos Associados), divulgado pelo Inmetro em 2009.1 O VIM surgiu no contexto da Metrologia mundial da segunda metade do século XX como uma resposta e uma fuga à síndrome de Babel, buscando a harmonização internacional das terminologias e de�nições utilizadas nos campos da Metrologia e da Instrumentação. São desse período três importantes documentos normativos, cuja 8

De�nições de metrologia

ampla aceitação contribuiu sobremaneira para a harmonização dos procedimentos e da expressão dos resultados no mundo da medição: o VIM, o GUM e, mais recentemente, a norma ABN NBR ISO/IEC 17025:2005. A adoção desses documentos auxilia a evolução e a dinâmica do processo de globalização das sociedades tecnológicas e contribui para maior integração dos mercados, com a consequente redução geral de custos. No que se refere ao interesse de cada país, isso pode alavancar maior participação no mercado mundial e nos mercados regionais.1 Na elaboração desta versão, mais do que uma transcrição literal, buscou-se captar e transpor para o português os signi�cados mais profundos dos conceitos. Visando facilitar a compreensão, procurou-se garantir que a rigorosa exegese dos termos viesse acompanhada da clareza e �uência do texto. Na transposição dos termos escolheu-se, dentre as diversas opções aventadas e discutidas, aquela que, ademais de parecer adequada segundo seu uso na linguagem comum, guardasse também uma semelhança fonética ou morfológica com o termo inglês original. Não é demais lembrar que isso nem sempre foi possível, pelo menos no âmbito da capacidade e do esforço empenhados pela equipe. Em alguns casos, tornou-se imperativo inclusive o recurso ao uso de neologismos, como o adjetivo de�nicional , usado como quali�cativo em “incerteza de�nicional”. Quando apropriado, foi mantida compatibilidade com a tradução brasileira da 2a edição internacional do VIM. Para ampliar a utilização desse documento no âmbito do Sistema Interamericano de Metrologia (SIM), foram incluídos, abaixo dos termos em português, os correspondentes termos originais em inglês e francês, assim como em espanhol, da tradução feita pelo Centro Espanhol de Metrologia (CEM). No �nal do texto desse documento, além do português, foram incluídos os índices alfabéticos em inglês, francês e espanhol. Os termos em negrito são os termos preferenciais para utilização. Essas inclusões foram autorizadas pelo diretor do Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). A disseminação da cultura metrológica no país constitui uma das mais importantes missões do Inmetro e, nesse sentido, alguns de seus técnicos e pesquisadores dedicaram cerca de oito meses de trabalho e muita discussão para que o público brasileiro ligado à Metrologia e aos diversos ramos da ciência pudesse ter acesso ao VIM na sua língua nativa, porém sem incorrer em desvantagem em relação àqueles que dominam a língua inglesa. O resultado desse trabalho está aberto ao crivo crítico da comunidade metrológica brasileira, que julgará seus méritos e defeitos, podendo contribuir futuramente para sanar as imperfeições que certamente serão identi�cadas. Algumas dessas imperfeições poderão ser imputadas ao próprio texto original; outras, certamente, a nós mesmos – os tradutores. Esse documento pode ser acessado gratuitamente no site do Inmetro.*

* Conteúdo disponível em: . Acesso em: maio/2012. 9


No decorrer do tempo, a Metrologia também evoluiu, porque precisava acompanhar o desenvolvimento tecnológico, medindo e analisando as dimensões e as qualidades dos produtos. Sem o desenvolvimento da Metrologia, provavelmente não haveria esse avanço tecnológico, de extrema importância para o desenvolvimento industrial, social e econômico da humanidade. O contínuo desenvolvimento cientí�co e tecnológico da Metrologia e sua crescente inserção na economia e no cotidiano da população têm levado a uma permanente evolução no escopo e na organização da atividade metrológica. Uma visão global da Metrologia nas grandes economias do mundo permite identi�car uma estrutura básica com quatro componentes principais:10 • Sistema de controle metrológico de caráter compulsório, em áreas sujeitas à

regulamentação do Estado – a Metrologia Legal. • Redes de laboratórios de calibração e de ensaios compostas por entidades privadas e públicas, de elevada capilaridade, organizadas em função das necessidades do mercado no que se refere aos serviços requisitados pelos diversos setores da economia, das demandas sociais e do Estado. Em qualquer um dos casos, eles devem operar dentro de regras que assegurem sua credibilidade e sua qualidade, garantindo as condições de disponibilidade e de concorrência, bem como os direitos do cliente �nal. Aqui, a existência de um sólido sistema de acreditação é fundamental. • Instituto metrológico nacional, de direito público (em alguns poucos países, é uma instituição privada, mas com controle e subvenção do Estado), que se responsabiliza pelos padrões metrológicos nacionais, bem como pela gestão e operação das funções estratégicas inerentes ao topo da cadeia de rastreabilidade no país. • Forte articulação internacional por intermédio dos organismos regionais e do comitê internacional de pesos e medidas (CIPM/BIPM). É justamente essa instituição metrológica, responsável principalmente pela guarda e manutenção dos padrões metrológicos de referência nacional, bem como pela realização ou reprodução e disseminação das unidades de medida do SI e sua harmonização em nível mundial, que constitui a essência do Instituto Nacional de Metrologia (INM) de cada país. A realização dessas tarefas, por sua vez, requer ele vado conhecimento cientí�co e tecnológico, além de reconhecimento internacional, o que implica permanente e vigorosa atividade de pesquisa cientí�ca e tecnológica na fronteira do conhecimento. A globalização tem exigido um grande esforço de reestruturação da Metrologia, de�agrando um forte movimento de articulação dos institutos metrológicos nacionais nos diferentes países, dentro de estruturas regionais, sub-regionais e globais. Articulado principalmente pelo BIPM, esse movimento tem por �nalidade garantir 10


con�abilidade, credibilidade, rastreabilidade, universalidade e coerência nas medições realizadas em todo o mundo. O estudo da Metrologia está interligado com muitas disciplinas. Quem lida com essa ciência precisa ter conhecimentos básicos de Matemática, Física, Estatística básica, unidades de medidas, análise e discussão de resultados etc. A capacidade de leitura de instrumentos analógicos ou digitais depende de muita atenção e concentração do observador, porque qualquer desatenção pode provocar erros de medição. A terminologia da Metrologia é o ponto-chave deste capítulo. A compreensão dos termos apresentados vai determinar o nível de envolvimento com os conteúdos e garantir o domínio da linguagem durante os estudos, o trabalho ou a pesquisa. A comunicação e a linguagem técnica no campo da Metrologia são determinadas pelo VIM 2009. As grandezas são atributos de um fenômeno, corpo ou substância que podem ser qualitativa e quantitativamente determinadas. De acordo com o vocabulário citado, o termo grandeza refere-se a uma grandeza no sentido geral ou a uma grandeza especí�ca, como nos exemplos a seguir.1 • Grandezas em sentido geral: comprimento, tempo, massa, temperatura, resis-

tência elétrica, concentração de quantidade de matéria. • Grandezas especí�cas: comprimento de uma barra, resistência de um �o, concentração de etanol em uma atmosfera de vinho. As grandezas que podem ser classi�cadas uma em relação à outra, em ordem crescente ou decrescente, são denominadas grandezas de mesma natureza. Grandezas de mesma natureza podem ser agrupadas em conjuntos de categorias de grandezas, por exemplo: • rabalho, calor e energia. • Espessura, circunferência e comprimento de onda.

A unidade de medida ou grandeza especí�ca é de�nida e adotada por convenção. Outras grandezas de mesma natureza são comparadas com essa unidade ou grandeza para expressar suas magnitudes em relação a ela. As unidades de medida têm nomes também aceitos por convenção. O símbolo de uma unidade de medida é o sinal convencional que designa uma unidade de medida. Por exemplo: • m é o sinal do metro. • A é o sinal de ampère. 11


O sistema de unidades de medida é o conjunto das unidades de base e unidades derivadas, de�nido de acordo com regras especí�cas para um dado sistema de grandezas. Por exemplo: • Sistema Internacional de Unidades (SI). • Sistema de Unidades CGS.

A unidade de medida derivada pode ser expressa como um produto de potências de unidades de base com fator de proporcionalidade um. A coerência pode ser determinada somente em relação às unidades de base de um dado sistema. Uma unidade pode ser coerente em relação a um sistema, mas não a outro. Como a Metrologia é a ciência da medição, faz-se necessário acrescentar mais alguns termos relativos ao assunto. A medição é de�nida como o conjunto de operações que tem como objetivo determinar o valor de uma grandeza. Essas operações podem ser realizadas de duas maneiras: • Medição manual: é feita a partir do conhecimento e da habilidade do opera-

dor. Nesse caso, é preciso que o pro�ssional tenha senso de responsabilidade, paciência, cuidado com os instrumentos, sensibilidade, domínio sobre os instrumentos etc. Um exemplo de medição manual é a leitura com régua ou paquímetro universal. • Medição automática: é feita por máquinas ou instrumentos sem a intervenção direta do executor. Pode-se citar como exemplo desse tipo de medição a leitura de um manômetro instalado numa tubulação de vapor ou a medição das dimensões de uma peça em máquina universal de medir, que usa sensores eletrônicos para determinar as dimensões do item. A peça ou objeto a ser medido chama-se mensurando. O método de medição é uma sequência lógica de operações, descritas genericamente, usadas na execução de medições. Por sua vez, a medição é o conjunto de operações descritas na execução de medições particulares de acordo com determinado método. Um procedimento é usualmente registrado em um documento, que, algumas vezes, é denominado procedimento de medição (ou método de medição). Normalmente, traz detalhes su�cientes para permitir que um operador execute a medição sem informações adicionais. Entre os pontos mais importantes na Metrologia estão os resultados de medição, que são os valores atribuídos ao mensurando ou objeto obtido por medição. Quando um resultado é apresentado, deve-se apontar claramente se ele se refere à indicação, ao resultado não corrigido (antes da correção dos erros sistemáticos), ao resultado corrigido (depois da correção dos erros sistemáticos), e se corresponde ao valor médio de várias medições. 12


Uma expressão completa do resultado de uma medição inclui informações sobre a incerteza (dispersão dos valores que podem ser atribuídos a um mensurando). A incerteza será estudada no Capítulo 5, assim como os principais erros de medição. Outros temas importantes no estudo da Metrologia são a exatidão e a precisão. A exatidão de uma medição é o grau de concordância entre o seu resultado e o valor verdadeiro do mensurando. A exatidão é um valor qualitativo. Além disso, pode ser a aptidão de um instrumento para dar respostas próximas ao valor verdadeiro do mensurando. Está relacionada com as incertezas sistemáticas da medição e pode ser avaliada através da calibração do instrumento.1 No VIM 2008, a palavra precisão1 foi substituída por repetitividade e diz respeito à aptidão de um instrumento de medição para fornecer indicações muito próximas quando se mede o mesmo mensurando sob as mesmas condições. A precisão está relacionada com as incertezas aleatórias da medição; a repetitividade tem relação com a qualidade do instrumento. O termo precisão não deve ser utilizado como sinônimo de exatidão. Deve-se observar ainda que repetitividade (de resultados de medições) é o grau de concordância entre os resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando, efetuadas sob as mesmas condições de medição. Note que: • Essas condições são denominadas condições de repetibilidade . • Condições de repetibilidade incluem: – mesmo procedimento de medição, – mesmo observador, – mesmo instrumento de medição, utilizado nas mesmas condições, – mesmo local, – repetição em curto período de tempo. A reprodutibilidade (dos resultados de medição) é o grau de concordância entre os resultados das medições de um mesmo mensurando, efetuadas sob condições variadas de medição. Note que: • Para validar uma expressão da reprodutibilidade, é necessário que sejam especi�cadas as condições alteradas. • Condições alteradas podem incluir: – princípio de medição, – método de medição, – observador, – instrumento de medição, – padrão de referência, – local, 13


– condições de utilização, – tempo. • A reprodutibilidade pode ser expressa, quantitativamente, em função das características da dispersão dos resultados. • Os resultados aqui mencionados referem-se, usualmente, a resultados corrigidos. Quando se faz uma medição, em geral não se consegue a repetição dos valores medidos. Por isso, há necessidade de calcular a dispersão desses valores em torno da média, ou seja, do desvio padrão. Desvio padrão é uma medida do grau de dispersão dos resultados em torno da média, isto é, um número que mede o quanto os graus estão mais dispersos ou menos dispersos em relação à média. Esse tema também será abordado no Capítulo 5. A necessidade de medir é muito antiga e remonta à origem das civilizações. Por muito tempo, cada país e cada região tiveram seu próprio sistema de medidas. As unidades de medidas usadas, entretanto, eram geralmente arbitrárias e imprecisas, como é o caso das baseadas no corpo humano: palmo, pé , polegada, braça, côvado.11 Padrões de comprimento com base no corpo humano, como mão, palmo e pé , foram usados no início dos tempos. O primeiro padrão conhecido surgiu no Egito, com o faraó Khufu, durante a construção da Grande Pirâmide (2900 a.C.). Tratava-se do cúbito real egípcio, padrão de granito preto que tinha o comprimento equivalente à distância do antebraço à mão do faraó. Esse padrão foi muito e�ciente, pois garantiu à pirâmide uma base quase perfeitamente quadrada (o comprimento de cada lado da base não se desviou mais que 0,05% do seu valor médio de 228,6 metros). 2 A ausência de padrão de unidade criava muitos problemas para o comércio, porque as pessoas de uma região não estavam familiarizadas com o sistema de medição das outras regiões, e também porque os padrões adotados eram, muitas vezes, subjetivos. As quantidades eram expressas em unidades de medir pouco con�áveis, diferentes umas das outras e sem correspondência entre si. Além disso, a necessidade de converter uma medida em outra era tão importante quanto a necessidade de con verter uma moeda em outra. Na verdade, em muitos países, inclusive no Brasil dos tempos do Império, a instituição que cuidava da moeda também cuidava do sistema de medidas. Para universalizar as medidas, foi criado o Sistema Internacional de Unidades, que será descrito a seguir.

2.1. SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI) O BIPM foi criado pela Convenção do Metro (do francês Convention du Mètre, por vezes referido como ratado do Metro), convenção internacional assinada em Paris em 20 de maio de 1875 por 17 Estados, inclusive o Brasil. O propósito da Convenção 14


do Metro era estabelecer uma autoridade internacional no campo da Metrologia, e dela resultou a adoção do metro como unidade básica de medida do comprimento. A convenção substituiu a CIM, que funcionava desde 1870, e criou três organizações internacionais destinadas a promover e manter os padrões métricos associados à adoção daquela unidade. A Convenção do Metro foi modi�cada em 1921. 12 O BIPM tem sede próxima a Paris, nos domínios do Pavilhão de Breteuil (Parque de Saint-Cloud), posto à sua disposição pelo governo francês. Sua manutenção, no que se refere às despesas gerais, é assegurada pelos Estados membros da Convenção do Metro. O BIPM, que tem por missão assegurar a uni�cação mundial das medidas físicas, é encarregado de: • Estabelecer os padrões fundamentais e as escalas das principais grandezas

físicas, além de conservar os protótipos internacionais. • Efetuar a comparação dos padrões nacionais e internacionais. • Assegurar a coordenação das técnicas de medidas correspondentes. • Efetuar e coordenar as determinações relativas às constantes físicas que inter vêm naquelas atividades. O BIPM funciona sob a �scalização exclusiva do CIPM, sob autoridade da Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM). A CGPM é formada por delegados de todos os Estados membros da Convenção do Metro e, atualmente, reúne -se de quatro em quatro anos. Recebe, em cada uma de suas sessões, o Relatório do Comitê Internacional sobre os trabalhos executados e tem por missão: • Discutir e provocar as providências necessárias para assegurar a propagação

e o aperfeiçoamento do SI, forma moderna do sistema métrico. • Sancionar os resultados das novas determinações metrológicas fundamentais e as diversas resoluções cientí�cas de cunho internacional. • Adotar as decisões importantes concernentes à organização e ao desenvolvimento do BIPM. O CIPM é composto de 18 membros, pertencentes a Estados diferentes, que atualmente se reúnem todos os anos. A mesa dirigente do comitê, composta por um presidente, um vice-presidente e um secretário, envia aos governos dos Estados membros da Convenção do Metro um relatório anual sobre a situação administrativa e �nanceira do BIPM. A principal missão do CIPM é garantir a uni�cação mundial das unidades de medidas, tratando diretamente ou submetendo propostas à Conferência Geral. Limitadas, inicialmente, às medidas de comprimento e de massa e aos estudos metrológicos relacionados com essas grandezas, as atividades do BIPM foram estendidas aos padrões de medidas elétricas (1927), fotométricas (1937), radiações ionizantes 15


(1960) e às escalas de tempo (1988). Para esse �m, em 1929, houve uma expansão dos primeiros laboratórios construídos entre 1876 e 1878. Dois novos edifícios foram construídos, entre 1963 e 1964, para abrigar os laboratórios da Seção de Radiações Ionizantes, e em 1984 para os trabalhos sobre lasers. Em 1988, foi inaugurado um prédio destinado a abrigar uma biblioteca e alguns escritórios. Aproximadamente 45 físicos e técnicos trabalham nos laboratórios do BIPM, fazendo pesquisas metrológicas, comparações internacionais das realizações das unidades e veri�cações de padrões. Esses trabalhos são objeto de um relatório anual detalhado, que é publicado como procès-verbaux das sessões do Comitê Internacional. Diante da extensão das tarefas con�adas ao BIPM, em 1927, o Comitê Internacional instituiu os Comitês Consultivos, órgãos destinados a esclarecer as questões que lhe são submetidas para exame. Os Comitês Consultivos, que podem criar grupos de trabalho temporários ou permanentes para o estudo de determinados assuntos, são encarregados de coordenar os trabalhos internacionais realizados nos seus respectivos domínios e de propor ao Comitê Internacional as recomendações concernentes às unidades. A 9a Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM 1948, Resolução 6, CR, 64) encarregou o CIPM de: • Estudar o estabelecimento de uma regulamentação completa das unidades

de medida. • Promover, com esse intuito, um inquérito o�cial sobre a opinião dos meios cientí�cos, técnicos e pedagógicos de todos os países. • Emitir recomendações atinentes ao estabelecimento de um sistema prático de unidades de medidas, suscetível de ser adotado por todos os países signatários da Convenção do Metro. A mesma Conferência Geral adotou também a Resolução 7, que �xou princípios gerais para a gra�a dos símbolos de unidades e forneceu uma lista de unidades com nomes especiais. A 10a CGPM (1954, Resolução 6) e a 14 a CGPM (1971, Resolução 3) decidiram adotar como base desse “sistema prático” as unidades das sete grandezas seguintes: comprimento, massa, tempo, intensidade de corrente elétrica, temperatura termodinâmica, quantidade de matéria e intensidade luminosa. A 11a CGPM (1960, Resolução 12) adotou �nalmente o nome Sistema Internacional de Unidades, com abreviação internacional SI, para o sistema prático de unidades de medida. Além disso, instituiu regras para os pre�xos, as unidades derivadas e as suplementares, além de outras indicações, estabelecendo uma regulamentação de conjunto para as unidades de medidas. Assim, podemos resumir as principais etapas históricas que levaram a essas importantes decisões da Conferência Geral da seguinte maneira: 16

De�nições de metrologia • A criação do Sistema Métrico Decimal durante a Revolução Francesa e o depósito

•

•

•

•

•

•

que, em 22 de junho de 1799, resultou de dois padrões de platina, representando o metro e o quilograma, nos Arquivos da República, em Paris, podem ser considerados a primeira etapa que levou ao atual Sistema Internacional de Unidades. Em 1832, Gauss trabalhava ativamente em prol da aplicação do sistema métrico associado ao segundo, de�nido em Astronomia como Sistema Coerente de Unidades para as Ciências Físicas. Ele foi o primeiro a fazer medidas absolutas do campo magnético terrestre utilizando um sistema decimal com base em três unidades mecânicas – milímetro, grama e segundo –, respectivamente, para as grandezas comprimento, massa e tempo. Em consequência, Gauss e Weber também realizaram medidas de fenômenos elétricos. Na década de 1860, Maxwell e Tomson aplicaram essas medidas de maneira mais completa nos domínios da eletricidade e do magnetismo junto à British Association for the Advancement of Science (BAAS). Os dois expressaram a necessidade de um Sistema Coerente de Unidades formado de unidades de base e de unidades derivadas. Em 1874, a BAAS criou o CGS, um sistema tridimensional de unidades coerente e com base em três unidades mecânicas (centímetro, grama e segundo), utilizando os pre�xos micro e mega para expressar os submúltiplos e múltiplos decimais. É, em grande parte, à utilização desse sistema que se deve o progresso da Física como ciência experimental. Foram escolhidas as unidades CGS coerentes para os domínios da eletricidade e do magnetismo. A BAAS e o Congresso Internacional de Eletricidade, o qual antecedeu a Comissão Eletrotécnica Internacional (CEI), aprovaram, nos anos 1880, um sistema mutuamente coerente de unidades práticas. Entre essas unidades �guravam o ohm para a resistência elétrica, o volt para a força eletromotriz e o ampère para a corrente elétrica. Após a assinatura da Convenção do Metro, o Comitê Internacional passou a se dedicar à construção de novos protótipos, escolhendo o metro e o quilograma como unidades de base de comprimento e de massa. Em 1889, a 1 a CGPM sancionou os protótipos internacionais do metro e do quilograma. endo o segundo dos astrônomos como unidade de tempo, essas unidades constituíam um sistema tridimensional de unidades mecânicas similar ao CGS, mas cujas unidades de base eram o metro, o quilograma e o segundo: o sistema MKS. Em 1901, Giorgi demonstrou que seria possível associar essas unidades mecânicas (metro, quilograma e segundo) ao sistema prático de unidades elétricas para formar um único sistema coerente quadridimensional, juntando a essas três unidades de base uma quarta unidade, de natureza elétrica (como o ampère ou o ohm), e racionalizando as expressões utilizadas em eletromagnetismo. A proposta de Giorgi abriu caminho para outras extensões. Após a revisão da Convenção do Metro pela 6a CGPM, em 1921, que estendeu as atribuições e as responsabilidades do Bureau Internacional a outros domínios da Física, e a criação do Comitê Consultivo de Eletricidade (CCE) pela 7 a CGPM, em 1927, 17


•

•

•

•

•

18

a proposta de Giorgi foi discutida detalhadamente pela Union Internationale de Physique Pure et Appliquée (UIPPA) e por outros organismos internacionais. Essas discussões levaram o CCE a propor, em 1939, a adoção de um sistema quadridimensional com base no metro, quilograma, segundo e ampère: tratava -se do sistema MKSA, proposta que foi aprovada pelo Comitê Internacional em 1946. Em 1954, como resultado de uma consulta internacional realizada pelo Bureau Internacional a partir de 1948, a 10a CGPM aprovou a introdução do ampère, do kelvin e da candela como unidades de base, respectivamente, para a intensidade de corrente elétrica, a temperatura termodinâmica e a intensidade luminosa. Em 1960, a 11a CGPM deu a esse sistema o nome Sistema Internacional de Unidades (SI). Na 14 a CGPM, em 1971, o mol foi incorporado ao SI como unidade de base para a quantidade de matéria, sendo a sétima das unidades de base do SI, tal como conhecemos até hoje. No SI distinguem-se duas classes de unidades: as unidades de base e as unidades derivadas. Sob o aspecto cientí�co, a divisão das unidades SI nessas classes é arbitrária, porque não é uma imposição da Física. Entretanto, levando em consideração as vantagens de adotar um sistema prático único para ser utilizado mundialmente nas relações internacionais, no ensino e no trabalho cientí�co, a Conferência Geral decidiu basear o SI em sete unidades perfeitamente de�nidas, consideradas independentes do ponto de vista dimensional: metro, quilograma, segundo, ampère, kelvin, mol e candela. Essas unidades SI são chamadas de unidades de base. O SI não é estático, mas evolui de modo a acompanhar as crescentes exigências mundiais demandadas pelas medições em todos os níveis de precisão, em todos os campos da ciência, da tecnologia e das atividades humanas. Esse documento é um resumo da publicação do SI, uma publicação o�cial do BIPM que é uma declaração do corrente do SI. As sete unidades de base do SI, listadas na Tabela 2.1, fornecem as referências que permitem de�nir todas as unidades de medida do SI. Com o progresso da ciência e o aprimoramento dos métodos de medição, torna-se necessário revisar e aprimorar periodicamente suas de�nições. Quanto mais exatas forem as medições, maior deverá ser o cuidado para a realização das unidades de medida. A de�nição do metro baseada no protótipo internacional em platina iridiada, em vigor desde 1889, foi substituída na 11a CGPM (1960) por outra de�nição com base no comprimento de onda de uma radiação do criptônio 86 com a �nalidade de aumentar a exatidão da realização do metro. A 17 a CGPM (1983, Resolução 1; CR 97 e Metrologia, 1984, 20, 25) substituiu, em 1983, essa última de�nição pela seguinte: “O metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo”. Essa de�nição tem o efeito de �xar a velocidade da luz exatamente


em 299.792.458 m · s –1. O antigo protótipo internacional do metro, que fora sancionado pela 1a CGPM em 1889, é conservado no BIPM nas mesmas condições �xadas em 1889.

TABELA 2.1 – Principais unidades do Sistema Internacional (SI) G��

S��

U��

S��

comprimento

l, h, r, x

metro

m

massa

M

quilograma

kg

tempo, duração

T

segundo

s

corrente elétrica

I, i

ampère

A

temperatura termodinâmica

T

kelvin

k

quantidade de substância

N

mol

mol

intensidade luminosa

I v

candela

cd

Fonte: Inmetro, 2007. 12

Múltiplos e submúltiplos das unidades do SI

Um conjunto de pre�xos foi adotado para ser usado com as unidades SI e exprimir valores de quantidades muito maiores ou muito menores do que essas unidades quando usadas sem pre�xos. Os pre�xos SI estão listados na Tabela 2.2. Eles podem ser usados com qualquer unidade de base e com as unidades derivadas com nomes especiais. TABELA 2.2 – Pre�xos do SI F��

N��

S��

F��

N��

S��

101

deca

Da

10–1

deci

D

102

hecto

H

10–2

centi

C

103

quilo

K

10–3

mili

M

106

mega

M

10–6

micro

µ

109

giga

G

10–9

nano

N

1012

terá



10–12

pico

P

1015

peta

P

10–15

femto

F

1018

exa

E

10–18

atto

A

1021

zetta

Z

10–21

zepto

Z

1024

yotta

Y

10–24

yocto

Y


19


Por outro lado, a Metrologia também evoluiu, porque precisava acompanhar o desenvolvimento tecnológico, medindo e analisando as dimensões e as qualidades dos produtos. Sem sua evolução, provavelmente não teria havido o avanço tecnológico tão importante para o desenvolvimento industrial, social e econômico da humanidade. O estudo da Metrologia está interligado com muitas disciplinas – quem lida com essa ciência precisa ter conhecimentos básicos de matemática, física, estatística, unidades de medidas, análise e discussão de resultados, entre outros. A Tabela 2.3 mostra as unidades derivadas. TABELA 2.3 – Unidades derivadas superfície

metro quadrado

m�

volume

metro cúbico

m�

frequência

hertz

Hz

massa especí�ca (densidade)

quilograma por metro cúbico

kg/m�

velocidade

metro por segundo

m/s

velocidade angular

radiano por segundo

rad/s

aceleração

metro por segundo ao quadrado

m/s�

aceleração angular

radiano por segundo ao quadrado

rad/s�

força

Newton

N

pressão (tensão mecânica)

Newton por metro ao quadrado

N/m�

viscosidade cinemática

metro ao quadrado por segundo

m�/s

viscosidade dinâmica

Newton segundo por metro quadrado

N · s/m�

trabalho, energia, quantidade de calor

joule

J

N·m

potência

watt

W

J/s

quantidade de eletricidade

coulomb

C

A·s

tensão elétrica, diferença de potencial, força eletromotriz

volt

V

W/A

intensidade do campo elétrico

volt por metro

V/m

resistência elétrica

ohm

Ω

V/A

capacitância elétrica

farad

F

A · s/V

�uxo de indução magnética

weber

Wb

V · s

indutância

henry

H

V · s/A

indução magnética

tesla



Wb/m�

20

1/s

kg · m/s�

De�nições de metrologia intensidade do campo magnético

ampère por metro

A/m

força magnetomotriz

ampère

A

�uxo luminoso

lumen

Lm

luminância

candela por metro quadrado

cd/m�

luminamento (ou aclareamento)

lux

Lx

cd · sr

Lm/m�


A capacidade de leitura de instrumentos analógicos ou digitais depende de muita atenção e concentração do observador, porque qualquer desatenção pode provocar erros de medição. A terminologia da Metrologia é o ponto-chave desse assunto, porque a compreensão dos termos vai determinar o nível de envolvimento com os conteúdos e garantir o domínio da linguagem durante os estudos, trabalho ou pesquisa. Na linguagem da ciência, o valor de uma grandeza é escrito como o produto de um número e uma unidade; o número que multiplica a unidade é o valor numérico da grandeza naquela unidade. Deixa-se sempre um espaço entre o número e a unidade. Nas grandezas adimensionais, para as quais a unidade é o número um (1), a unidade é omitida. O valor numérico depende da escolha da unidade, por isso o valor de uma grandeza pode ter diferentes valores numéricos, quando expresso em unidades distintas, conforme o exemplo a seguir. A velocidade de uma bicicleta é de aproximadamente n = 5,0 m/s = 18 km/h; o comprimento de onda de uma das raias amarelas do sódio é l = 5,896 ´ 10 7 m = 589,6 nm. Os símbolos das grandezas são impressos com letras em itálico (inclinadas) e geralmente são letras únicas do alfabeto latino ou do alfabeto grego. A comunicação e a linguagem técnica no campo da Metrologia são determinadas pelo Vocabulário Internacional de ermos Fundamentais e Gerais de Metrologia – Portaria no 29, de 10 de março de 1995, Inmetro.

2.2. CONVERSÃO DE UNIDADES MÉTRICAS DE COMPRIMENTO PARA O SISTEMA INGLÊS A maioria dos países utiliza como padrão o metro, que é uma unidade de medida do SI. No entanto, em algumas áreas ou países são usadas outras unidades de comprimento, como as medidas do sistema inglês, adotado na Inglaterra e nos Estados Unidos. O sistema inglês tem como padrão a jarda, que vem do inglês yard (“vara”, em português) e corresponde a 91,44 cm. Esse nome foi cunhado com base nas antigas medições, que usavam varas como referência. As unidades do sistema inglês tiveram origem na antiga Roma, mas sua evolução ocorreu através dos séculos, graças à intenção da Inglaterra de criar uma padronização. 21


No século XII, em função da sua grande utilização, a jarda foi o�cializada por Henrique I, sendo de�nida como a distância entre a ponta do nariz do rei e seu dedo polegar (com o braço esticado). Houve muitas tentativas de estabelecer um padrão de�nitivo para a jarda, mas isso não foi possível devido à morte do rei. Existem relações importantes entre a jarda e outras medidas que foram estabelecidas pelos reis da Inglaterra: • 1 pé ( foot , em inglês) = 12 polegadas ( inch, em inglês). • 1 jarda ( yard , em inglês) = 3 pés.

Embora esse sistema esteja em desuso, muitas vezes é preciso conhecer suas particularidades. Na maioria das vezes, o sistema inglês utiliza a polegada para fazer medições pequenas a médias e a milha terrestre, que equivale a 1.760 jardas, para grandes distâncias. A polegada pode ser dividida em frações com numerador ímpar e denominador 2, 4, 8, 16, 32, 64 ou 128. Quando o numerador for par, devem ser feitas todas as simpli�cações possíveis. A simbologia da polegada são aspas (”) colocadas à direita do número e sobrescritas em relação a ele. A representação da polegada fracionária na escala mais utilizada na prática possui uma resolução de 1”/16, ou seja, cada divisão da escala possui traços espaçados em 1”/16. Porém, existem escalas com resoluções menores (1”/32, 1”/64 ou 1”/128). A Figura 2.1 mostra o esquema de uma escala com resolução de 1”/16, em que a peça abaixo dela mede 2”3/16 (lê -se “duas polegadas e três dezesseis avos de polegada”). 0

0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16

1 3 8 16

1 4

5 3 16 8

7 16

1 2

9 5 11 16 8 16

3 4

13 7 15 16 8 16

1

1 16

1 3 8 16

1 4

5 16

3 7 8 16

1 2

9 16

5 11 8 16

3 4

13 7 15 16 8 16

2

1 1 3 16 8 16

Figura 2.1. Esquema de uma escala em polegada fracionária com resolução de 1”/16. 22

De�nições de metrologia 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

2

3

4

Figura 2.2. Esquema de uma escala em polegada milesimal com resolução de 0,025”.

Exemplo: 1” (lê-se “uma polegada”), 5” (lê-se “cinco polegadas”). Em dimensões menores que uma polegada, há duas maneiras de representar essa unidade: • Para leituras fracionárias, tem-se, por exemplo, 1”/2 (lê-se “meia polegada”);

3”/4 (lê-se “três quartos de polegada”). • Para leituras milesimais, tem-se, por exemplo, .125” (lê-se “125 milésimos de polegada”) .010” (lê-se “10 milésimos de polegada”). Em leituras mais exatas pode-se usar: .0001” (lê-se “um décimo milésimos de polegada”). Em dimensões maiores que uma polegada, são duas as maneiras de representar essa unidade: • Para leituras fracionárias, tem-se, por exemplo, 1 5/8” (lê-se “uma polegada e

cinco oitavos de polegadas”). • Para leituras milesimais, tem-se, por exemplo, 2.035” (lê-se “2 polegadas e 35 milésimos de polegada”). Atenção: no caso da polegada milesimal não se deve confundir o ponto (.) com unidade de milhar no momento dos cálculos. Principais casos de conversão de unidades

Conforme mencionado, apesar de o SI ser o mais usado no mundo, muitas vezes são encontrados projetos, peças, ferramentas, máquinas ou mesmo catálogos com unidades no sistema inglês. Como no Brasil esse sistema não é utilizado o�cialmente, é necessário fazer conversões de unidades entre os dois sistemas. Nas conversões de unidade do sistema inglês para o SI considera-se 1 polegada como 25,4 mm. Os casos mais importantes são mostrados a seguir. 1º caso: converter polegadas para milímetros

Basta multiplicar o número dado por 25,4 mm. Exemplos: • 3” Æ (3 25,4) = 76,2 mm. • 5”/8 Æ (5 25,4)/8 = 15,875 mm. • 7” 3/16 Æ (7 25,4) + (3 25,4)/16 = 182,562 mm. ×

×

×

×

23

Metrologia e controle dimensional • .375” Æ (.375 25,4) = 9,525 mm. • 2.500” Æ (25,4 2,5) = 63,5 mm. ×

×

2º caso: converter milímetros para polegadas fracionárias

Para isso é necessário dividir o número dado em milímetros por 25,4 e multiplicar esses números por 128, que é a menor resolução da polegada fracionária. Deve-se colocar o resultado desse produto com 128 no denominador, sem resolver a operação. Se o numerador não der um número exato, deve-se arredondá-lo para um número inteiro mais próximo do número decimal encontrado. No número fracionário encontrado, devem ser feitas todas as simpli�cações possíveis. Exemplos: • 19,05 mm Æ (19,05 128)/25,4/128 = 96/128 = 3”/4. • 9,525 mm Æ (9,525 128)/25,4/128 = 48/128 = 3”/8. ×

×

• 20,638 mm Æ (20,638 × 128)/25,4/128 = 104/128 = 13”/16. • 25,003 mm Æ (25,003 × 128)/25,4/128 = 125,999/128 = 126/128 = 63”/64. • 85,725 mm Æ (85,725 × 128)/25,4/128 = 432/128 = 3” 3/8.

3º caso: converter milímetros para polegadas milesimais

Neste caso, a conversão é feita dividindo-se o número dado em milímetros por 25,4.

Exemplos: • 12,7 mm Æ 2,7/25,4 = .500”. • 36,938 mm Æ 36,938/25,4 = 1.454”. 4º caso: converter polegadas milesimais para polegadas fracionárias

Para esta conversão existem duas regras práticas: 1ª) Converter a polegada milesimal para milímetros e, em seguida, para polegada fracionária. Exemplo: .625”. – Na conversão para milímetros, tem-se: 625 25,4 = 15,875 mm – E na conversão desse resultado para polegada fracionária, tem-se: ×

(15,875 128)/25,4/128 = 80/128 = 5”/8. ×

2ª) Multiplicar o número dado em polegada milesimal, no numerador, por 8, 16, 32, 64 ou 128, mantendo o número escolhido também no numerador, mas sem executar a divisão. Além disso, deve-se arredondar o numerador para o número inteiro mais próximo. Em seguida, devem ser feitas todas as simpli�cações possíveis. 24


– Aproveitando o exemplo anterior, tem-se: (.625 8)/8 = 5”/8. ×

Outro exemplo: 1.7813”. – Aplicando-se a regra, tem-se: (1.7813 64)/64 = 114/64” = 57/32 = 1” 25/32. Nota-se, nesse caso, que o numerador que resultou em um número mais próximo de exato (114,0032) foi 64. ×

No caso inverso, para converter uma medida em polegada fracionária para polegada milesimal, basta dividir o numerador pelo denominador. Exemplos: – 7”/8; resolvendo, tem-se: 7/8 = .875”. – 2” 9/16; resolvendo, tem-se: 2 + (9/16) = 2.5625”. Nota-se, nesse caso, que não basta dividir o numerador pelo denominador. É necessário separar a parte inteira da medida e adicioná-la à parte fracionária.

2.3. A S FUNÇÕES DO INMETRO, A METROLOGIA LEGAL, CIENTÍFICA E INDUSTRIAL Com o processo de globalização e a consequente abertura do Brasil ao mercado externo, é de vital importância que a indústria nacional se capacite urgentemente para evidenciar, de modo concreto, determinado nível de qualidade de seus produtos e serviços e caminhe realmente para estabelecer-se de forma segura em uma competitividade internacional.13 No ciclo da ISO 9000 podemos citar três etapas importantes: a aquisição de matéria-prima, o controle de processo e a qualidade �nal dos produtos. Para que essas etapas sejam realmente bem estabelecidas, a interdependência entre Metrologia, Normalização e Qualidade deve ser obedecida. Adicionalmente, as perdas ocorridas em razão de erros, defeitos de produção, tempo perdido em retrabalho, excesso de refugo e outras formas de desperdício se elevam a cifras bastante relevantes em relação ao Produto Interno Bruto (PIB). Certamente, o aspecto metrológico é responsável por grande parte desse desperdício, levando-se em conta o grande número de instrumentos subutilizados existentes no parque industrial brasileiro e também os erros de medição na comercialização dos produtos. Em função disso, cabe à Metrologia criar procedimentos normatizados que regulamentem todos os aspectos da realização das atividades produtivas e também o controle de ensaios que garantam a qualidade dos produtos. A seguir trataremos das funções do Inmetro, da Metrologia Legal, Cientí�ca e Industrial. 25


2.3.1. As funções do Inmetro O Inmetro é uma autarquia federal vinculada ao Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, que atua como Secretaria Executiva do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Conmetro), colegiado interministerial, que é o órgão normativo do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Sinmetro). Objetivando integrar uma estrutura sistêmica articulada, o Sinmetro, o Conmetro e o Inmetro foram criados pela Lei n o 5.966, de 11 de dezembro de 1973. Coube ao Inmetro substituir o então Instituto Nacional de Pesos e Medidas (INPM) e ampliar signi�cativamente seu raio de atuação a serviço da sociedade brasileira. No âmbito de sua ampla missão institucional, o Inmetro objetiva fortalecer as empresas nacionais, aumentando sua produtividade por meio da adoção de mecanismos destinados à melhoria da qualidade de produtos e serviços. Sua missão é promover a qualidade de vida do cidadão e a competitividade da economia por meio da Metrologia e da qualidade. Entre as competências e atribuições do Inmetro4 destacam-se: • Executar as políticas nacionais de Metrologia e da qualidade. • Veri�car a observância das normas técnicas e legais no que se refere às unida-

•

•

• • •

• 26

des de medida, métodos de medição, medidas materializadas, instrumentos de medição e produtos pré-medidos. Manter e conservar os padrões das unidades de medida, assim como implantar e manter a cadeia de rastreabilidade dos padrões das unidades de medida no país, de forma a torná-las harmônicas internamente e compatíveis no plano internacional, visando, em nível primário, à sua aceitação universal e, em nível secundário, à sua utilização como suporte ao setor produtivo, com vistas à qualidade de bens e serviços. Fortalecer a participação do país nas atividades internacionais relacionadas com Metrologia e qualidade, além de promover o intercâmbio com entidades e organismos estrangeiros e internacionais. Prestar suporte técnico e administrativo ao Conmetro, bem como aos seus comitês de assessoramento, atuando como sua Secretaria Executiva. Fomentar a utilização da técnica de gestão da qualidade nas empresas brasileiras. Planejar e executar as atividades de acreditação de laboratórios de calibração e de ensaios, de provedores de ensaios de pro�ciência, de organismos de certi�cação, de inspeção, de treinamento e de outros, necessários ao desenvolvimento da infraestrutura de serviços tecnológicos no país. Coordenar, no âmbito do Sinmetro, a certi�cação compulsória e voluntária de produtos, de processos, de serviços e a certi�cação voluntária de pessoal.

De�nições de metrologia Institutos de Pesos e Medidas (IPEMs)

ecnicamente subordinado ao Inmetro, o Instituto de Pesos e Medidas (IPEM) tem por �nalidade executar, nos termos de delegação que lhe é outorgada por essa entidade federal, atividades metrológicas nos Estados. No caso do IPEM-MG, as atividades delegadas pelo Inmetro, segundo o Convênio 011, de 02/01/2005, 14 são: 1. Na área da Metrologia Legal

1.1. Controle metrológico (veri�cações inicial, periódica e eventual) de instrumentos de medição e medidas materializadas, regulamentadas pelo Inmetro; 1.2. Inspeção, �scalização e perícias técnicas de métodos de medição, instrumentos de medição e medidas materializadas; 1.3. Emissão de laudos técnicos de medição e capacitação para reservatórios, medidas, medidores, instrumentos de medição, máquinas e equipamentos devidamente regulamentados; 1.4. Controle metrológico dos produtos pré-medidos, acondicionados ou não; 1.5. Supervisão metrológica da fabricação, importação e manutenção de instrumentos de medição e do acondicionamento de produtos pré-medidos; 1.6. Inspeção e �scalização concernente ao uso correto das unidades de medida e respectivos símbolos; 1.7. Credenciamento de o�cinas para efetuar o reparo de artefatos metrológicos e �scalização da sua atuação; 1.8. Lavratura de autos de infração, noti�cações e autos de interdição e apreensão contra as pessoas físicas e jurídicas que infringirem as normas legais e os regulamentos técnicos concernentes a instrumentos de medir e medidas materializadas, à comercialização de produtos pré-medidos e ao emprego de unidades de medidas e seus símbolos; 1.9. Supervisão e auditoria das atividades de autoveri�cação por fabricantes, dos postos de veri�cação e dos instaladores credenciados; 1.10. Julgamento dos processos de autos de infração e imposição das penalidades administrativas previstas em lei. 2. Na área da Qualidade de Bens e Serviços

2.1. Inspeção e veri�cação de produtos têxteis no que concerne à conformidade dos enunciados de sua composição; 2.2. Inspeção e �scalização da observância de normas e regulamentos técnicos pertinentes a bens e serviços; coleta de amostras, interdição e apreensão de produtos; 2.3. Participação em perícias, exames, ensaios ou testes, com vistas à emissão de laudos comparativos, inclusive desempatadores, quando for o caso; 27


2.4. Lavratura de autos de infração contra pessoas físicas e jurídicas que infringirem as normas legais e os regulamentos técnicos concernentes a produtos têxteis, a veículos e equipamentos para transporte de produtos perigosos, bem como a bens e serviços regulamentados; 2.5. Homologação de empresas de conversão de veículos; 2.6. Veri�cação da conformidade de produtos e serviços; 2.7. Credenciamento de o�cinas de manutenção ou reforma de produtos e/ou equipamentos objeto de certi�cação compulsória; 2.8. Outras atividades relativas à avaliação compulsória da conformidade a regulamentos técnicos.

2.3.2. Metrologia Legal No Brasil, as atividades da Metrologia Legal são uma atribuição do Inmetro, que também colabora para a uniformidade da sua aplicação no mundo, pela sua ativa participação no Mercosul e na Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML). 15 Com a supervisão do governo, o controle metrológico estabelece adequada transparência e con�ança com base em ensaios imparciais. A exatidão dos instrumentos de medição garante a credibilidade nos campos econômico, de saúde, segurança e meio ambiente. A OIML descreve a expressão Metrologia Legal como a parte da Metrologia que trata das unidades de medida, métodos de medição e instrumentos de medição em relação às exigências técnicas e legais obrigatórias, cujo objetivo é assegurar uma garantia pública do ponto de vista da segurança e da exatidão das medições. A Metrologia Legal permeia todos os níveis e setores de uma nação desenvolvida. Ao longo da vida, as pessoas terão contato com um grande número de instrumentos de medição, sujeitos à regulamentação metrológica. As ações governamentais no campo da Metrologia Legal objetivam, de um lado, a disseminação e a manutenção de medidas e unidades harmonizadas, e de outro, a supervisão e o exame de instrumentos e métodos de medição. O principal objetivo estabelecido legalmente no campo econômico é proteger o consumidor enquanto comprador de produtos e serviços medidos, e o vendedor enquanto seu fornecedor. A exatidão dos instrumentos de medição, especialmente em atividades comerciais, di�cilmente pode ser conferida pela segunda parte envolvida, que não possui meios técnicos para fazê-lo. Em geral, os instrumentos de medição estão na posse de um dos parceiros comerciais, que tem acesso a eles mesmo na ausência da outra parte. É tarefa do controle metrológico estabelecer adequada transparência e con�ança entre as partes, com base em ensaios imparciais. Atualmente, não só atividades no campo comercial são submetidas à supervisão governamental em países desenvolvidos. ambém os instrumentos de medição usados 28


em atividades o�ciais, no campo médico, na fabricação de medicamentos, bem como nos campos de proteção ocupacional, ambiental e de radiação, são submetidos, obrigatoriamente, ao controle metrológico. A exatidão das medições assume especial importância no campo médico, em razão dos vários efeitos negativos que resultados de menor con�abilidade podem provocar à saúde humana. A credibilidade da medição é, portanto, especialmente necessária onde quer que exista con�ito de interesses ou que medições incorretas levem a riscos indesejáveis aos indivíduos ou à sociedade. A Metrologia Legal originou-se da necessidade de assegurar um comércio justo, e uma de suas mais importantes contribuições para a sociedade é seu papel de aumentar a e�ciência no comércio, mantendo a con�ança nas medições e reduzindo os custos das transações. A Metrologia Legal atende tais necessidades principalmente através de regulamentos, que são implementados para assegurar um nível adequado de credibilidade nos resultados de medição. Em todas as suas aplicações, a Metrologia Legal cobre unidades de medida, instrumentos de medição e outras matérias, como os produtos pré-medidos. Com respeito aos instrumentos de medição, a Metrologia Legal especi�ca exigências de desempenho, procedimentos de veri�cação, meios para assegurar a correta utilização das unidades de medida legalmente de�nidas e prescrições obrigatórias para uso. A linguagem o�cial da Metrologia Legal é baseada no Vocabulário Internacional de ermos de Metrologia Legal, que se refere à portaria Inmetro n o 163, de 6 de setembro de 2005.1 No contexto do estudo da Metrologia Legal é importante que o leitor conheça o signi�cado dos principais termos dessa portaria, que são descritos a seguir. 16 • De�nição de Metrologia Legal

É a parte da Metrologia relacionada às atividades resultantes de exigências obrigatórias, referentes a medições, unidades de medida, instrumentos de medição e métodos de medição, que são desenvolvidas por organismos competentes. • Garantia metrológica

É o conjunto de regulamentos, meios técnicos e operações necessárias para garantir a credibilidade dos resultados da medição em Metrologia Legal. • Controle metrológico legal

É o conjunto de atividades de Metrologia Legal que visam à garantia metrológica. O controle metrológico legal compreende o controle legal dos instrumentos de medição, a supervisão metrológica e a perícia metrológica.

Nota:

29

Metrologia e controle dimensional • Controle legal de instrumentos de medição

É o termo genérico utilizado para designar, de maneira global, as operações legais a que podem ser submetidos os instrumentos de medição (aprovação de modelo e veri�cação). • Supervisão metrológica

É o controle realizado na fabricação, na importação, na instalação, na utilização, na manutenção e no reparo de instrumentos de medição para veri�car se esses instrumentos são utilizados de maneira correta no que se refere à observância das leis e dos regulamentos metrológicos. A supervisão metrológica inclui o controle da indicação quantitativa e do conteúdo dos produtos pré-medidos. • Perícia metrológica

É o conjunto de operações que tem por �nalidade examinar e demonstrar as condições de um instrumento de medição e determinar suas características metrológicas de acordo com as exigências regulamentares aplicáveis. • Apreciação técnica de modelo (tipo)

Consiste no exame e no ensaio sistemáticos do desempenho de um ou vários exemplares de um modelo (tipo) identi�cado de um instrumento de medição em relação às exigências documentadas, a �m de determinar se o modelo (tipo) pode ou não ser aprovado, cujo resultado está contido no relatório de apreciação técnica. • Aprovação de modelo (tipo)

Representa a decisão de caráter legal, baseada no relatório de apreciação técnica, que reconhece que o modelo (tipo) de um instrumento de medição satisfaz às exigências regulamentares e pode ser utilizado no campo regulado, fornecendo resultados con�áveis durante um período de tempo de�nido. • Aprovação de modelo (tipo) com restrições

Representa a aprovação de um modelo (tipo) de instrumento de medição com certas restrições, que podem se referir a: • Prazo de validade. • Número de instrumentos cobertos pela aprovação. • Obrigação de noti�car às autoridades competentes o local de instalação de

cada instrumento. • Utilização do instrumento. • Exame da conformidade ao modelo (tipo) aprovado

É a parte do exame de um instrumento de medição que permite veri�car sua conformidade ao modelo (tipo) aprovado. 30

De�nições de metrologia • Reconhecimento da aprovação de modelo (tipo) É a decisão legal tomada por uma parte, voluntariamente ou com base em acordo bi ou multilateral, de que um modelo ou tipo aprovado por outra parte satisfaz às

exigências aplicáveis sem a necessidade de emissão de uma nova Portaria ou de um novo Certi�cado de aprovação de um modelo ou tipo. • Revogação da aprovação de modelo (tipo)

Representa a decisão que cancela uma aprovação de modelo (tipo). A revogação se justi�ca nos seguintes casos: • Modi�cação do modelo (tipo). • Circunstâncias que afetam a durabilidade e/ou a con�abilidade metrológica. • Efeitos que alteram as características metrológicas do instrumento, exigidas

por lei, e que foram descobertos somente após a aprovação ser decidida. • Exame preliminar

É o exame parcial de determinados elementos de um instrumento de medição, cuja veri�cação será complementada no local de instalação, ou o exame realizado num instrumento de medição antes da montagem de determinados elementos. • Veri�cação de um instrumento de medição

É o procedimento que compreende o exame, a marcação e/ou a emissão de um certi�cado de veri�cação e que constata e con�rma que o instrumento de medição satisfaz às exigências regulamentares. • Veri�cação por amostragem

É a veri�cação de um universo homogêneo de instrumentos de medição, baseada no exame de um número estatisticamente apropriado de exemplares tomados ao acaso em um lote identi�cado. • Veri�cação inicial É a veri�cação de um instrumento de medição que não foi veri�cado anteriormente. • Veri�cação subsequente

Representa qualquer veri�cação de um instrumento de medição posterior à veri�cação inicial, incluindo: • Veri�cação periódica. • Veri�cação após reparos. 31

Metrologia e controle dimensional A veri�cação subsequente de um instrumento de medição pode ser realizada antes do término do prazo de validade da veri�cação anterior, por solicitação do usuário ou do proprietário, ou quando for declarado que sua veri�cação não é mais válida.

Nota:

• Veri�cação periódica

É a veri�cação subsequente de um instrumento de medição efetuada periodicamente em intervalos de tempo especi�cados e segundo procedimentos �xados por regulamentos. • Veri�cação voluntária

É a veri�cação que não resulta da aplicação de obrigatoriedade. • Reprovação de um instrumento de medição

Representa a decisão que a�rma que um instrumento de medição não satisfaz às exigências regulamentares para veri�cação, noti�cando para reparo e/ou interditando seu uso no caso em que, para sua utilização, se exija uma veri�cação obrigatória. A reprovação de um instrumento de medição pode implicar penalidades pre vistas em lei. Nota:

• Reconhecimento de veri�cação

É a decisão legal, tomada por uma parte, voluntariamente, ou baseada em acordo bi ou multilateral, segundo a qual um certi�cado de veri�cação emitido e/ou uma marca de veri�cação a�xada por outra parte é reconhecido como satisfazendo às exigências pertinentes. • Inspeção de um instrumento de medição É o exame de um instrumento de medição para constatar todos ou alguns dos se-

guintes itens: • Se a marca de veri�cação e/ou o certi�cado são válidos. • Se nenhuma marca de selagem foi dani�cada. • Se, após a veri�cação, o instrumento não sofreu modi�cações evidentes. • Se seus erros não ultrapassam os erros máximos admissíveis em serviço.

• Inspeção por amostragem

É a inspeção de um universo homogêneo de instrumentos de medição baseada nos resultados do exame de um número estatisticamente apropriado de exemplares tomados ao acaso em um lote identi�cado. 32

De�nições de metrologia • Leis de Metrologia

São atos legais e regulamentos que têm por objetivo de�nir as unidades de medida legais e estabelecer a estrutura organizacional dos programas e atividades de Metrologia Legal. • Portaria (certi�cado) de aprovação de modelo (tipo)

Documento que certi�ca que a aprovação de modelo (tipo) foi concedida. • Certi�cado de veri�cação

Documento que certi�ca que a veri�cação de um instrumento de medição foi realizada com resultado satisfatório. • Laudo (certi�cado) de perícia metrológica

Documento, emitido e registrado por uma instituição autorizada, que indica as condições em que foi efetuada a perícia metrológica e relata as investigações realizadas e os resultados obtidos. • Noti�cação de reprovação

Documento que constata que um instrumento de medição foi julgado como não satisfazendo ou não mais satisfazendo às exigências regulamentares pertinentes. • Documentação de um padrão de medição

Conjunto de documentos, anexos ou associados a um padrão de medição, que descreve suas características técnicas e metrológicas e indica as condições e os métodos de sua conservação, sua manutenção e sua utilização. • Marca de reprovação

Marca colocada em um instrumento de medição, de maneira aparente, para indicar que ele não satisfaz às exigências regulamentares e, ainda, inutilizar a marca de veri�cação colocada anteriormente. • Marca de veri�cação

Marca colocada em um instrumento de medição para certi�car que a veri�cação do instrumento foi efetuada com resultados satisfatórios. A marca de veri�cação pode identi�car a organização responsável por ela e, ainda, indicar o ano ou a data da veri�cação ou sua data de expiração.

Nota:

• Marca de selagem

Marca destinada a proteger o instrumento de medição contra qualquer modi�cação, ajuste ou remoção de componentes não autorizados. 33

Metrologia e controle dimensional • Marca de aprovação de modelo (tipo)

Marca colocada em um instrumento de medição para certi�car que o instrumento está de acordo com um modelo (tipo) aprovado. • Unidades (de medida) legais

Unidades de medida cuja utilização é obrigatória ou admitida por regulamentos. As unidades de medida legais podem ser: unidades do SI; múltiplos e submúltiplos decimais obtidos a partir dos pre�xos do SI; outras unidades fora do SI, especi�cadas por regulamentos aplicáveis.

Nota:

• Instrumento de medição legalmente controlado

Instrumento de medição que satisfaz às exigências estabelecidas, em especial às exigências de Metrologia Legal.

2.3.3. Metrologia Cientí�ca e Industrial A Metrologia Cientí�ca e Industrial é uma ferramenta fundamental no crescimento e na inovação tecnológica, promovendo a competitividade e criando um ambiente favorável ao desenvolvimento cientí�co e industrial em todo e qualquer país. A Diretoria de Metrologia Cientí�ca e Industrial do Inmetro (Dimci) é uma das principais unidades do Inmetro, que foi criado pela Lei n o 5.966, de 11/12/1973. O Sinmetro é o órgão máximo. O Conmetro é o colegiado interministerial do qual participam oito ministros, o presidente da Confederação Nacional da Indústria (CNI), o presidente da ABN e o presidente do Instituto de Defesa do Consumidor (IDEC), sendo secretariado pelo Inmetro. A Metrologia Cientí�ca e Industrial é responsável pelos Ensaios de Pro�ciência, que são um conjunto de procedimentos técnicos para a determinação do desempenho de laboratórios de calibração ou de ensaios, através de comparações interlaboratoriais. A participação do laboratório em ensaios de pro�ciência é um dos mecanismos indispensáveis para a avaliação da sua competência técnica. A�nada com a política industrial, tecnológica e comércio exterior, a Diretoria de Metrologia Cientí�ca e Industrial do Inmetro se junta aos demais provedores de ensaios de pro�ciência do país, com o seu Programa de Ensaios de Pro�ciência (PEP), seguindo as diretrizes da ISO/IEC 17.043:2010. A realização de Ensaios de Pro�ciência (EP) no país é fundamental para o aumento da credibilidade dos resultados das medições e, consequentemente, contribui para facilitar o comércio internacional e prevenir barreiras técnicas.17 2.3.3.1. Composição da Metrologia Cientí�ca e Industrial

Em 2000, em função do decreto presidencial n o 3370, a Metrologia Cientí�ca e Industrial passou por uma atualização em sua estrutura organizacional. Atualmente 34


é composta por seis divisões técnicas com seus respectivos laboratórios, bem como serviços de engenharia e seção de apoio, 17 citados a seguir. • • • • • • • •

Divisão de Metrologia Acústica e de Vibrações (Diavi); Divisão de Metrologia Elétrica (Diele); Divisão de Metrologia Mecânica (Dimec); Divisão de Metrologia Óptica (Diopt); Divisão de Metrologia érmica (Diter); Divisão de Metrologia Química (Dquim); Serviço de Engenharia de Instrumentação e Inovação ecnológica (Sengi); Seção de Apoio à Metrologia Cientí�ca e Industrial (Samci).

2.3.3.2. Missão institucional • Gestão dos laboratórios de Metrologia Cientí�ca e Industrial do Inmetro, com

responsabilidade pela manutenção e disseminação das unidades de medida do SI e guarda dos padrões nacionais de medida; • Coordenação do projeto do parque tecnológico de Xerém – PX, no Rio de Janeiro, com a responsabilidade de criar uma infraestrutura adequada com vistas a promover a competitividade da indústria de base tecnológica, voltada para a Metrologia, bem como conduzir projetos de pesquisa no campo da Metrologia e a prestação de serviços metrológicos. 2.3.3.3. Manutenção da credibilidade dos laboratórios

A �m de manter a credibilidade dos laboratórios de Metrologia do Inmetro, várias ações foram tomadas, destacando-se a realização de comparações interlaboratoriais com instituições nacionais e internacionais, em áreas como temperatura, umidade, resistência elétrica de altos valores e de indutância, incluindo comparações-chave realizadas sob a coordenação do BIPM, além de comparações realizadas em âmbito nacional. Como evidência da credibilidade dos seus laboratórios, o Inmetro mantém registros atualizados da rastreabilidade dos seus padrões internacionais. Os técnicos dos laboratórios de Metrologia participam de diversos e importantes eventos técnicos e cientí�cos, realizados no país e no exterior, divulgando expressivo número de trabalhos técnicos gerados no Inmetro.

35

CAPÍTULO

3

INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO E CONTROLE DIMENSIONAL No início da civilização, o homem não possuía instrumentos adequados para fazer medições. Na maioria dos casos, as partes do corpo humano (o palmo, o pé, o passo, a polegada, entre outros) eram usadas como padrões de medida. Com o decorrer do tempo foram desenvolvidos instrumentos padronizados para garantir maior exatidão das medidas, tendo em vista que �caria muito difícil padronizar tudo em relação ao corpo humano, já que as pessoas têm partes do corpo diferentes umas das outras. Mas a escolha de um instrumento de medição não é tarefa simples. O primeiro cuidado a observar é com relação à exigência de exatidão da medida. Se uma medição exigir tolerância (variação permitida da peça) apertada, deve-se levar em consideração a resolução do instrumento de medição, que é a menor variação da escala desse instrumento. Além da resolução, devem-se considerar também o tipo e o tamanho da peça, pois a utilização de instrumento de medição inadequado acarreta erros de medição e compromete a qualidade da medida. Para minimizar os erros de medição é necessário considerar os efeitos ambientais sobre o resultado da medida, porque a variação da temperatura in�ui no instrumento e na peça, ou seja, o aumento da temperatura provoca dilatação térmica tanto da peça quanto do instrumento. A temperatura normalizada para uma medição é de 20 graus centígrados (20 °C). 37


O manuseio do instrumento de medição também pode in�uenciar o resultado de uma medida materializada. Se o observador colocar muita força no manuseio de um instrumento de medição manual, essa atitude vai causar deformação desse instrumento ou da peça, e o resultado não será con�ável. A medição de uma peça deve ser muito criteriosa. Por isso, durante uma ati vidade de medição, deve-se evitar o erro de paralaxe , que é a observação errada da escala de um instrumento analógico. Se o ângulo de observação for incorreto, esse desvio de visão acarretará erro de medição. Como o mundo adotou o metro como padrão para medições, surgiram instrumentos com as dimensões de seus submúltiplos e múltiplos. Mas também existem instrumentos que medem em polegadas, conforme mostrado a seguir. Obviamente, existem outros instrumentos de medição que também são importantes na Metrologia e que não são mostrados neste trabalho, mas podem ser encontrados em outros livros sobre o assunto.

3.1. R ÉGUA GRADUADA , METRO ARTICULADO E TRENA A régua graduada (também conhecida como escala), em geral, é fabricada em aço inoxidável e possui duas escalas: uma em milímetros (mm) e outra em polegadas fracionárias. Na escala em milímetros, a divisão normalmente é contada de 0,5 mm em 0,5 mm ou de 1 mm em 1 mm. A escala em polegadas fracionárias pode possuir divisões de 1”/16 ou 1”/32. As réguas graduadas possuem vários comprimentos. As mais comuns são as de 6” (152,4 mm), 8” (203,2 mm) e 12” (304,8 mm), mas no mercado também podem ser encontradas réguas graduadas de 1.000 mm, 2.000 mm ou ainda maiores. A régua graduada deve ser utilizada em medições que não exigem muita exatidão, tendo em vista as di�culdades de manter uma referência muito rigorosa dos pontos a serem medidos. Quando se mede uma peça com uma escala, deve-se ter o cuidado de deixar a amostra um pouco maior que o desenho da peça, se a chapa for cortada para outras operações. Nesse caso, o sobremetal (valor em excesso para o acabamento) depende da máquina que vai cortar a amostra e das dimensões da peça. A Figura 3.1 mostra duas réguas graduadas em polegada fracionária (acima) e em milímetros (abaixo),19 e a Figura 3.2 mostra como medir uma peça com uma régua graduada (nesse caso, a peça que está sendo medida possui 49 mm).

Figura 3.1. Réguas graduadas em polegada fracionária (acima) e em milímetros (abaixo). 18 38

Instrumentos de medição e controle dimensional PEÇA

mm

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Figura 3.2. Medição de uma peça com uma régua graduada.

Como qualquer instrumento de medição, as réguas graduadas também precisam de cuidados especiais. Elas devem ser sempre guardadas limpas e nas embalagens para não serem amassadas ou arranhadas. Nunca se deve bater com a régua, nem riscá-la ou empená-la. O metro articulado, em geral, é feito de madeira, alumínio ou �bra. Ele também possui duas escalas: uma em milímetros (mm) e outra em polegadas fracionárias. No caso da escala em milímetros, suas divisões, normalmente, são de 1 mm. A escala em polegadas pode possuir divisão de 1”/16. A utilização do metro não é comum no dia a dia da indústria, mas às vezes é necessário medir peças que não dependem de muita exatidão e têm acabamento mais grosseiro. O metro articulado é fabricado com comprimento de 1 m ou 2 m. A Figura 3.3 mostra, à direita, um metro articulado de alumínio e, à esquerda, um metro articulado de madeira.

Figura 3.3. Metro articulado de alumínio (direita) e metro articulado de madeira (esquerda).

A trena é um instrumento de medição feito de aço, tecido ou �bra. É montada em um estojo no qual a �ta enrola e desenrola à medida que sua extremidade é puxada. Ela também possui duas escalas: uma em milímetros (mm) e outra em polegadas fracionárias. No caso da escala em milímetros, sua divisão, normalmente, é de 1 mm. A escala em polegadas pode possuir divisão de 1”/16. As trenas costumam ser produzidas com 3 m, 5 m, 8 m, 10 m, 20 m, 30 m, 50 m, mas podem ser ainda maiores. Elas são utilizadas em medições que não exigem muita exatidão, tanto em peças pequenas quanto em grandes. A Figura 3.4 mostra uma trena de 8 m. 39


Foto: © Starrett

Figura 3.4. Trena de 8 metros.19

Como a trena não oferece boa exatidão, durante o processo de medição deve -se colocá-la o mais reto possível na peça e veri�car qual é o traço do instrumento que coincide com o �nal da peça. A Figura 3.5 mostra o processo de medição do comprimento de um tubo que está �xado em uma máquina.

Foto: © Starrett

Figura 3.5. Processo de medição de um tubo. 19

No mercado, já existe trena com mira a laser para medições de até 50 metros ou mais. Para medir com esse tipo de trena é necessário apontar o laser para um ponto de referência e, em seguida, para outro ponto. O valor mostrado no visor da trena será a distância entre os dois. Em alguns tipos de trena a laser , para fazer a medição é necessário que esses pontos sejam perpendiculares, como ocorre, por exemplo, na medição da distância entre duas paredes. 40

Instrumentos de medição e controle dimensional

3.2. P AQUÍMETROS O nome paquímetro vem do grego paqui (“espessura”) e metro (“medida”). Esse instrumento consiste em uma régua graduada, com encosto �xo, sobre a qual desliza um cursor. Ele é usado para medir as dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça. A norma ABNT NBR NM 216:2000 (Paquímetros e paquímetros de profundidade – Características construtivas e requisitos metrológicos) especi�ca os requisitos principais para as características construtivas, dimensionais e de desempenho de paquímetros com várias faixas de medição.20 Existem vários de tipos de paquímetros, mas o mais utilizado é o paquímetro universal, apresentado na Figura 3.6 durante a medição de um tubo de PVC. A Figura 3.7 mostra a foto de um paquímetro universal.

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Figura 3.6. Medição de um tubo de PVC com um paquímetro universal.19

Foto: © Starrett

Figura 3.7. Paquímetro universal.19 41


3.2.1. Outros tipos de paquímetro A Figura 3.8 mostra um paquímetro de profundidade digital. A Figura 3.9 traz um paquímetro universal digital. A Figura 3.10 exibe um paquímetro usado para ser viços pesados.

Foto: © Starrett

Figura 3.8. Paquímetro de profundidade digital.19

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Figura 3.9. Paquímetro universal digital. 19

Foto: © Starrett

Figura 3.10. Paquímetro para serviços pesados.19

Um dos principais aspectos a considerar em um paquímetro é sua resolução, que é a menor medida que o instrumento é capaz de medir. A resolução é calculada dividindo-se a unidade que o instrumento tem na escala �xa pelo número de divisões da escala móvel do cursor, também chamada de nônio ou Vernier . Por exemplo, se um paquímetro tem sua escala �xa em milímetros e possui 20 divisões na escala móvel, sua resolução é de 0,05 mm, ou seja, 1 mm/20 = 0,05 mm. Outras resoluções são: 1 mm/10 = 0,1 mm, 1 mm/50 = 0,02 mm e 1 mm/100 = 0,01 mm. 42


3.2.2. Leitura de paquímetro em milímetros A leitura de paquímetro em milímetros é feita da seguinte maneira: leem-se, na escala �xa, os milímetros até antes do “zero” do Vernier. Depois, contam-se os traços do Vernier até aquele que coincide com um traço da escala �xa e somam-se os valores encontrados. A Figura 3.11 mostra como é feita uma leitura em paquímetro em milímetros, com 10 divisões na escala móvel, ou seja, com resolução de 0,1 mm. 0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

cm

0,1mm

Figura 3.11. Leitura em paquímetro em milímetros e com resolução de 0,1 mm.

Na Figura 3.11, na escala �xa a partir do zero, temos 4 mm e a fração de milímetro. Essa fração é determinada pelo primeiro traço da escala móvel ou Vernier, ou seja, o número (4), que coincide com o traço da escala �xa. Somando os valores, teremos 4,4 mm. A Figura 3.12 também mostra como é feita uma leitura em paquímetro em milímetros e com 10 divisões na escala móvel, ou seja, com resolução de 0,1 mm.

0

1

cm

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

0,1mm

Figura 3.12. Leitura em paquímetro em milímetros.

Na escala �xa, a partir do zero temos 11 mm e a fração de milímetro. Essa fração é determinada pelo primeiro traço da escala móvel ou Vernier, ou seja, o número (1), que coincide com o traço da escala �xa. Somando os valores, teremos 11,1 mm.

3.2.3. Leitura de paquímetro em polegada fracionária e com resolução de 1”/128 Em geral, a escala �xa do paquímetro em polegada fracionária possui divisão de 1”/16 e a escala móvel tem resolução de 1”/128. O procedimento de leitura é igual 43


ao da escala em milímetros, porém é necessário executar cálculos simples de adição de fração. A Figura 3.13 mostra a leitura em paquímetro em polegadas fracionárias e com resolução de 1”/128. 0

0

4

8

1/128in

1

2

Figura 3.13. Leitura em paquímetro em polegadas fracionárias e com resolução de 1”/128

Na Figura 3.13, tem-se: 1” 1/16 + 1”/128 = 1” 9/128 (lê-se “uma polegada e nove e cento e vinte e oito avos de polegada”).

3.2.4. Leitura de paquímetro em polegada milesimal e com resolução de 0,001’’ Nesse caso, a escala �xa tem divisão de 0,025”, ou seja, uma polegada foi dividida em 40 partes. Já a escala móvel tem divisão de 0,001”. O procedimento de leitura é igual ao da escala em milímetros, porém é necessário executar cálculos simples de números decimais. A Figura 3.14 mostra a leitura em paquímetro em polegadas milesimais e com resolução de 0,001’’. 1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

1

2

3

4

0 0

5

10

15

20

25

Figura 3.14. Leitura em paquímetro em polegada milesimal e com resolução de 0,001.

Nesse caso tem-se: 0,475” (na escala �xa) + 0,021” (na escala móvel). Somando-se esses valores, tem-se 0,496” (lê-se “quatrocentos e noventa e seis milésimos de polegada”).

3.2.5. Principais técnicas de medição com paquímetros Na medição com paquímetro, devem ser observadas várias técnicas de manuseio e posicionamento – tanto da peça quanto do instrumento – para minimizar os erros. 44


Além disso, deve-se evitar a queda do paquímetro e seu contato com ferramentas. A pressão entre a peça e os encostos deve ser leve, porque a aplicação de muita força no cursor pode deformar o paquímetro. No caso de medição de uma peça prismática com paquímetro universal, como mostrado na Figura 3.15, a peça deve �car perpendicular aos encostos �xo e móvel do instrumento. Além disso, deve-se evitar apoiá-la nas pontas dos encostos para evitar desgastá-los.

Peça

Figura 3.15. Medição de uma peça prismática com paquímetro universal.

Para medição de uma peça circular, deve-se apoiá-la conforme mostrado na Figura 3.16. Colocando a peça dessa maneira, os erros de medição podem ser minimizados, porque assim se forma um apoio adequado para o conjunto.

Peça

Figura 3.16. Medição de uma peça circular.

Para a medição de rebaixos, conforme mostrado na Figura 3.17, devem-se utilizar as orelhas do paquímetro universal, porque a distância entre as duas orelhas coincide 45


com a abertura dos encostos �xo e móvel do paquímetro. Por isso, no momento da leitura, basta observar os valores que aparecerem nas escalas �xa e móvel do paquímetro. Para a medição de diâmetros e superfícies internas, conforme mostrado na Figura 3.18, utilizam-se os mesmos procedimentos da medição de rebaixos. Peça

Figura 3.17. Medição de rebaixos.

Peça

Figura 3.18. Medição de diâmetros e superfícies internas.

A Figura 3.19 mostra um procedimento de medição de profundidade. Nesse caso, utiliza-se a haste de profundidade para medir. No paquímetro universal, a abertura da haste de profundidade coincide com a distância entre a abertura dos encostos �xo e móvel do instrumento. Por isso, no momento da leitura, basta observar os valores que aparecerem nas escalas �xa e móvel do paquímetro. 46


Medição de Profundidade

Peça

Figura 3.19. Procedimento de medição de profundidade.

3.3. MICRÔMETROS Algumas medições exigem exatidão, por isso não são possíveis de realizar com o paquímetro ou precisam de instrumentos com características especiais em função de seu formato. Pensando nisso, em 1848, o francês Jean Louis Palmer inventou um instrumento que permitia fazer medições mais exatas do que o paquímetro. No novo instrumento podia ser feita a leitura de centésimos de milímetro ou menos, a partir de certo aperfeiçoamento. Tal instrumento recebeu o nome de micrômetro. No entanto, na França ele é mais conhecido como Palmer , em homenagem ao seu criador.

3.3.1. Princípio de funcionamento do micrômetro O funcionamento do micrômetro baseia-se no princípio do deslocamento gradual de um parafuso, no sentido longitudinal, quando ele gira em uma porca. Quando o parafuso se desloca, cada volta corresponde ao passo da rosca. A Figura 3.20 ilustra esses movimentos. A ABNT NBR NM ISO 3611:1997 (Micrômetro para medições externas) especi�ca características dimensionais, funcionais e qualitativas dos micrômetros para medições externas.22 O micrômetro para medições externas apresenta as seguintes 47


partes (Figura 3.21): o arco é constituído de aço especial ou fundido, tratado termicamente para eliminar as tensões internas. O isolante térmico, �xado ao arco, evita sua dilatação, porque isola a transmissão de calor das mãos para o instrumento. O fuso micrométrico é construído de aço especial temperado e reti�cado para garantir exatidão do passo da rosca. As faces de medição tocam a peça a ser medida e, para isso, apresentam-se rigorosamente planos e paralelos. Em alguns instrumentos, os contatos são de metal duro, de alta resistência ao desgaste. A porca de ajuste permite o ajuste da folga do fuso micrométrico, quando isso é necessário. O tambor é o ponto onde se localiza a escala centesimal; ele gira ligado ao fuso micrométrico. Portanto, a cada volta, seu deslocamento é igual ao passo do fuso micrométrico. A catraca ou fricção assegura uma pressão de medição constante. A trava permite imobilizar o fuso numa medida predeterminada. No micrômetro da Figura 3.21, o fuso é preso ao tambor por meio de uma rosca de determinado passo que gira em uma porca. Assim, uma volta completa do tambor faz que a face do fuso se desloque longitudinalmente de um comprimento igual ao passo da rosca. Em consequência, conhecido o passo da rosca e dividindo-se o tambor em um certo número de partes iguais, pode-se medir qualquer deslocamento da face, por menor que ele seja.18 Para a leitura do micrômetro de 1/100 de milímetro, no prolongamento do fuso há um parafuso micrométrico preso ao tambor, que se move através de uma porca ligada à bainha. Quando se gira o tambor, sua graduação circular desloca-se em torno da bainha. Ao mesmo tempo, conforme o sentido do movimento, a face do fuso se aproxima ou se afasta da face do encosto. As roscas do parafuso micrométrico e de sua porca são de grande precisão. No micrômetro de 1/100 mm, seu passo é de 0,5 milímetro. Na bainha, as divisões são em milímetros e meios milímetros; no tambor, a graduação circular tem 50 partes iguais. Quando as faces do fuso e do encosto estão juntas, a borda do tambor coincide com o traço “zero” da graduação da bainha. Ao mesmo tempo, a reta longitudinal gravada na bainha (entre as escalas de milímetros e meios milímetros) coincide com o “zero” da graduação circular do tambor. Como o passo do parafuso é de 0,5 mm, uma volta completa do tambor levará sua borda ao 1 º traço de meio milímetro. Duas voltas levarão a borda do tambor ao 1º traço de 1 milímetro. Com isso, o deslocamento de apenas uma divisão da graduação circular do tambor dá a aproximação de: (1/50) x 0,5 mm = 5/500 = 1/100 de milímetro (0,01 mm). Esse valor é chamado de resolução do micrômetro, ou seja, a menor diferença entre as indicações de um dispositivo mostrador que pode ser signi�cativamente percebida. As resoluções dos micrômetros geralmente são de 0,01 mm, 0,005 mm ou 0,001 mm. 48


Figura 3.20. Deslocamento gradual de uma porca em um parafuso.

Batente

Fuso

Bainha Bucha interna

Porca de ajuste

Faces medição

Arco

Catraca Tambor

Linha de referência

Trava

Isolante térmico

Figura 3.21. Micrômetro para medições externas.

Em relação à capacidade de medição, os micrômetros são normalizados com faixas para leitura da seguinte maneira: 0 a 25 mm, 25 a 50 mm, 50 a 75 mm e assim sucessivamente, podendo chegar até mais de 2.000 mm. Podem ter ainda capacidade em polegada milesimal: 0 a 1,000”, 1,000’ a 1,250” e assim por diante.

3.3.2. Procedimento de leitura no micrômetro externo com resolução de 0,01 mm Na Figura 3.22, a resolução do micrômetro é de 0,01 mm, porque o tambor tem 50 divisões e o passo da rosca é 0,5 mm (valor mais comum). Daí, R = 0,5/50, então a resolução é de 0,01 mm. 49


30

0

5

10

15

20

25

20 Resolução = 0,01mm

15

10

Figura 3.22. Leitura de um micrômetro externo com resolução de 0,01 mm.

Na Figura 3.22, encontram-se 22 traços na graduação da bainha (22 mm). Na graduação circular do tambor, a coincidência com a reta longitudinal da bainha se dá no traço 20 (0,20 mm). A leitura completa é 22 mm + 0,20 mm = 22,20 mm.

3.3.3. Leitura em um micrômetro externo com resolução de 0,001 mm O procedimento de leitura em um micrômetro com resolução de 0,001 mm é semelhante àquele de resolução 0,01 mm, porém no micrômetro com resolução de 0,001 mm existe uma terceira escala, chamada auxiliar ou do nônio, em milésimos de milímetro. Na Figura 3.23, a leitura no micrômetro com resolução de 0,001 mm é feita de acordo com os seguintes passos: 1. 2. 3. 4.

Leitura dos milímetros inteiros na escala da bainha (12,000 mm). Leitura dos meios milímetros na mesma escala (0,500 mm). Leitura dos centésimos na escala do tambor (0,170 mm). Leitura dos milésimos com o auxílio do nônio da bainha, veri�cando qual dos traços do nônio coincide com o traço do tambor (0,004 mm). 5. A leitura completa é: 12,000 mm + 0,500 mm + 0,170 mm + 0,004 mm = 12,674 mm. 50


30 0 8 6 4 2 0 0

25 5

10

20

15 Resolução = 0,001mm 10

Figura 3.23. Leitura em micrômetro externo com resolução de 0,001 mm.

3.3.4. Leitura em micrômetros internos com resolução de 0,005 mm e 0,001 mm O micrômetro interno é utilizado para medir diâmetros internos. No caso dos micrômetros de três contatos, suas pontas formam ângulos de 120º que favorecem o processo de medição do diâmetro da peça, porque esses contatos encaixam com facilidade nas paredes do furo. Além disso, existe a possibilidade de se fazer medições em várias profundidades do furo. A Figura 3.24 mostra um micrômetro interno de três contatos.

Foto: © Starrett

Figura 3.24. Micrômetro interno de três contatos.19

Nos micrômetros internos de três contatos, o tambor possui 100 divisões e o passo da rosca mede 0,5 mm; por isso, a cada volta, o tambor se desloca 100 posições. Conclui-se que sua resolução é 0,5/100 = 0,005 mm, ou seja, 5 µm (cinco micrômetros). Existem micrômetros internos com resolução de 0,001 mm (um micrômetro). Nesse caso, o micrômetro interno possui uma escala auxiliar ou nônio com resolução de 0,001 mm. A leitura nos micrômetros internos de três contatos é feita da mesma maneira que a dos micrômetros externos. No caso da bainha, porém, considera-se o traço que �ca encoberto no tambor, porque o deslocamento dos contatos depende do sentido 51


de rotação desse tambor. Se o tambor girar no sentido horário, os contatos se abrirão. Se o tambor girar no sentido anti-horário, os contatos se fecharão. A Figura 3.25 mostra como se faz a medição com um micrômetro interno de três contatos e resolução de 0,005 mm. A leitura nesse micrômetro interno é feita de acordo com os seguintes passos: 1. Leitura dos milímetros inteiros na escala da bainha (13,000 mm), porque o 13 está encoberto. 2. A leitura do meio milímetro na mesma escala não existe, porque não está encoberto. 3. Leitura dos centésimos na escala do tambor (0,190 mm). 4. A leitura completa é: 13,000 mm + 0,190 mm = 13,190 mm.

30

Tambor

Bainha 20

25

15 9 8 7 6

4 20

Resolução = 0,005mm

15

10

Figura 3.25. Processo de medição com um micrômetro interno de três contatos e com resolução de 0,005 mm.

A Figura 3.26 ilustra como fazer a medição com micrômetro interno de três contatos e com resolução de 0,001 mm, que possui escala auxiliar ou nônio com resolução de 0,001 mm. A leitura nesse micrômetro interno é feita de acordo com os seguintes passos: 1. Leitura dos milímetros inteiros na escala da bainha (9,000 mm), porque ele �cou encoberto. 2. A leitura do meio milímetro na escala da bainha não existe, porque não �cou encoberto. 3. Leitura dos centésimos na escala do tambor (0,200 mm). 52


4. Leitura dos milésimos com o auxílio do nônio da bainha, veri�cando qual dos traços do nônio coincide com o traço do tambor (0,004 mm). 5. A leitura completa é: 9,000 mm + 0,200 mm + 0,004 mm = 9,204 mm. 0 8 6 4 2 0

30

30

25

20

15

25

10

20

Resolução = 0,001mm

15

10

Figura 3.26. Medição com um micrômetro interno com resolução de 0,001 mm.

3.3.5. Leitura no micrômetro externo em polegada milesimal e com resolução de .001’’ Nesse caso, a escala da bainha tem divisão de 0,025”, ou seja, uma polegada foi dividida em 40 partes, enquanto a escala móvel (tambor) tem 25 divisões de 0,001”. O procedimento de leitura é igual ao da escala em milímetros, mas é necessário executar cálculos simples de números decimais. A Figura 3.27 mostra a leitura no micrômetro em polegadas milesimais e com resolução de 0,001”. 0

1

2

3

4

5

6

7

20 15 10

Figura 3.27. Leitura no micrômetro em polegadas milesimais e com resolução de 0,001”.

Nesse caso, tem-se 0,700” + 0,050” na escala da bainha e 0,012” na escala do tambor. A leitura completa é 0,762” (lê-se “setecentos e sessenta e dois milésimos de polegada”). 53


3.3.6. Leitura no micrômetro externo em polegada milesimal e com resolução de 0,0001’’ Nesse caso a escala da bainha tem divisão de 0,025”, ou seja, uma polegada foi dividida em 40 partes. Já a escala móvel (tambor) tem 25 divisões de 0,001”. Esse tipo de micrômetro externo possui uma escala auxiliar ou nônio com resolução de 0,0001’’. A leitura nesse micrômetro é feita como no de resolução de 0,001”, porém deve -se acrescentar o valor que existir na escala auxiliar ou nônio. A Figura 3.28 mostra o esquema de um micrômetro externo em polegadas milesimais e com resolução de 0,0001”. A leitura nesse micrômetro é feita de acordo com os seguintes passos: 1. Leitura dos milésimos de polegada na escala da bainha (0,625”). 2. Leitura dos milésimos na escala do tambor (0,017). 3. Leitura dos décimos milésimos com o auxílio do nônio da bainha, veri�cando qual dos traços do nônio coincide com o traço do tambor (0,0001”). 4. A leitura completa é: 0,625” + 0,017” + 0,0001” = 0,6421”.

0 8 6 4 2 0

0

0

20

1

2

3

4 5 6 Resolução = 0,0001mm

15

Figura 3.28. Esquema de um micrômetro externo em polegada milesimal e com resolução de 0,0001”.

3.3.7. Outros tipos de micrômetro A Figura 3.29 mostra um micrômetro digital para medições externas. A Figura 3.30 mostra o micrômetro tipo paquímetro para medições internas. A Figura 3.31 mostra um micrômetro externo com contato em forma de V para medição de ferramentas de corte como: fresas de topo, macho, alargadores, entre outros. A Figura 3.32 mostra um micrômetro interno digital com três contatos. A Figura 3.33 mostra um micrômetro de medição de profundidade. A Figura 3.34 mostra um micrômetro externo. 54


Foto: © Starrett

Figura 3.29. Micrômetro digital para medições externas.19

Foto: © Starrett

Figura 3.30. Micrômetro de medição de profundidade.19

Foto: © Starrett

Figura 3.31. Micrômetro externo com contato em forma de V para medição de ferramentas de corte como: fresas de topo, macho, alargadores, entre outros.19

Foto: © Starrett

Figura 3.32. Micrômetro interno digital com três contatos.19

Foto: © Starrett

Figura 3.33. Micrômetro tipo paquímetro para medições internas.19

Foto: © Starrett

Figura 3.34. Micrômetro externo.19

55


3.3.8. Principais técnicas de medição com micrômetros Os procedimentos de medição com micrômetros exigem cuidados especiais porque esses instrumentos são muitos sensíveis. Quaisquer anormalidades no manuseio dos micrômetros podem afetar a exatidão desses instrumentos. Portanto, eles não devem sofrer queda nem entrar em contato com ferramentas. Antes de qualquer medição, é necessário veri�car se o micrômetro está ajustado. Não se deve confundir ajuste com calibração. A calibração só pode ser feita por um laboratório acreditado (credenciado) pelo Inmetro, mas o ajuste pode ser feito pelo operador. Os micrômetros, normalmente, vêm acompanhados de uma chave de encaixe para ajustes. Para ajustar o “zero” do micrômetro, limpe toda a sujeira ou partículas de suas pontas de contato. Em seguida, aproxime levemente as pontas de papel limpo. Puxe o papel com a pressão aplicada, fechando as pontas, usando a fricção ou a catraca. Introduza a chave de ajuste na pequena fenda que existe no cilindro (bainha) do micrômetro. Finalmente, gire o cilindro até que o traço do “zero” da bainha coincida com o “zero” do tambor.19 Durante uma medição, não se deve forçar os contatos contra a peça. Uma pressão muito forte pode dani�car os contatos, além de deformar o micrômetro. Assim, o giro do tambor deve ser feito levemente quando os contatos se aproximarem da peça ou a tocarem. Quando o micrômetro já estiver apoiado na peça, devem ser dadas três voltas na catraca para dar o ajuste �no na medição. Outro cuidado importante é relativo à retirada da peça do micrômetro. Não se deve retirar a peça do micrômetro e vice-versa se ela estiver presa entre os contatos, porque essa ação dani�ca o micrômetro. A maneira correta de retirar a peça presa no micrômetro é girar o tambor para deslocar e soltar os contatos, deixando a peça sair livremente. O meio ambiente pode afetar a exatidão dos micrômetros. Por isso, eles devem ser mantidos na caixa quando não estiverem em uso. A temperatura normalizada para o funcionamento adequado do micrômetro é de 20 ºC. Para medir uma peça prismática, como mostrado na Figura 3.35, é necessário que os contatos �quem perpendiculares à superfície da peça. A inclinação da peça ou dos contatos causa erros de medição.

Peça

Figura 3.35. Medição de uma peça prismática com micrômetro externo. 56


O micrômetro com arco profundo é utilizado para medir peças longas, com saliências ou detalhes que não podem ser medidos com um micrômetro externo. A Figura 3.36 mostra o esquema de medição de uma peça com um micrômetro com arco profundo.

Peça

Figura 3.36. Medição de uma peça com um micrômetro com arco profundo.

A Figura 3.37 traz o procedimento de medição com um micrômetro de profundidade. Nesse caso, a haste de profundidade determina a altura do rebaixo da peça. Para a medição, a haste de profundidade deve �car perpendicular à superfície onde está apoiada, para que não ocorra inclinação da haste, pois isso pode causar erro de medição.

Haste de profundidade

Peça

Figura 3.37. Procedimento de medição com um micrômetro de profundidade. 57


Na medição de peças cilíndricas, redondas ou esféricas utilizando um micrômetro externo, deve-se ter o cuidado com o posicionamento dos contatos do instrumento. Se eles não apoiarem adequadamente, corre-se o risco de a medição �car errada e apresentar um diâmetro menor que o real. A Figura 3.38 mostra o procedimento de medição de uma peça circular com um micrômetro externo.

Peça

Figura 3.38. Procedimento de medição de uma peça circular com um micrômetro externo.

A Figura 3.39 ilustra o procedimento de medição com um micrômetro interno de três contatos. Nesse caso, os contatos se encaixam perfeitamente no furo cujo diâmetro será medido.

Foto: © Starrett

Figura 3.39. Processo de medição com um micrômetro interno de três contatos. 19

3.4. R ELÓGIOS COMPARADORES O relógio comparador é um instrumento de medição por comparação dotado de uma escala e um ponteiro, ligados por mecanismos diversos a uma ponta de contato. O comparador centesimal é um instrumento comum de medição por comparação. As 58


diferenças percebidas nele pela ponta de contato são ampli�cadas mecanicamente e vão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala.18 Quando a ponta de contato sofre uma pressão e o ponteiro gira em sentido horário, a diferença será positiva. Isso signi�ca que a peça apresenta maior dimensão do que a estabelecida. Se o ponteiro girar em sentido anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça apresenta menor dimensão do que a estabelecida. Existem vários modelos de relógios comparadores. Os mais utilizados possuem resolução de 0,01 mm. O curso do relógio também varia de acordo com o modelo, porém os mais comuns são de 1 mm, 5 mm ou 10 mm, .250” ou 1”. A Figura 3.40 mostra um relógio comparador centesimal com capacidade de medição (curso total) de 10 mm e resolução de 0,01 mm. Corpo Anel externo

Limitador Limitador Tampa traseira

Trava

Mostrador móvel Mostrador fixo

0 90

10

80

20

Ponteiro maior 30

70

60

Haste de fixação

Tampa transparente

Haste móvel

Ponteiro menor

40 50

Indicador de voltas

Ponta de contato

Figura 3.40. Relógio comparador centesimal.23

Em alguns modelos, a escala dos relógios se apresenta perpendicularmente em relação à ponta de contato (vertical). Caso apresentem um curso que implique mais de uma volta, os relógios comparadores possuem, além do ponteiro normal, outro menor, denominado contador de voltas do ponteiro principal. A Figura 3.41 traz um relógio comparador vertical. O relógio com ponta de contato de alavanca (apalpador) é um dos mais versáteis. Seu corpo monobloco possui três guias que facilitam a �xação em diversas posições. Existem dois tipos de relógios apalpadores: um deles possui reversão automática do movimento da ponta de medição; outro tem alavanca inversora, que seleciona a direção do movimento de medição ascendente ou descendente. 18 A Figura 3.42 mostra um relógio apalpador, que pode ser usado em: 59

Metrologia e controle dimensional • • • • •

Alinhamento e centragem de peças nas máquinas. Excentricidade de peças. Paralelismos entre faces. Medições internas. Medições de detalhes de difícil acesso.

Foto: © Starrett

Figura 3.41. Relógio comparador vertical. 19

Foto: © Starrett

Figura 3.42. Relógio comparador tipo apalpador. 19

3.4.1. Leitura no relógio comparador centesimal A leitura de uma medida no relógio comparador centesimal deve ser feita nas duas escalas do mostrador. Na escala dos milímetros, conta-se o número de voltas. Cada volta corresponde a 1 mm. Na escala centesimal, lê-se o valor correspondente. O resultado da leitura é a soma dos valores das duas escalas. Quando o relógio comparador está em polegada milesimal, o processo de leitura é semelhante à feita em milímetros. 60


A Figura 3.43 mostra um exemplo de relógio comparador centesimal em milímetros, em que o ponteiro contador de voltas (menor) da escala de milímetros deu mais de três voltas (saiu do 3 e passou do 6), mas não completou quatro voltas. Por isso, a primeira leitura é 3 mm. A segunda leitura corresponde a 43 centésimos de milímetro, ou seja, 0,43 mm. Somando as duas medidas, tem-se 3,43 mm. O sinal da medição é positivo (elevação ou ressalto) porque o sentido do ponteiro maior é horário. Se o sentido do ponteiro maior for anti-horário, a medição será negativa (depressão ou rebaixo). A Figura 3.44 exibe um exemplo de relógio comparador centesimal em milímetros, em que o ponteiro contador de voltas (menor) da escala de milímetros deu mais de duas voltas, mas não completou três voltas (saiu do 6 e passou do 4). Por isso, a primeira leitura é 2 mm. A segunda leitura corresponde a 31 centésimos de milímetro, ou seja, 0,31 mm. Somando as duas medidas, tem-se -2,31 mm. O sinal da medição é negativo porque o sentido do ponteiro maior foi anti-horário. Por isso, a medição será negativa (depressão ou rebaixo). A leitura no relógio comparador em polegada milesimal (resolução de 0,001”) também é feita nas duas escalas. Primeiro, observa-se o número de voltas do ponteiro menor para veri�car os centésimos. Em seguida, veri�cam-se os milésimos no ponteiro maior. A leitura �nal será a soma das duas leituras. A Figura 3.45 mostra um relógio comparador em polegada milesimal (resolução de 0,001”). Nesse caso, o ponteiro contador de voltas (menor) da escala de centésimos deu mais de seis voltas, mas não completou sete voltas. Por isso, a primeira leitura é 0,600”. A segunda leitura corresponde a 57 milésimos de polegada, ou seja, 0,057”. Somando as duas medidas, tem-se: 0,657” (lê-se “seiscentos e cinquenta e sete milésimos de polegada”).

–0+ 90 10

10 90 0,01 – 10,00mm

80 20

20 80

1

70 30

0

9

2

8

3

7 4

5

30 70

6

60 40

40 60 50 50

Figura 3.43. Leitura de um relógio comparador centesimal em milímetros (positivo). 61


–0+ 90 10

10 90 0,01 – 10,00mm

80 20

20 80

1

70 30

0

9

2

30 70

8

3

7 4

5

6

60 40

40 60 50 50

Figura 3.44. Leitura de um relógio comparador centesimal em milímetros (negativo).

–0+ 90 10

10 90 0,001” – 1,000”

80 20

20 80

1

70 30

0

9

2

30 70

8

3

7 4

5

6

60 40

40 60 50 50

Figura 3.45. Relógio comparador em polegada milesimal (resolução de 0,001”).

3.4.2. Principais aplicações dos relógios comparadores comparadores Os relógios comparadores são muito úteis na indústria em geral. Podem ser utilizados em operações simples de nivelamento e alinhamento de peças e máquinas e até em operações mais complexas, como a avaliação de tolerâncias geométricas de peças ou a montagem de conjuntos mecânicos. Uma peça a ser torneada, por exemplo, deve estar alinhada. Caso contrário, ha verá diferença no diâmetro diâmetro em toda a extensão da peça. peça. A veri�cação de alinhamento alinhamento entre pontas consiste em movimentar o relógio comparador sobre a superfície em 62


várias direções. Em função das variações do diâmetro, diâmetro, processa-se processa-se o alinhamento da peça entre as pontas, conforme mostrado na Figura 3.46. Placa do torno

Relógio comparador

Contraponta

Eixo

Figura 3.46. Veri�cação do alinhamento das pontas de um torno.

Outra operação importante em que se pode po de utilizar o relógio comparador é a centragem de uma peça no torno. Nesse caso, o relógio comparador deve ser a�xado em uma base magnética e montado de forma que a peça possa girar gi rar e, com isso, veri�car a excentricidade dessa peça. peç a. Na Figura 3.47, tem-se tem-se uma peça montada montada na castanha de um torno mecânico, que pode ser centrada a partir da utilização de um relógio comparador. comparador.

Foto: © Starrett

Figura 3.47. Centragem de uma peça com relógio comparador. 19

No nivelamento nivelamento de peças peç as ou máquinas , o relógio comparador deve ser montado de modo a veri�car a planeza em vários pontos. Isso é feito com o deslocamento do relógio comparador sobre a superfície que será avaliada. Havendo a necessidade de nivelamento, colocam-se colocam-se calços sob a máquina até que ele �que correto. 63


Para veri�car o nivelamento ou planeza de uma peça, o relógio comparador também deve ser montado de maneira que permita seu s eu movimento. movimento. A Figura 3.48 mostra um aparato usado para veri�car a planeza de uma peça utilizando um relógio comparador.

Foto: © Starrett

Figura 3.48. Apara 3.48. Aparato to para veri�car veri�car a planeza de uma peça utilizando um relógio comparador.

3.4.3. Recomendações para utilização dos relógios comparadores As características construtivas e a inspeção dos relógios comparadores são normalizadas pela ABNT NBR 6388:1983, que �xa as condições exigíveis para aceitação dos relógios comparadores com leitura de 0,01 mm no que se refere às suas características caracter ísticas principais, dimensionais e funcionais. 23 A Figura 3.49 mostra o esquema de um relógio comparador em duas vistas. Os principais pontos dessa norma são descritos a seguir s eguir..

0 90

10

80

20

70

30

60

40 50

Figura 3.49. Esquema de um relógio comparador comparador em duas vistas.23 64


O mostrador móvel deve ser graduado com linhas nítidas, com contraste no fundo, permitindo fácil leitura. O intervalo entre as graduações não deve ser menor do que 1 mm. O ponteiro maior deve mover-se mover -se no sentido horário quando a haste móvel for comprimida. Em repouso, o ponteiro maior deve estar, no mínimo, um décimo de uma revolução aquém do ponto superior do mostrador móvel. Quando acionado, ele deverá atingir o ponto superior no mesmo instante em que o ponteiro menor alcançar o ponto zero do indicador de voltas. As capacidades de medição mais comuns são 3 mm, 5 mm e 10 mm. O relógio comparador deve permitir o ajuste a zero do mostrador móvel em qualquer ponto do seu curso útil. A ponta do contato deve ser facilmente removível e intercambiável. Em geral, o relógio possui uma extremidade esférica esfér ica com raio mínimo de 1,5 mm e resistente ao desgaste. O sistema de �xação da ponta de contato na haste deve ser feito através de uma rosca M 2,5 x 0,45. O diâmetro externo extern o da haste de �xação deve estar compreendido entre os valores 8,000 mm e 7,985 mm. O relógio também pode possuir um sistema de �xação na tampa traseira ou outros. De acordo com a ABNT NBR 6388:1983, deverão constar das solicitações de compra as seguintes informações: • • • • • •

Leitura do relógio. Curso do relógio. Tipo de mostrador. Diâmetro do mostrador. mostrador. Tipo de �xação. Número desta norma.

A repetibilidade do relógio comparador é de�nida como a sua capacidade de repetir as leituras para um comprimento medido, dentro das condições normais de uso a seguir seg uir.. • Acionamento da haste móvel várias vezes, sucessivamente, em velocidades

diferentes, até uma placa �xa de metal duro e indeformável. • Movimento Movimento da placa ou cilindro em qualquer direção, num plano perpendip erpendicular ao eixo da haste móvel, retornando ao mesmo ponto. • Medição de pequenos deslocamentos da ordem de 25 µm. • Levar o ponteiro devagar sobre a mesma divisão da escala várias vezes, primeiro em um sentido e depois no outro.

Quando o relógio comparador comparador é usado em qualquer uma das condições descritas acima, o erro de repetição não deve exceder 3 µm. 65


A exatidão do relógio comparador é de�nida como a sua capacidade de dar, em intervalos especí�cos, leituras cujo erro esteja dentro dos desvios dados na Tabela 3.1. Ela deve ser aplicada para qualquer ponto de sua capacidade de medição. TABELA 3.1 – Desvios totais permissíveis (em µm) Qualquer 0,1 volta

Qualquer 0,5 volta

Qualquer 2,0 voltas

Qualquer intervalo maior

5

10

15

20

Fonte: ABNT NBR 6388:1983.23

A força máxima de medição para o relógio comparador deve ser de aproximadamente 1,5 N. As variações na força de medição não devem exceder 0,6 N, em qualquer ponto de sua capacidade de medição. Todas as medições devem basear-se na temperatura de referência, que é 20 °C. Para todas as medições de repetição e precisão, o relógio comparador deve ser montado num suporte su�cientemente rígido, para que as leituras não sejam afetadas por sua �exibilidade. Todos os requisitos de teste devem ser garantidos para qualquer posicionamento da haste móvel com relação à direção da gravidade. Os ensaios de repetibilidade devem ser executados no mínimo cinco vezes para cada ponto de intervalo controlado. Eles devem ser realizados no início, no meio e no �m do curso útil da haste móvel. A aferição do relógio comparador geralmente é executada por meio de um dispositivo no qual o relógio comparador é montado em oposição e alinhado com uma cabeça de micrômetro, com leitura de 0,001 mm ou acima, perpendicular a uma placa-base sobre a qual colocam-se calibradores deslizantes. Em todos os casos de desacordo a respeito da exatidão, o método de calibradores deslizantes deve ser usado, devendo ser computada, nesse caso, a média aritmética de uma série de no mínimo cinco medições. Qualquer que seja o método utilizado, deve ser realizada uma série de leituras em intervalos adequadamente espaçados sobre o comprimento total do curso útil do relógio comparador, a princípio a cada décimo de volta (ABNT NBR 6388:1983). Os resultados obtidos são mais bem analisados por meio de um grá�co, no qual os desvios observados nos relógios comparadores são traçados como ordenadas e as posições da haste móvel, ao longo de seu curso útil, são traçadas como abscissas, conforme a Figura 3.50. 66

Instrumentos de medição e controle dimensional Desvio (µm)

+7 +6 +5 l at

+4 ot

+3 oi v s

+2 e D

+1 –1 –2 –3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Desl. haste (mm)

Leitura crescente (ida) Leitura decrescente (volta)

Figura 3.50. Desvios relativos ao deslocamento de subida e descida da haste móvel do relógio comparador. 23

3.5. GONIÔMETRO OU TRANSFERIDOR DE GRAUS 3.5.1. De�nições gerais O goniômetro é um instrumento utilizado para medir ou construir ângulos e superfícies angulares, de aplicação é muito comum em indústrias. Entre os goniômetros mais utilizados está o transferidor , que pode ser de aço, mas que também pode ser um semicírculo de plástico transparente ou um círculo graduado. A Figura 3.51 mostra um transferidor de graus. O goniômetro ou transferidor de grau universal com nônio mede qualquer ângulo em 1/12 graus ou 5 minutos. A régua e o mostrador podem ser girados em conjunto a uma posição desejada e �xados através de uma porca localizada no mostrador. O dispositivo de ajuste ultra�no permite ajustagens muito precisas. A régua pode ser levada em ambas as direções e �xada contra o mostrador pelo aperto de uma porca, que tem funcionamento independente da porca de �xação do mostrador. Os goniômetros podem ser analógicos ou digitais. A Figura 3.52 mostra um goniômetro de precisão. 67

Metrologia e controle dimensional Escala em graus 70 60 50 40 30 20 10 0

80

90

100

110 120 130 140 150 160 170 180

Lâmina de articulação

Figura 3.51. Transferidor de graus.

Foto: © Starrett

Figura 3.52. Goniômetro de precisão. 19

3.5.2. Leitura de graus e minutos no goniômetro O nônio é numerado de 0 a 60, tanto à direita quanto à esquerda (Figura 3.53). Esses números representam minutos. Quando a linha do zero do nônio coincide exatamente com uma linha graduada do disco, a leitura é feita em graus inteiros. Se isso não acontecer, procure a linha do nônio que coincide exatamente com umas das linhas do disco. Essa linha do nônio indica os doze avos de grau ou 5 minutos (5’) que deverão ser adicionados à leitura dos graus inteiros. Para obter leituras do goniômetro ou transferidor, anote o número de graus inteiros entre o zero do disco e o zero do nônio. Conte então, na mesma direção, o número de espaços a partir do zero do nônio até a linha que coincide com uma linha qualquer 68


do disco. Multiplique esse número por cinco. O resultado será o número de minutos que deverá ser adicionado ao número de graus inteiros. Conforme ilustrado na Figura 3.53, o zero do nônio está à esquerda de 1 no mostrador, indicando 1° (grau) inteiro. Continuando a leitura à direita, a sexta linha do nônio coincide com a graduação “16” no mostrador conforme indicado, portanto, 6 x 5 minutos ou 30 minutos devem ser somados ao número de graus. A leitura do transferidor é, portanto, 1 grau e 30 minutos (1° e 30’). 10

0

10

20

20

30

30

40

40 30 60

0

30 60

Figura 3.53. Leitura de graus e minutos no goniômetro (1° e 30’).

3.5.3. Principais aplicações do goniômetro ou transferidor de graus O goniômetro ou transferidor de graus pode ser usado para medir o ângulo oblíquo de uma peça. A Figura 3.54 ilustra a montagem para medição de um ângulo oblíquo. A Figura 3.55 mostra como é feita a medição de uma abertura de uma peça chamada de “rabo de andorinha”.

Figura 3.54. Montagem para medição de um ângulo oblíquo. 69


Figura 3.55. Medição de um “rabo de andorinha”.

Os processos de usinagem utilizam ferramentas de corte para a retirada de material de uma peça. No caso da furação, normalmente a ferramenta de corte é uma broca, que deve possuir um ângulo de corte normalizado. Para medir o ângulo de corte de uma broca pode ser utilizado o goniômetro, conforme mostrado na Figura 3.56. Goniômetro

Broca

Figura 3.56. Medição do ângulo de corte de uma broca.

3.6. BLOCOS PADRÃO Atualmente, o metro é de�nido como a distância percorrida pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo de 1/299.792.458 de segundo. Já a polegada está estabelecida em termos de comprimento da onda da luz monocromática (luz que tem um único comprimento de onda) emitida pelo gás Krypton 86. O comprimento de uma onda isolada desse gás é 0.0000238 e nos fornece um padrão absoluto que nunca muda. 19 70


A luz, evidentemente, não pode ser manuseada como um micrômetro ou paquímetro, porém, é usada para estabelecer o comprimento físico de padrões com exatidão de 0,00003 mm (um milionésimo de polegada). Esses padrões são chamados de blocos padrão. Blocos padrão de precisão são os padrões primários vitais para o controle da qualidade dimensional na fabricação de componentes intercambiáveis. Esses blocos são usados para calibrar instrumentos de medição e também para ajustar calibradores por comparação, usados nas áreas de recebimento, produção e inspeção �nal. Os blocos padrão proporcionam a mais acurada técnica de ajustagem de relógios comparadores e instrumentos eletrônicos usados em conjunto com desempenhos para o controle de peças com tolerâncias exatas. Basicamente, constituem-se de blocos de material duro, estabilizado, com uma superfície de medição em cada extremidade. Essas superfícies são reti�cadas para ter dimensão com uma tolerância apertada de mais ou menos 0,00003 mm (um milionésimo de polegada). A �m de se obter o comprimento desejado, blocos de diferentes comprimentos são selecionados de um jogo e “torcidos um contra o outro” para formar uma �leira. Os blocos padrão são fabricados em diversos graus de precisão Laborory Master, nas formas blocos inspeção e blocos operação. Os blocos Laborory Master controlam a precisão da totalidade de uma operação de fabricação e são usados principalmente para certi�car a exatidão dos blocos inspeção. São blocos ultraprecisos: por exemplo, os blocos padrão Laboratory Master Starrett-Webber têm uma tolerância de comprimento de mais ou menos 0,00003 mm (um milionésimo de polegada). Blocos inspeção são usados para controlar a precisão dos blocos operação usados nas o�cinas. A ABNT NBR NM 215, de fevereiro de 2000, 24 de�ne o bloco padrão como um bloco de seção retangular fabricado com um material resistente ao desgaste, com as superfícies planas e paralelas entre si. É uma característica do bloco padrão que as superfícies de medição sejam constituídas com qualidade tal que permita a sua aderência às superfícies de medição de outros blocos padrão ou a superfícies planas de acabamento similar. A Figura 3.57 mostra a nomenclatura das superfícies de um bloco padrão. O bloco padrão é uma medida de comprimento materializada, isto é, tem corpo rígido em aço, metal sinterizado ou cerâmico resistente ao desgaste, com comprimento de�nido por duas superfícies planas e paralelas entre si. Essas superfícies são lapidadas com grau de acabamento espelhado, permitindo que ele seja aderido aos outros blocos com acabamento similar. Os blocos possuem comprimentos na ordem de fração de uma unidade de medida padrão, como o metro (SI). Por convenção, o comprimento do bloco é de�nido como um ponto particular da superfície de medição perpendicularmente a uma superfície plana rígida de mesmo material e acabamento onde ele aderiu. O bloco padrão pode ser fornecido com secção transversal retangular ou quadrada 71


e em várias classes de exatidão para satisfazer os mais variados tipos de aplicação, conforme a qualidade dos resultados requeridos. Os blocos padrão são padrões de comprimento ou ângulo corpori�cados por meio de duas faces especí�cas de um bloco, chamadas faces de medição. Essas faces apresentam uma planicidade que tem a propriedade de aderir a outra superfície de mesma qualidade por atração molecular. A característica marcante desses padrões está associada aos pequenos erros de comprimento, em geral de décimos ou até centésimos de micrômetros, obtidos no processo de fabricação destes. Em função disso, pode-se a�rmar que os blocos padrão exercem papel importante como padrões de comprimento em todos os níveis da Metrologia Dimensional. 26 Os blocos padrão podem ser feitos de aço liga, metal duro, cerâmica, entre outros. Para os blocos de aço, quando for exigida alta resistência ao desgaste, as superfícies de medição podem ser protegidas por dois blocos protetores, feitos de metal duro (carbonetos sinterizados). A Figura 3.58 mostra um jogo de blocos padrão feito de aço e a Figura 3.59 mostra dois blocos padrão feitos de aço. Eles são fabricados em aço liga de alta qualidade, com alívio de tensão e de alta estabilidade, facilidade de aderência, cuidadosamente temperado e lapidado, com arestas ligeiramente quebradas. A dureza desse bloco padrão é de 800 HV (64 HRC), o que o torna extremamente resistente ao desgaste. Superfície de medição com marcação

Superfície de medição sem marcação

Superfície de medição direta

Superfícies laterais

0 4

Superfície lateral com marcação

Superfície de medição esquerda

Figura 3.57. Nomenclatura das superfícies de um bloco padrão.24 72


Foto: © Starrett

Figura 3.58. Jogo de blocos padrão de aço. 19

Foto: © Starrett

Figura 3.59. Blocos padrão de aço.19

Como o aço tende a ter seu volume alterado no decorrer do tempo, a estabilidade dimensional dos blocos padrão pode ser signi�cativamente afetada. Para minimizar esse fenômeno, usa-se uma liga que tenha boa estabilidade dimensional. Os fabricantes de bloco padrão em cerâmica à base de zircônio a�rmam que esse efeito é signi�cativamente menor nesses blocos. É importante que se tenha conhecimento do coe�ciente de expansão térmica do material e do módulo de elasticidade a �m de que, em medições criteriosas, os erros possam ser compensados. As variações de comprimento permitidas para cada bloco são em geral especi�cadas nas normas técnicas, como a DIN 86, por exemplo. Veja um exemplo da composição de um jogo de blocos padrão contendo 114 peças, já incluídos dois blocos protetores. 18 73

Metrologia e controle dimensional • • • • • •

2 blocos padrão protetores de 2,00 mm de espessura. 1 bloco padrão de 1,0005 mm. 9 blocos padrão de 1,001; 1,002; 1,003 … 1,009 mm. 49 blocos padrão de 1,01; 1,02; 1,03 … 1,49 mm. 49 blocos padrão de 0,50; 1,00; 1,50; 2,00 … 24,5 mm. 4 blocos padrão de 25; 50; 75 e 100 mm.

Com esse conjunto é possível montar inúmeras dimensões para calibrar instrumentos, por exemplo. A esse procedimento dá-se o nome de técnica do empilhamento. Inicialmente, os blocos devem ser limpos com algodão embebido em benzina ou em algum tipo de solvente. Depois, retira-se toda a impureza e umidade com um pedaço de camurça, papel ou material similar, que não solte �apos. Os blocos devem ser colocados um sobre o outro, de modo que as superfícies �quem em contato. As especi�cações de exatidão dos blocos padrão são normalizadas pela ABNT NBR NM 215,24 que os classi�ca da seguinte forma: 21 • Classe K: para calibração de blocos padrão e uso em laboratórios. • Classe 0: para calibração de blocos padrão e instrumentos de alta precisão. • Classe 1: para calibradores padrão e ajuste de instrumentos de medição de

comprimento. • Classe 2: dispositivo de ajuste e calibração de instrumentos e para �xação de ferramentas. Uma das principais características dos blocos padrão é sua estabilidade dimensional. Por isso, a ABNT NBR NM 21524 estabelece que a variação anual máxima permitida de seu comprimento deve ser tabelada. Essa variação se aplica a blocos padrão não submetidos a condições anormais de temperatura, vibração, choques, campos magnéticos ou forças mecânicas. A Tabela 3.2 mostra a variação anual máxima permitida do comprimento de blocos padrão em função da classe de exatidão, em que l é o comprimento do bloco padrão. TABELA 3.2 – Estabilidade dimensional de blocos padrão C��

V��

0 K

±(0,02 + 0,25 · 10–6 · l n) µm

1 2

±(0,05 + 0,5 · 10–6 · l n) µm

Fonte: ABNT NBR NM 215 de fevereiro de 2000. 24

74


Além da preocupação com a estabilidade dimensional dos blocos padrão, a ABNT NBR NM 21524 estabelece requisitos de exatidão, erros máximos admissíveis de planeza, perpendicularidade e calibração. Outros pontos importantes em relação aos blocos padrão são a conservação e o manuseio. Ao manuseá-los, é preciso: • Utilizar luvas, para evitar o aparecimento de oxidações em suas superfícies, • • • • •

resultantes da umidade e do suor. Limpá-los após cada dia de trabalho com benzina e lubri�cá-los com vaselina. Usar pinças de madeira ou de plástico para manipular blocos pequenos. Evitar utilizar os blocos em superfícies oxidadas, sujas ou ásperas. Evitar choques mecânicos (queda, batida, entre outros); caso ocorram, obser var as faces de medição com plano óptico. Evitar deixá-los aderidos por muito tempo.27

3.7. C ALIBRADORES Calibradores são padrões geométricos largamente empregados na indústria metal-

-mecânica. Na fabricação de peças sujeitas a ajuste, as respectivas dimensões têm tolerâncias de fabricação �xadas pelo projeto. Para efetuar a quali�cação dessas peças de forma rápida, utilizam-se os calibradores do tipo “Passa/Não passa”. Dada sua grande simplicidade e seu preço relativamente reduzido, os calibradores constituem uma solução econômica para uma série de problemas de medição na indústria, como veri�cação de furos, eixos, roscas etc., quanto a seu enquadramento ou não na faixa de tolerância.28 Os calibradores geralmente são fabricados em aço temperado e podem possuir as superfícies reti�cadas para facilitar o contato com as peças a serem veri�cadas. Além disso, a qualidade das superfícies também in�ui na estabilidade de suas dimensões. A ABNT NBR 6406:198029 �xa os princípios e as características construtivas dos calibradores usados na veri�cação de peças fabricadas segundo a ABNT NBR 6158:1995. 30 Indica também as condições de recebimento de peças, além de regras e tabelas para o cálculo das tolerâncias de fabricação dos calibradores e contracalibradores. Os calibradores �xos podem ser divididos em três grupos, de acordo com sua função:29 • Calibradores de fabricação para dimensões limites: usados na veri�cação

de peças. 75

Metrologia e controle dimensional • Calibradores de referência e contracalibradores: usados no controle e regula-

gem de calibradores. • Blocos padrão: usados para veri�car outros tipos de calibradores e para aferir instrumentos de medição por leitura. No caso da veri�cação das dimensões limite, os calibradores devem estar acordo com o princípio de W. Taylor, ou seja, a dimensão limite “Passa” deve ser veri�cada com um calibrador de comprimento igual ao comprimento de ajustagem da peça (calibrador “Passa”) e a dimensão limite “Não passa” deve ser veri�cada com um calibrador que apalpe a superfície da peça em dois pontos diametralmente opostos e veri�que uma posição de cada vez. A aplicação estrita do princípio de Taylor nem sempre é conveniente ou necessária.29 Para calibradores “Passa” justi�cam-se exceções nos casos a seguir. • Quando for conhecido ou permitido supor que, com o processo de fabricação

utilizado, o erro de retilineidade do furo ou do eixo não afetará a característica de ajuste das peças acopladas, sendo permitido o uso de calibradores de comprimento incompleto. • Quando o furo circular for muito grande e for conhecido ou permitido supor que, com o processo de fabricação utilizado, o erro periférico circular do furo será tão pequeno que não afetará a característica de ajustagem das peças acopladas, sendo permitido o uso de um calibrador vareta com pontas esféricas. • Quando na veri�cação de eixos o uso de calibrador anular cilíndrico for inconveniente e for conhecido ou permitido supor que, com o processo de fabricação utilizado, os erros da periferia (particularmente a triangulação) e da retilineidade do eixo serão tão pequenos que não afetarão a característica de ajustagem. Para calibradores “Não passa” há exceções nos casos a seguir. • Quando os pontos de contacto estão sujeitos a um desgaste rápido e podem

ser substituídos por pequenas superfícies planas, cilíndricas ou esféricas. • Quando no controle de furos muito pequenos podem ser utilizados tampões de forma completa. • Quando no controle de peças não rígidas que facilmente se deformam usam -se calibradores de forma cilíndrica completa. São recomendados os tipos de calibradores indicados na Tabela 3.3, de uso corrente no controle da fabricação de peças. 76

Instrumentos de medição e controle dimensional TABELA 3.3 – Tipos de calibradores recomendados (D = diâmetro; unidade: mm) D < 10

Calibrador tampão cilíndrico completo

10 = D < 120

Calibrador tampão esférico completo Calibrador tampão cilíndrico completo

120 = D < 315

Calibrador tampão esférico completo Calibrador tampão cilíndrico ou esférico secionados

315 = D

Calibrador vareta com pontas esféricas

D<6

Calibrador tampão cilíndrico completo

6 = D < 315

Calibrador tampão esférico secionado ou calibrador chato cilíndrico com faces reduzidas Calibrador vareta com pontas esféricas

315 = D

Calibrador vareta com pontas esféricas

Lado “Passa”

D = 315

Calibrador anular cilíndrico de forma completa Calibrador de boca

Lado “Não passa”

D= 315

Calibrador de boca

Lado “Passa”

F��

Lado “Não passa”

E��

Fonte: NBR 6.406, 1980.29

3.7.1. Caracterização dos principais tipos de calibrador Calibrador tampão para furos

Esse tipo de calibrador tem superfície de medição externa. Nesse caso, o lado “Passa” deve passar na dimensão máxima do furo e não na dimensão mínima do furo. Esse tipo de calibrador pode ser utilizado na veri�cação de furos que não dependem de tolerâncias muito rígidas. A Figura 3.60 mostra o esquema de um calibrador tampão para furos. Durante a veri�cação de um furo com calibrador tampão, deve-se veri�car se o lado a utilizar está correto para não dani�car a peça ou o calibrador. Nesse caso, deve-se veri�car que o lado “Não passa” vem pintado de vermelho. A Figura 3.61 mostra o esquema de veri�cação de um furo com um calibrador tampão. 77

Metrologia e controle dimensional Lado não passa

Lado passa

Diâmetro e tolerância

Figura 3.60. Esquema de calibrador tampão para furos.

Peça passa

Lado passa

Lado não passa

Peça não passa

Figura 3.61. Esquema de veri�cação de um furo com um calibrador tampão.

Calibrador de boca

O calibrador de boca tem forma de meio anel e é utilizado na veri�cação de superfícies planas. Da mesma forma que o calibrador tampão, este também possui o lado “Passa” e o lado “Não passa”. Para veri�car uma superfície com o calibrador de boca, deve-se checar se o lado a utilizar está correto para não dani�car a peça ou o instrumento. Nesse caso, deve-se observar que o lado “Não passa” vem pintado de vermelho. A Figura 3.62 mostra o esquema de veri�cação de uma peça com um calibrador de boca. 78

Instrumentos de medição e controle dimensional Peça não passa

Peça passa

Figura 3.62. Esquema de veri�cação de uma peça com um calibrador de boca.

Calibrador de rosca

A ABNT NBR ISO 1502:2004 31 fornece detalhes para a fabricação e o uso de calibradores para o controle da rosca métrica com per�l básico de acordo com a ISO 68. Um processo usual e rápido usado para calibrar roscas consiste no uso dos calibradores de rosca, que são peças de aço temperado e reti�cadas que obedecem a dimensões e condições de execução para cada tipo de rosca. O calibrador de rosca pode ser um calibrador de anel do tipo usual, composto por dois anéis, com um lado “Passa” e um lado “Não passa”, usado para a calibração da rosca externa.18 A Figura 3.63 mostra um calibrador de roscas externas. Lado passa

Lado não passa (em vermelho)

Figura 3.63. Calibrador de roscas externas.

No dia a dia do chão de fábrica, é comum as pessoas confundirem veri�cação de roscas com calibração de roscas. No primeiro caso, utiliza-se apenas um veri�cador de rosca, do tipo canivete, instrumento que contém vários per�s de roscas (em metros ou em polegadas). Nesse caso, o veri�cador deve se encaixar perfeitamente no per�l de rosca a ser veri�cado. A Figura 3.64 mostra um veri�cador de roscas externas. 79

Metrologia e controle dimensional Verificador de rosca

Rosca

Figura 3.64. Veri�cador de roscas externas.

Existe também o calibrador de roscas internas, composto por dois tampões, do tipo parafuso, com um lado “Passa” e um lado “Não passa”, para a calibração de rosca interna. De acordo com a ABNT NBR ISO 1502:2004,31 a extremidade mais longa é o lado “Passa” e a mais curta é o lado “Não passa”. A Figura 3.65 mostra um calibrador de roscas internas. Lado não passa (em vermelho) Lado passa

Figura 3.65. Calibrador de roscas internas.

3.7.2. Cálculo de calibradores de fabricação A ABNT NBR 6406:198029 estabelece critérios para o cálculo de calibradores de fabricação, levando em consideração se eles serão usados para medidas internas ou externas. Além disso, considera os cálculos para dimensões até 180 mm e acima de 180 mm. Outro ponto considerado é se o calibrador é novo ou usado. O comprimento do lado “Passa” do calibrador deve ser igual ao comprimento de ajustagem da peça, para propiciar melhor distribuição do desgaste por atrito. Em alguns calibradores, utiliza-se metal duro no lado “Passa”, aumentando assim sua resistência ao desgaste. O lado “Não passa” deve apalpar a peça em dois pontos opostos.32 Com base na ABNT NBR 6406:198029,32,33 será mostrada a seguir uma síntese do cálculo de calibradores de fabricação, com um exemplo para dimensões internas até 180 mm e outro para dimensões externas até 180 mm. 3.7.2.1. Calibradores para dimensões internas até 180 mm

As dimensões desses calibradores são calculadas pelas equações 3.1, 3.2 e 3.3, a seguir. 32 Lado Não Passa (LNP) = D máx ± H/2 Lado Passa Novo (LPN) = D mín + z ± H/2 Lado Passa Usado (LPU) = D mín – y 80

(3.1) (3.2) (3.3)


em que: Dmáx = dimensão máxima do furo [mm]; Dmín = dimensão mínima do furo [mm]; z = valor tabelado em milímetros, a ser acrescentado no calibrador; H = tolerância de fabricação do calibrador [mm]; y = tolerância de desgaste do calibrador [mm] (os valores de H/2, z e y são dados na Tabela 3.4). Veja o exemplo a seguir. • Calcular as dimensões de um calibrador tampão com a especi�cação 23,800 H7.

Para esse cálculo, é necessário procurar na Tabela 3.4, com diâmetro de 23,800 mm e qualidade de trabalho IT7, os valores t = 21 µm; H/2 = 2 µm; y = 3 µm; z = 3 µm. Dmáx = 23,800 + 0,021 = 23,821 mm, porque o campo de tolerância H tem afastamento superior igual à tolerância (t = 0,021 mm) e o afastamento inferior é zero.30 Logo, Dmín = 23,800 mm. Com base nas equações 3.1, 3.2 e 3.3, tem-se: LNP = Dmáx ± H/2 = 23,821 ±0,002 mm LPN = Dmín + z ± H/2 = 23,803±0,002 mm LPU = Dmín – y = 23,797 mm TABELA 3.4 – Calibradores para dimensões internas (em µm) D��.

N��.

Q�� (IT)

> ≤ (mm)

Símbolos

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

t h/2 y z

6 0,6 1 1

10 1 1,5 1,5

14 1 3 2

25 1 0 5

40 1 0 5

60 2 0 10

100 2 0 10

140 5 0 20

250 5 0 20

400 5 0 40

600 5 0 40

t h/2 y z

8 0,75 1 1,5

12 1,25 1,5 2

18 1,25 3 3

30 1,25 0 6

48 1,25 0 6

75 2,5 0 12

120 2,5 0 12

180 6 0 24

300 6 0 24

480 6 0 48

750 6 0 48

t h/2 y z

9 0,75 1 1,5

15 1,25 1,5 2

22 1,25 3 3

36 1,25 0 7

58 1,25 0 7

90 3 0 14

150 3 0 14

220 7,5 0 28

360 7,5 0 28

580 7,5 0 28

900 7,5 0 56

3 3 6 6 10

81

Metrologia e controle dimensional 10 18 18 30 30 50 50 80 80 120 120 180

t h/2 y z

11 1 1,5 2

18 1,5 2 2,5

27 1,5 4 4

43 1,5 0 8

70 1,5 0 8

110 4 0 16

180 4 0 16

270 9 0 32

430 9 0 32

700 9 0 64

1.100 9 0 64

t h/2 y z

13 1,25 1,5 2

21 2 3 3

33 2 4 4

52 2 0 9

84 2 0 9

130 4,5 0 19

210 4,5 0 19

330 10,5 0 36

520 10,5 0 36

840 10,5 0 72

1.300 10,5 0 72

t h/2 y z

16 1,25 2 2,5

25 2 3 3,5

39 2 5 6

62 2 0 11

100 2 0 11

160 5,5 0 22

250 5,5 0 22

390 12,5 0 42

620 12,5 0 42

1.000 12,5 0 80

1.600 12,5 0 80

t h/2 y z

19 1,5 2 2,5

30 2,5 3 4

46 2,5 5 7

74 2,5 0 13

120 2,5 0 13

190 6,5 0 25

300 6,5 0 25

460 15 0 48

740 15 0 48

1.200 15 0 90

1.900 15 0 90

t h/2 y z

22 2 3 3

35 3 4 5

54 3 6 8

87 3 0 15

140 3 0 15

220 7,5 0 28

350 7,5 0 28

540 17,5 0 54

870 17,5 0 54

1.400 17,5 0 100

2.200 17,5 0 100

t h/2 y z

25 2,5 3 4

40 4 4 6

63 4 6 9

100 4 0 18

160 4 0 18

250 9 0 32

400 9 0 32

630 20 0 60

1.000 20 0 60

1.600 20 0 110

2.500 20 0 110


3.7.2.2 Calibradores para dimensões externas até 180 mm

As dimensões desses calibradores são calculadas pelas equações 3.4, 3.5 e 3.6, a seguir. 32 Lado Não passa (LNP) = D mín ± H1/2 Lado Passa Novo (LPN) = D máx – z1 ± H1/2 Lado Passa Usado (LPU) = D máx + y 1

(3.4) (3.5) (3.6)

em que: Dmáx = dimensão máxima do eixo [mm]; Dmín = dimensão mínima do eixo [mm]; z1 = valor tabelado em milímetros, a ser subtraído na dimensão do calibrador; H1 = tolerância de fabricação do calibrador; y 1 = tolerância de desgaste do calibrador. Veja o exemplo a seguir. 82

Instrumentos de medição e controle dimensional • Calcular as dimensões de um calibrador de boca (externo) com a especi�cação

92,500 h8. Para esse cálculo, é necessário procurar na Tabela 3.5, com diâmetro de 92,500 mm e qualidade de trabalho IT8, os valores t = 54 µm; H/2 = 5 µm; y 1 = 6 µm; z1 = 8 µm. Nesse caso, sendo o campo de tolerância contido em h, o afastamento superior é igual a zero e o afastamento inferior será menor que zero e igual à tolerância em valor absoluto (-54 µm, conforme a ABNT NBR 6158:1995). Nesse caso, a D máx = 92,500 + 0 = 92,500 mm, porque o campo de tolerância h tem afastamento superior igual a zero e afastamento inferior igual à tolerância em valor absoluto (-54 µm). Logo, D mín = 92,500 - 0,054 = 92,446 mm. Com base nas equações 3.4, 3.5 e 3.6, tem-se: LNP = Dmín ± H1/2 = 92,446±0,005 mm LPN = Dmáx –z1 ± H1/2 = 92,500 – 0,008 ±0,005 mm = 92,492±0,005 mm LPU = Dmáx + y 1 = 92,500 + 0,006 = 92,506 mm TABELA 3.5 – Calibradores para dimensões externas (em µm) D��.

N��.

> ≤ (mm)

Símbolos

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

1

t H1/2 y 1 z1

6 1 1,5 1,5

10 1 1,5 1,5

14 1,5 3 2

25 1,5 0 5

40 1,5 0 5

60 2 0 10

100 2 0 10

140 5 0 20

250 5 0 20

400 5 0 40

600 5 0 40

t H1/2 y 1 z1

8 1,25 1,5 2

12 1,25 1,5 2

18 2 3 3

30 2 0 6

48 2 0 6

75 2,5 0 12

120 2,5 0 12

180 6 0 24

300 6 0 24

480 6 0 48

750 6 0 48

t H1/2 y 1 z1

9 1,25 1,5 2

15 1,25 1,5 2

22 2 3 3

36 2 0 7

58 2 0 7

90 3 0 14

150 3 0 14

220 7,5 0 28

360 7,5 0 28

580 7,5 0 56

900 7,5 0 56

t H1/2 y 1 z1

11 1,5 2 2,5

18 1,5 2 2,5

27 2,5 4 4

43 2,5 0 8

70 2,5 0 8

110 4 0 16

180 4 0 16

270 9 0 32

430 9 0 32

700 9 0 64

1.100 9 0 64

t H1/2 y 1 z1

13 2 3 3

21 2 3 3

33 3 4 5

52 3 0 9

84 3 0 9

130 4,5 0 19

210 4,5 0 19

330 10,5 0 36

520 10,5 0 36

840 10,5 0 72

1.300 10,5 0 72

3 3 6 6 10 10 18 18 30

Q�� (IT)

83

Metrologia e controle dimensional 30 50 50 80 80 120 120 180

t H1/2 y 1 z1

16 2 3 3,5

25 2 3 3,5

39 3,5 5 6

62 3,5 0 11

100 3,5 0 11

160 5,5 0 22

250 5,5 0 22

390 12,5 0 42

620 12,5 0 42

1.000 12,5 0 80

1.600 12,5 0 80

t H1/2 y 1 z1

19 2,5 3 4

30 2,5 3 4

46 4 5 7

74 4 0 13

120 4 0 13

190 6,5 0 25

300 6,5 0 25

460 15 0 48

740 15 0 48

1.200 15 0 90

1.900 15 0 90

t H1/2 y 1 z1

22 3 4 5

35 3 4 5

54 5 6 8

87 5 0 15

140 5 0 15

220 7,5 0 28

350 7,5 0 28

540 17,5 0 54

870 17,5 0 54

1.400 17,5 0 100

2.200 17,5 0 100

t H1/2 y 1 z1

25 4 4 6

40 4 4 6

63 6 6 9

100 6 0 18

160 6 0 18

250 9 0 32

400 9 0 32

630 20 0 60

1.000 20 0 60

1.600 20 0 110

2.500 20 0 110


3.7.3. Critérios de recebimento e rejeição de peças De acordo com a ABNT NBR 6406:1980, 29 os calibradores ditos de recebimento não foram normalizados. As peças podem ser recebidas com calibradores, cujas dimensões correspondem às medidas limites estabelecidas para calibradores de fabricação (incluindo o desgaste permissível). Podem ser utilizados para recebimento, com vantagem, calibradores de fabricação usados, nos quais a dimensão do lado “Passa” esteja próxima do limite de desgaste permissível. Todas as peças cujas medidas estiverem dentro dos limites estabelecidos por esses calibradores devem ser aceitas quanto ao aspecto metrológico. Assim: • Para os furos – Devem ser aceitos todos os furos nos quais o lado “Passa” de

um calibrador, cujo desgaste ainda esteja dentro do permissível, possa ser introduzido e nos quais o lado “Não passa” de um calibrador, cuja dimensão corresponda à medida máxima permitida pela sua tolerância de fabricação, não possa ser introduzido. • Para os eixos – devem ser aceitos todos os eixos nos quais passa o lado “Passa” de um calibrador que, por sua vez, não passe sobre um contracalibrador de desgaste, tendo este a medida máxima permitida por sua tolerância de fabricação; também devem ser aceitos todos os eixos nos quais não passe o lado “Não passa” de um calibrador que, por sua vez, passe sobre um contracalibrador “Não passa”, tendo este a medida mínima permitida por sua tolerância de fabricação. 84


Quando a veri�cação das dimensões for feita por instrumentos de leitura, devem ser aceitos todos os eixos e furos que, se fossem empregados calibrados, seriam aceitos nas condições acima estabelecidas. Em relação à ovalização e conicidade de peças cilíndricas, de seção transversal teoricamente circular, salvo prescrição especial, a peça deve ser aceita se cada seção transversal puder ser inscrita no espaço delimitado pelos círculos concêntricos de diâmetros d e D, que correspondem às dimensões do calibrador respectivo. Relativamente à excentricidade da peça, deverá ser feita convenção especial quando for o caso.

3.8. R UGOSIDADE E RUGOSÍMETROS 3.8.1. De�nições iniciais A produção de uma peça, ou de um objeto qualquer, quase sempre parte de um material bruto para, passo a passo, chegar ao produto acabado. Durante o processo de fabricação, o material bruto sofre transformações de forma, de tamanho e propriedades. O método de produção interfere na aparência, na funcionalidade e nas características gerais do produto acabado. Quanto melhor o acabamento a ser obtido, maior será o custo de execução da peça. Portanto, para não onerar o custo de fabricação, as peças devem apresentar o grau de acabamento adequado à sua função.18 A rugosidade super�cial consiste em erosões microscópicas deixadas pela ferramenta de corte após os processos de usinagem, por exemplo. Devido aos avanços tecnológicos, torna-se cada vez mais importante o controle dos parâmetros de corte a �m de minimizar problemas ligados a atrito, ajuste e tolerâncias, que podem pre judicar o desempenho e diminuir a vida útil de uma peça. A análise da rugosidade super�cial é importante, pois contribui para veri�car se a peça usinada pode apresentar falha durante sua utilização e fornece um parâmetro qualitativo do desempenho da ferramenta. Em função da importância do estudo e da pesquisa das irregularidades das superfícies usinadas que constituem a rugosidade, ao relatar o resultado dessa grandeza é necessário fornecer uma indicação quantitativa da qualidade desse resultado. Sem essa indicação, os resultados das medidas não podem ser comparados, seja entre eles mesmos, seja com valores de referências dados em uma especi�cação ou em uma norma técnica. A avaliação da rugosidade é feita principalmente com instrumentos de medição chamados rugosímetros. O termo textura refere-se aos picos e vales produzidos na superfície por um processo de fabricação particular. Por convenção, a textura compreende duas componentes: a rugosidade e a ondulação.34,35 A superfície de uma peça pode ser dividida em duas camadas limite distintas: a externa e a interna. A camada limite interna da 85


superfície é resultado da ação mecânica da usinagem e sua profundidade depende da severidade da usinagem a que foi submetida. A camada limite externa encontra -se entre a atmosfera externa e a estrutura atômica do material. A integridade de uma superfície trata dos efeitos internos do material e é descrita na Figura 3.66. Refere-se, por exemplo, às tensões residuais que podem ser avaliadas com a técnica de difração de raios X. O estudo da microestrutura, por sua vez, pode ser analisado através de uma análise metalográ�ca. Textura de superfície (efeitos externos) – rugosidade; – marcas de ferramentas; – dobras, rasgos; – crateras; – imperfeições.

Integridade de superfície (efeitos internos) – Transformações microestruturais; – recristalização; – microfendas; – deformações plásticas; – tensões residuais.

Camada de material alterado Material base

Figura 3.66. Integridade de uma superfície.34,35

3.8.2. Importância das pesquisas sobre a rugosidade Os componentes que operam em sistemas lubri�cados devem possuir, necessariamente, em seu projeto alguma especi�cação sobre os valores dos parâmetros de rugosidade. Isso se deve à possibilidade de haver contato entre asperezas e também à necessidade de ser criado espaço físico su�ciente para que o �lme de lubri�cante possa se alojar de forma adequada entre as superfícies, ou seja, é uma tentativa de criar “reservatórios” adequados para os �lmes. Por mais perfeitas que sejam as superfícies, elas apresentam particularidades que são uma herança do método empregado em sua obtenção: torneamento, fresamento, reti�cação, brunimento, lapidação etc. As superfícies assim produzidas se apresentam como um conjunto de irregularidades, com espaçamento constante, e tendem a formar um padrão ou uma textura característica em sua extensão. A rugosidade ou textura primária é formada por sulcos ou marcas deixadas pelo agente que atacou a superfície no processo de usinagem (ferramenta, rebolo, partículas abrasivas, ação química etc.). A textura primária encontra-se superposta a um per�l de ondulação provocado por de�ciência nos movimentos da máquina, deformação no tratamento térmico, tensões residuais de forjamento ou fundição etc. Em geral, um sistema mecânico é composto por partes que trabalham em contato e sob determinado carregamento. O resultado desse contato, ao longo de certo período de tempo, é o desgaste, caracterizado pela remoção de material da superfície. 86


Um tipo particular de desgaste é aquele causado pela fadiga de contato, que ocorre em componentes submetidos a altas pressões cíclicas de carregamento, como engrenagens e rolamentos. Essa é a principal causa de falhas nesses componentes.36 A superfície do cilindro é uma superfície de múltiplos processos. Usualmente, o processo de fabricação do cilindro é caracterizado por três etapas: furação do cilindro; brunimento de base, que origina os sulcos de armazenamento de óleo; e brunimento de platô, reduzindo os picos das asperezas. A durabilidade de um sistema mecânico depende fortemente da espessura mínima do �lme de óleo lubri�cante que separa as superfícies móveis. A maioria dos componentes mecânicos móveis é, de alguma forma, lubri�cada. Pouco ou nenhum desgaste ocorre se a espessura do �lme lubri�cante é grande o bastante para separar completamente as duas superfícies em movimento. Essa condição, entretanto, nem sempre é possível, devido a máquinas que são ligadas e desligadas; restrições de tamanho; acessibilidade e/ou consumo de lubri�cante, que impedem o fornecimento ideal de lubri�cante às regiões de contato. Em alguns sistemas, o contato pouco frequente e suave entre as asperezas é até desejável para promover um amaciamento, ou seja, a fase de desgaste gerada a partir do movimento relativo entre superfícies, resultando na conformação gradual com melhoria de desempenho. No caso de motores de combustão interna, a redução da rugosidade, ou seja, a criação de superfícies cada vez mais lisas, proporciona aumento da resistência ao desgaste. Entretanto, superfícies com menor rugosidade apresentam di�culdade na retenção do �lme de óleo, originando o contato mecânico entre as superfícies e ocasionando o desgaste adesivo, também conhecido como engripamento . Somente superfícies rugosas têm capacidade de suportar grandes carregamentos. Contudo, o aumento da rugosidade da superfície do cilindro do motor é prejudicial, proporcionando o aumento do consumo de óleo e o desgaste excessivo do anel de seguimento do motor. 36 Um trabalho37 mostrou que a resistência à corrosão por pite tem sido correlacionada com as condições morfológicas da superfície: um acabamento super�cial liso contribui para diminuir o potencial de iniciação de pites. O estudo teve por objetivo investigar a relação entre a resistência à corrosão por pite e a rugosidade em superfícies usinadas do aço inoxidável superaustenítico ASTM 744 grau CN3MN. No estudo 37 observou-se que as amostras exibiram diferentes comportamentos com relação à resistência à corrosão, de acordo com as condições de usinagem aplicadas. Uma correlação entre a resistência à corrosão e a rugosidade super�cial �cou evidente, assim como a perda de peso devido à formação de pites. O estudo mostrou que a corrosão pode ser controlada através da seleção dos parâmetros de usinagem apropriados e concluiu que a formação do encruamento, uma camada super�cial endurecida, no aço inoxidável superaustenítico, �cou evidente em todas as condições de usinagem aplicadas durante o torneamento de desbaste e de acabamento. O resultado das análises da resistência à formação de pites nas amostras, quando submetidas ao teste de corrosão acelerada, mostrou uma correlação com a 87


rugosidade super�cial. E, �nalmente, constatou que um acabamento super�cial liso, obtido através da seleção dos parâmetros de usinagem apropriados, contribui para o controle de formação dos pites em superfícies usinadas.37 Devido à busca constante de maior qualidade nos produtos modernos, o monitoramento em tempo real do acabamento super�cial das peças usinadas vem sendo cada vez mais desejável. 38 Em um trabalho foi realizado um estudo visando correlacionar a rugosidade super�cial de peças torneadas com os níveis de vibrações medidos no porta-ferramentas. Estudou-se o torneamento do aço ABNT 1045 usinado com a ferramenta do tipo SNMG 1204 08 P45, em que variaram a velocidade de corte (sete valores) e o avanço (três valores). Constatou-se que o acabamento super�cial no processo de torneamento pode ser monitorado com grande precisão por parâmetros de usinagem e medição das vibrações. Observou-se grande correlação entre os parâmetros de velocidade de corte (71%) e, principalmente, de avanço (82%), sendo que o comportamento da rugosidade super�cial com esses parâmetros está de acordo com a literatura. Os parâmetros de aceleração do porta-ferramentas mais correlacionados com a rugosidade super�cial foram o nível de potência vibratória na banda de 1/3 de oitava centrada em 800 Hz, o fator de crista e o momento central de quarta ordem, a kurtosis. Um ajuste linear relacionando a rugosidade super�cial com os parâmetros velocidade de corte, avanço e fator de crista da aceleração resultou num erro de 2,5% entre os valores de R a preditos e medidos, o que mostra a excelência do monitoramento. Neste livro será estudada somente a textura super�cial, cujo aspecto foi mostrado na Figura 3.66. De acordo com a norma ABNT NBR ISO 4287:2002, 39 a rugosidade (erros microgeométricos) é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências (picos) e reentrâncias (vales) que caracterizam uma superfície. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos eletrônicos, a exemplo do rugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no comportamento dos componentes mecânicos. Ela in�ui na:18 • • • • • • • •

Qualidade de deslizamento. Resistência ao desgaste. Possibilidade de ajuste do acoplamento forçado. Resistência oferecida pela superfície ao escoamento de �uidos e lubri�cantes. Qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras. Resistência à corrosão e à fadiga. Vedação. Aparência.

A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas, que, entre outras, são: 88

Instrumentos de medição e controle dimensional • • • •

Imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta. Vibrações no sistema peça-ferramenta. Desgaste das ferramentas. O próprio método de conformação da peça.

3.8.3. Critérios para avaliar a rugosidade Chama-se o comprimento l e de comprimento de amostragem (cut-off ).39 Como o per�l efetivo apresenta rugosidade e ondulação, o l e �ltra a ondulação. É recomendado pela norma ISO que os rugosímetros meçam 5 comprimentos de amostragem (l m: comprimento de medição, Figura 3.67) e indiquem o valor médio (em que l m: comprimento do percurso de medição; l t : comprimento total de medição; l v : comprimento para atingir a velocidade de medição; l n: comprimento para parada do apalpador).

In

In

In

In

In

In

In

Im It

Figura 3.67. Comprimento para avaliação da rugosidade. 39

Na medição da rugosidade, são recomendados valores para o comprimento da amostragem, conforme mostrado na Tabela 3.6. TABELA 3.6 – Comprimento da amostragem (cut-off ) em função de R a (µm) R�� R � (µ�)

Mí�� (��-��) (��)

De 0 até 0,1

0,25

Maior que 0,1 até 2,0

0,80

Maior que 2,0 até 10,0

2,50

Maior que 10,0

8,00


89


3.8.4. Sistemas de medição da rugosidade super�cial São usados dois sistemas básicos de medida: o da linha média M e o da envolvente. O sistema da linha média é o mais utilizado, mas alguns países adotam ambos os sistemas. No Brasil, pelas normas ABNT NBR ISO 4287:2002 39 e NBR 8404:1984, 41 é adotado o sistema M. Linha média é a linha paralela à direção geral do per�l, no comprimento da amostragem, de tal modo que a soma das áreas superiores compreendidas entre ela e o per�l efetivo seja igual à soma das áreas inferiores, no comprimento da amostragem, como mostrado na Figura 3.68, em A 1 + A2 = A3.

A1

Superfície efetiva

A2

LINHA MÉDIA A3 Comprimento da amostragem

le

Figura 3.68. Comprimento da amostragem.

No caso da medição da rugosidade, existem vários métodos para análise, como a comparação visual e táctil, o rugosímetro mecânico e os rugosímetros digitais. A escolha do método depende do tipo de acabamento desejado, da tolerância dimensional exigida e da aplicabilidade da peça produzida.

3.8.5. Parâmetros de rugosidade Os parâmetros de rugosidade são baseados na ABNT NBR 6405:1988, 40 que de�ne os termos e conceitos indispensáveis para a compreensão desses parâmetros e os procedimentos de avaliação de rugosidade. Os principais pontos dessa norma são descritos a seguir. Rugosidade média (Ra ) A rugosidade média (Ra) é o parâmetro mais utilizado pela indústria. É a média aritmética dos valores absolutos das ordenadas de afastamento ( y i), dos pontos do per�l de rugosidade em relação à linha média, dentro do percurso de medição ( l m). Essa grandeza pode corresponder à altura de um retângulo cuja área é igual à soma

absoluta das áreas delimitadas pelo per�l de rugosidade e pela linha média, tendo por 90


comprimento o percurso de medição ( lm), como mostrado na Figura 3.69, em que (Ra) = (y 1 + y 2 + y 3 + ... y n)/n.

y µm

+ –

yn y1

y3

n

Ra

y2

lm

Figura 3.69. Rugosidade média ( R a).

Por ser o parâmetro mais utilizado pela indústria, a rugosidade média (Ra) pode ser empregada em vários componentes, como peças fabricadas por torneamento, fresagem, aplainamento e reti�cação, peças ornamentais, guias de máquinas ou em componentes gerais, que não necessitem de acabamento especial. Além disso, o parâmetro de rugosidade média (Ra) é o mais escolhido porque pode ser usado tanto quando for necessário controle contínuo da rugosidade nas linhas de produção como quando o acabamento apresentar sulcos de usinagem, sendo aplicável à maioria dos processos de fabricação. Devido à sua grande utilização, quase todos os equipamentos apresentam esse parâmetro (de forma analógica ou digital eletrônica). Os riscos super�ciais inerentes ao processo não alteram muito seu valor; para a maioria das superfícies, o valor da rugosidade nesse parâmetro está de acordo com a curva de Gauss, que caracteriza a distribuição de amplitude. Indicação da rugosidade Ra pelos números de classe

A norma ABNT NBR 8404:1984 41 de indicação do Estado de Superfícies em Desenhos Técnicos esclarece que a característica principal (o valor) da rugosidade R a pode ser indicada pelos números (N) da classe de rugosidade correspondente, conforme a Tabela 3.7 quanto maior for o valor de N maior será o valor da rugosidade em micrometros (μm) que caracteriza pior acabamento super�cial. 91

Metrologia e controle dimensional Tabela 3.7 – Classe de rugosidade C��

Ra (μm)

N12

50

N11

25

N10

12,5

N9

6,3

N8

3,2

N7

1,6

N6

0,8

N5

0,4

N4

0,2

N3

0,1

N2

0,05

N1

0,025


Rugosidade máxima (R y )

Está de�nida como o maior valor das rugosidades parciais ( Z i) que se apresenta no percurso de medição (lm). Por exemplo: na Figura 3.70, o maior valor parcial é o Z 3, que está localizado no 3º cut-off e corresponde à rugosidade R y . Com base nessas informações, conclui-se que R y é o parâmetro indicado para analisar as rugosidades dos seguintes casos: 18 • • • • • •

Superfícies de vedação. Assentos de anéis de vedação. Superfícies dinamicamente carregadas. Tampões em geral. Parafusos altamente carregados. Superfícies de deslizamento em que o per�l efetivo é periódico.

Rugosidade total (Rt )

Corresponde à distância vertical entre o pico mais alto e o vale mais profundo no comprimento de avaliação (lm), independentemente dos valores de rugosidade parcial (Zi), como mostrado na Figura 3.71. 92


As aplicações da rugosidade total (Rt ) são semelhantes àquelas aplicadas no R y . No entanto, (Rt ) é mais abrangente, porque considera todos os picos e vales existentes no comprimento de amostragem. Rugosidade média (Rz ) Corresponde à média aritmética dos cinco valores de rugosidade parcial ( Z i). Rugosidade parcial (Z i) é a soma dos valores absolutos das ordenadas dos pontos de maior afastamento, acima e abaixo da linha média, existentes no comprimento de amostragem (cut-off ). Na representação grá�ca do per�l, esse valor corresponde à altura entre os pontos máximo e mínimo do per�l no comprimento de amostragem ( le), em que (Rz ) = (z1 + z2 + z3 + z4 + z5)/5, conforme mostrado na Figura 3.72.

z3

z2

z4

z5

z1 Ry

le

lv

lm

ln

lt

Figura 3.70. Rugosidade máxima ( R y).

Rt

le

lm = n x le

Figura 3.71. Rugosidade total ( Rt). 93


z3

z2

z4

z5

z1

le

lv

lm

ln

lt

Figura 3.72. Rugosidade média ( R z).

3.8.6. Rugosímetros O rugosímetro é um dos instrumentos utilizados para medir a rugosidade. O funcionamento do rugosímetro (Figura 3.73) consiste, basicamente, em fazer percorrer a superfície da peça com um apalpador que possui um sensor que a toca. O apalpador é acionado por um sistema mecânico que lhe permite movimentar-se para a frente e para trás, visando fazer uma varredura da superfície da peça. O movimento do apalpador é responsável pela caracterização da rugosidade, que é formada em função das ondulações varridas pelo apalpador. No sensor existe uma agulha, cujo movimento é transformado em impulsos elétricos no ampli�cador de sinais. Em seguida, esses sinais são registrados no display do rugosímetro, que corresponde a um grá�co do per�l da rugosidade. Em alguns casos, esse per�l pode ser impresso para arquivo ou análise. O método de análise das medições da rugosidade tem como base a NBR ISO 4287:2002,39 que estabelece termos, de�nições e parâmetros da rugosidade, e na ABNT NBR 8404:1984 (Indicação do estado de superfícies em desenhos técnicos). 41 Apalpador Acionamento do apalpador

Impressão do gráfico

Sensor Amplificador de sinais

Registrador da rugosidade

PEÇA

Figura 3.73. Esquema de funcionamento de um rugosímetro. 94


3.9. PROJETORES DE PERFIL O processo de medição de peças pequenas ou complexas consiste, muitas vezes, na di�culdade de manuseá-las e medi-las com instrumentos convencionais. Uma forma de solucionar o problema é medir com o auxílio de uma imagem ampliada. Um dos instrumentos que podem ser utilizados na medição de peças pequenas ou de formas complexas é o projetor de per�l. Os projetores de per�l (ou comparadores ópticos) têm sido usados pela indústria há décadas. Recentes avanços no desenho e na tecnologia têm aumentado substancialmente a capacidade desses sistemas de medição sem contato com dois eixos dentro da categoria de máquinas de medição de alta precisão, que necessitam de um mínimo de espaço físico.19 Os projetores de per�l são perfeitos para inspeção e comparação de pequenos componentes de peso leve ou difíceis de serem �xados, como gaxetas �exíveis, arruelas �nas de pressão, inspeção de peças reti�cadas aos pares, peças de plástico, extrusadas ou de eletrônica. Eles possibilitam uma vasta gama de funções, como: • Comparar as especi�cações de um desenho sobreposto à tela com silhueta

projetada. • Fazer a medição automática de componentes que necessitem de tolerâncias apertadas para severas especi�cações. • Inspecionar peças combinadas em níveis críticos na fase de retí�ca �nal na produção. • A imagem vertical, a tela de grande diâmetro e a capacidade de avanço da mesa, aliadas a elevados graus de exatidão, bene�ciam o operador de máquina, eliminando erros e diminuindo o tempo da inspeção. O princípio de funcionamento do projetor de per�l consiste na projeção da luz sobre determinado objeto. Através de lentes apropriadas, a imagem é projetada em uma tela de vidro, que, além de ampliá-la, pode mostrar detalhes de contorno construtivos. A ampliação da imagem pode chegar a até cem vezes. O projetor de per�l pode ser utilizado também na medição angular ou de roscas. A Figura 3.75 mostra um projetor de per�l que está sendo utilizado para medir ou mostrar detalhes de um eixo. 95


Foto: © Starrett

Figura 3.75. Projetor de per�l.19

3.10. M ÁQUINA DE MEDIR POR COORDENADAS (MMC) 3.10.1. De�nições gerais Desde o início dos tempos, o homem tem procurado facilitar sua vida cotidiana atra vés da automatização de suas tarefas. Com a evolução dos processos de fabricação e o surgimento da produção em série, a necessidade de automatizar atividades produtivas passou a ser o ponto-chave para a sobrevivência de muitas empresas. Em meio a esse cenário, surgiu também a necessidade de medir mais rapidamente, com alta qualidade de peças e equipamentos. Em muitos casos, a medição manual e com instrumentos convencionais não atende à necessidade de certos setores produtivos, como as indústrias metal-mecânicas, cujos componentes necessitam de tolerâncias apertadas. A imperiosa necessidade de as indústrias se modernizarem, visando atender à crescente competitividade gerada pela globalização da economia, tem exercido forte pressão sobre todos os setores produtivos, abrindo cada vez mais espaço para a modernização dos processos de medição. No contexto atual, existe a clara consciência de que se modernizar é condição vital para a permanência das empresas no mercado, com agregação de novos valores a seus produtos. Essa modernização é caracterizada pela adoção de novas formas de gestão e de produção, com a �nalidade de reduzir custos, melhorar a qualidade dos produtos e aumentar a satisfação dos clientes. A automação da medição é responsável pela disseminação de modernas técnicas de avaliação dimensional, uma vez que elas contribuem para a diminuição de custos, prazos de entrega, perdas de insumos e erros de medição. Além disso, contribuem 96


para o aumento da qualidade do produto e de seu nível tecnológico, da adequação do fornecedor a novas especi�cações e da capacidade de produção. O surgimento das máquinas de medir por coordenadas (MMC) veio atender à demanda de medir com mais rapidez e qualidade, aliada à exatidão e à substituição do homem em medições de peças complexas e difíceis de serem medidas com instrumentos convencionais. As MMC possuem movimentação nos três eixos (X, Y e Z). Dessa forma, um ponto no espaço é projetado no plano de referência, onde se de�nem duas coordenadas (X, Y), e a terceira corresponde à altura perpendicular a esse plano (Z). Por isso, as MMC são mais adequadas para a medição de peças complexas, sujeitas à medição tridimensional. Além disso, a aplicação racional da tecnologia de medição por coordenadas tornou-se viável com o desenvolvimento dos computadores, que passaram a ter: • • • •

Enormes potencialidades matemáticas. Flexibilidade de comunicação e conexão com um processo. Resistência a ambientes industriais. Pequeno porte e baixo custo.

Através de uma MMC determinam-se, de forma universal, com um mínimo de dispositivos e instrumentos especí�cos, as coordenadas de certos pontos sobre a peça a controlar. Tais pontos, convenientemente processados pelo computador associado, resultam nos parâmetros geométricos da peça. O desenvolvimento das MMC foi favorecido pela evolução dos sistemas de medição de deslocamento eletrônicos, que permitiram elevar sua qualidade e viabilizaram sua integração com sistemas de fabricação automatizados. As MMC têm em comum com tais sistemas a grande �exibilidade. O princípio de funcionamento das MMC consiste em determinar os pontos da peça que precisam ser veri�cados para determinar seus parâmetros geométricos, cujo esquema está mostrado na Figura 3.76. O sensor de contato é eletrônico e com apalpadores, que têm a função de marcar os limites da peça. Para determinar o comprimento da peça, por exemplo, é su�ciente conhecer as coordenadas dos pontos sobre as faces extremas. O cálculo do comprimento será bastante simples se a peça estiver posicionada paralelamente a um dos eixos coordenados, tornando-se mais trabalhosa a obtenção do resultado caso a posição da peça seja aleatória no espaço. Para determinar o diâmetro de um círculo, por exemplo, basta conhecer as coordenadas de três de seus pontos. A operação de cálculo relativa a uma posição espacial qualquer é bem mais complexa do que aquela para o círculo contido em um plano paralelo a um dos planos de�nidos por dois eixos coordenados. Nos dois casos, uma solução rápida, precisa e con�ável só é possível com o emprego de um computador ou de uma calculadora para efetuar o processamento da medida. 42 97


Z

Painel de controle Sensor de contato

Y

Peça

X

Mesa

Figura 3.76. Esquema simpli�cado de uma máquina de medir por coordenadas.

3.10.2. Principais tipos de máquinas de medir por coordenadas A ABNT NBR ISO 10360-1:201043 prevê dez tipos de MMC, cada um com uma aplicação especí�ca e destinado à medição de um segmento de peças diferentes. Em função da abrangência e da riqueza de detalhes do conteúdo dessa norma, nesta seção serão mostrados somente os três tipos a seguir. MMC do tipo braço em balanço com mesa �xa É uma MMC que utiliza três componentes que se deslocam ao longo de guias perpendiculares entre si. O sistema de apalpação é �xo no primeiro componente, que se desloca verticalmente em relação ao segundo. O conjunto, composto pelo primeiro

e pelo segundo componentes, se desloca horizontalmente em relação ao terceiro. O terceiro componente é apoiado somente por uma extremidade, tipo braço em balanço, e desloca-se horizontalmente em relação ao plano de trabalho da máquina, sobre o qual a peça é posicionada. A Figura 3.77 mostra o esquema simpli�cado de uma MMC do tipo braço em balanço com mesa �xa.

Figura 3.77. MMC do tipo braço em balanço com mesa �xa. 98

Instrumentos de medição e controle dimensional MMC do tipo pórtico móvel É uma MMC que utiliza três componentes componentes que se deslocam ao longo de guias perpenper pendiculares entre si. O sistema de apalpação encontra-se encontra-se no primeiro componente, componente, que

o carrega e se desloca verticalmente em relação ao segundo componente. componente. O conjunto, conjunto, composto pelo primeiro e pelo segundo componentes, se desloca horizontalmente em relação ao terceiro. O terceiro componente possui duas colunas que descem em lados opostos ao plano de trabalho da máquina e se movimentam horizontalmente em relação a esse plano. A peça é posicionada sobre o plano de trabalho da máquina. A Figura 3.78 mostra o esquema simpli�cado de uma MMC do tipo pórtico móvel.

Figura 3.78. MMC do tipo pórtico pór tico móvel.

MMC do tipo tipo braço horizontal e mesa móvel É uma MMC que utiliza três componentes que se deslocam ao longo de guias perpendiculares entre si. O sistema de apalpação é �xo no primeiro componente, que é apoiado horizontalmente em apenas uma extremidade, do tipo braço em balanço, e

o carrega, deslocando-se deslocando-se verticalmente verti calmente em relação ao segundo. O conjunto composto pelo primeiro, pelo segundo e pelo terceiro componentes se movimenta horizontalmente em relação ao plano de trabalho da máquina. A peça é posicionada sobre o terceiro componente. A Figura 3.79 mostra o esquema simpli�cado de uma MMC do tipo braço horizontal e mesa móvel. As direções indicadas nos três exemplos são apenas informativas. Além disso, existem outras con�gurações.

Figura 3.79. MMC do tipo braço horizontal e mesa móvel. 99


As MMC trouxeram muitos benefícios para o setor produtivo, por serem muito versáteis e aplicáveis à maioria das formas e modelos de peças. Para a realização das medições basta programar a operação em função das características da peça. No caso da produção em série, as MMC podem ser interligadas interliga das por computador e dispensar a interferência do homem em muitas operações. Apesar de estarem sujeitas a erros de medição, mediçã o, apresentam apresentam menores possibilidades de erro quando comparadas com medições com instrumentos convencionais convencionais e operados pelo homem.

100

CAPÍTULO

4

SISTEMA DE TOLER TOLERÂNCIAS ÂNCIAS E AJUSTES E TOLER TOLERÂNCIAS ÂNCIAS GEOMÉTRICAS A maioria dos processos de fabricação obedece a normas que servem de referência para a produção de peças, componentes componentes ou produtos acabados. Se uma um a empresa traba-

lha com grande variedade de peças, necessariamente deve adotar uma norma técnica que possibilite sua intercambiabilidade. Além disso, quando peças ou componentes são produzidos, em sua montagem ou desmontagem também precisa haver uma intercambiabilidade tercambiabilidade adequada entre eles, sem maiores esforços ou ajustes severos. O objetivo deste capítulo é mostrar o estudo do sistema de tolerâncias e ajustes, tendo como base a ABNT NBR 6158:1995 – Sistema de tolerâncias e ajustes, 30 e as tolerâncias geométricas, tendo como referência a ABNT NBR 6409:1997 – Tolerâncias

geométricas.44 O capítulo foi estruturado de modo a mostrar as de�nições, as metodologias e os procedimentos experimentais indispensáveis para a análise desse sistema de tolerâncias e ajustes, assim como dos desvios de perpendicularidade, paralelismo, concentricidade, cilindricidade, batimento radial e batimento axial de peças produzidas por processos de usinagem. Como a tolerância geométrica para um elemento de�ne o

campo dentro do qual o elemento deve estar contido, espera-se espera -se que este capítulo seja uma referência para o ensino, a pesquisa e a aprendizagem desse conteúdo. 101


DE TOLERÂNCIAS TOLERÂNCIAS E AJUSTES 4.1. SISTEMA DE Quando uma peça é fabricada, nem sempre é possível produzi-la produzi -la com dimensões exatas, ou seja, sem nenhuma liberdade para mais ou para menos. Para que ela funcione normalmente, durante o processo de fabricação costuma ser permitida uma diferença para cima ou para baixo em suas dimensões. De�ne-se De�ne -se tolerância como a diferença entre a dimensão máxima e a dimensão mínima, ou seja, a diferença entre o afastamento superior e o afastamento inferior. 44 As principais de�nições

dos termos mais utilizados no dia a dia da indústria e nos meios acadêmicos são apresentadas a seguir. s eguir.44 Os afastamentos são desvios aceitáveis das dimensões nominais, para mais ou menos, que permitem a execução da peça sem prejuízo para seu funcionamento e

intercambiabilidade, intercambiabilidade, ou seja, o afastamento nominal ou afastamento é de�nido como a diferença entre a dimensão limite e a dimensões nominal. O afastamento inferior (Ai) representa a diferença entre a dimensão mínima e a nominal (Figura 4.1). O afastamento superior (As) representa a diferença entre a dimensão máxima e a nominal (Figura 4.1), cujos símbolos são Ai e As para furos, ai e as para eixos. Por questões didáticas, neste livro não serão utilizados os símbolos sí mbolos Es e Ei (furos), es e ei (eixos), que são dados na ABNT NBR 6158:1995. 30 A linha zero (Figura 4.1) é a reta que representa a dimensão nominal e serve de origem aos afastamentos em uma representação grá�ca de tolerâncias e ajustes (relação resultante da diferença, antes da montagem, entre as dimensões dos dois

elementos a serem montados). A dimensão nominal (Figura 4.1) é aquela da qual são derivadas as dimensões limites pela aplicação dos afastamentos superior e inferior. Já a dimensão efetiva representa o valor real de um elemento obtido pela medição. As dimensões máxima e mínima de um furo, em que t é a tolerância, são mostradas na Figura 4.2. s A

A

i t

t

Linha zero

o l ã a s

a

s a

i A

i A

s

t

in n e m o im D

n

Figura 4.1. Afastamentos e linha zero. 102

t a

i a

s

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas t

x á ní m m D

D

Figura 4.2. Dimensões máxima e mínima e a tolerância de um furo.

A Figura 4.3 mostra o esquema da dimensão nominal e as dimensões máxima e mínima de um eixo e de um furo, onde é mostrada a tolerância t . t

t

x

x m

m

á ní

á ní m D

D

D

m D

Figura 4.3. Dimensões máxima e mínima de um eixo e de um furo, mostrando a tolerância t.

Um termo importante na tolerância é o eixo (macho). Ele é utilizado para descrever uma característica externa de uma peça, incluindo também elementos não

cilíndricos. Portanto, pode existir um eixo quadrado quando se fala em tolerância. Já o eixo-base é aquele em que o afastamento superior é zero. O furo (fêmea) também tem muita importância no estudo da tolerância. Ele

representa uma cavidade ou uma característica interna de uma peça que não precisa ser cilíndrica. O furo-base é aquele em que o afastamento inferior é zero. A Figura 4.4 mostra o sistema furo-base e eixo-base. 103

Metrologia e controle dimensional Furo-base Ai = 0

Linha zero

Eixo-base as = 0

Figura 4.4. Sistema furo-base e eixo-base.

Representação esquemática das posições dos afastamentos fundamentais Os afastamentos fundamentais, que são a diferença algébrica entre uma dimensão (efetiva, limite etc. e a correspondente dimensão nominal), são representados por

letras maiúsculas para furos (A, B, C, D, … ZC). As letras minúsculas representam os eixos (a, b, c, d, … z a). Para evitar confusão, de acordo com a ABNT NBR 6158:1995,30

não são usadas as seguintes letras: I, i; L, l; Q, q; W, w. A Figura 4.5 mostra o esquema das posições dos afastamentos fundamentais.

s i a t n e m a d n u F s o t n e m a t s a f A s i a t n e m a d n u F s o t n e m a t s a f A

A B o v i t i s o P

C CD

Al

D

E EF FFG

o v i t a g e N

Linha zero

KM N P QR G

S U VXYZ ZA ZB

H J JS

ZC a) Furos (elementos internos)

o ã s n e m i D

l a n i m o n

zc

o v i t i s o P o v i t a g e N

AS

js j ef f fg g h

Linha zero d

as

e

km n p q

y z za r s u v x

ai o ã s n e m i D

cd c b

a

zb

l a n i m o n

b) Eixos (elementos externos)

Figura 4.5. Esquema das posições dos afastamentos fundamentais. 104

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas

De acordo com a Figura 4.5, nota-se que as regiões de a até g para eixos �cam abaixo da linha zero e apresentam afastamentos superiores e inferiores negativos. Analogamente, as regiões de A a G (furos) encontram-se acima da linha zero, apresentando afastamentos superiores e inferiores positivos. Por outro lado, as regiões j e k (eixos) e J e K (furos) podem �car acima ou abaixo da linha zero. Essa região pode

ser considerada aquela onde ocorrem ajustes incertos ou indeterminados.

4.1.1. Campo de tolerância O campo de tolerância é a diferença entre as dimensões máxima e mínima, sendo de�nido pela magnitude da tolerância e sua posição relativa em relação à linha zero. Se, por exemplo, um furo tiver dimensão nominal 56 mm, As = 64 µm e Ai = 25 µm, qual é o seu campo de tolerância? Como a dimensão nominal é 56 mm, a dimensão máxima é 56,064 mm e a dimensão mínima é 56,025 mm. Portanto, o campo de tolerância é (56,064 mm - 56,025

mm) = 0,039 mm ou 39 µm. Pode-se notar que o campo de tolerância é sempre um valor positivo. Mas e se, por exemplo, o furo tivesse dimensão nominal 56 mm e As = -34 µm e Ai = -48 µm. Qual seria o seu campo de tolerância? Como a dimensão nominal é 56 mm, a dimensão máxima é 55,966 mm e a dimensão mínima é 55,952 mm, o campo de tolerância é (55,966 mm - 55,952 mm) = 0,014 mm ou 14 µm. Representação e cálculo da tolerância

Na Mecânica, normalmente a dimensão nominal é representada em milímetros e os afastamentos em micrômetros (µm), ou seja, 1 µm = 1 mm/1.000 (0,001 mm). Na Figura 4.6, o comprimento nominal da peça é 100 mm, o afastamento inferior é -20 µm (-0,020 mm) e o afastamento superior é +45 µm (+0,045 mm). Já a largura nominal da peça é 35 mm, o afastamento inferior é +10 µm (+0,010 mm) e o afastamento superior é + 18 µm (+0,018 mm). No caso do comprimento, a dimensão máxima da peça é 100,045 mm e a dimensão mínima é 99,980 mm. A tolerância é a diferença entre o afastamento

superior e o afastamento inferior, 0,045 mm - (-0,020 mm) = 0,065 mm. Para a largura, a dimensão máxima da peça é 35,018 mm e a dimensão mínima é 35,010 mm.

A tolerância é a diferença entre o afastamento superior e o afastamento inferior: (0,018 mm – 0,010 mm) = 0,008 mm. 105

Metrologia e controle dimensional 100

+45 –20

8 0 1 1 + –

5 3

Figura 4.6. Representação das dimensões de uma peça e seus afastamentos superiores e inferiores.

4.1.2. Sistema de ajuste Nos processos de fabricação, na montagem, na manutenção de componentes mecânicos ou de qualquer máquina, é necessário um critério para garantir que os componentes funcionam adequadamente. Para que isso ocorra, devem-se prever sistemas de ajustes padronizados entre eixos e furos. A ABNT NBR 6158:199530 de�ne sistema de ajuste como aquele que compreende

eixos e furos pertencentes a um sistema de tolerâncias. Portanto, o ajuste é a relação resultante da diferença, antes da montagem, entre as dimensões dos dois elementos a serem montados. Antes da de�nição dos principais tipos de ajuste, com base na

ABNT NBR 6158:1995, 30 serão mostrados a seguir os principais termos relativos ao sistema de ajuste. O grau de tolerância ou qualidade de trabalho utilizado no Brasil é o IT, em que I é “ISO” e T signi�ca “tolerância”. O grupo de tolerância é considerado correspondente

ao mesmo nível de precisão para todas as dimensões nominais. Portanto, os graus de tolerância padrão são designados pelas letras IT e por um número (por exemplo, IT6). Outro item importante é a unidade de tolerância (i). De acordo com a ABNT NBR 6158:1995,30 a unidade de tolerância representa o valor numérico calculado

em relação às médias geométricas das dimensões limites para cada grupo, segundo uma fórmula fundamental, que serve de base ao desenvolvimento do sistema e �xa a ordem de grandeza dos afastamentos para furos e eixos, que pode ser calculada pela Equação 4.1. i = 0,45 · (D1/3) + 0,001 · D

em que: i = unidade de tolerância, expressa em m. 106

(4.1)

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas D = média geométrica (raiz quadrada do produto) dos valores extremos de cada

grupo de dimensões de�nidos e expressos em µm. Supondo que um eixo tenha diâmetro de 57 mm, pergunta-se: a) Qual é a unidade de tolerância (i) para esse eixo? Para calcular a unidade de tolerância é necessário consultar a Tabela 4.1 e encon-

trar os valores extremos em que o número 57 mm está inserido. Nesse caso, temos 50 mm e 80 mm. Calculando a média geométrica de 50 e 80, tem -se 63,25 mm. Pela Equação 4.1, encontra-se i = 1,797 μm. TABELA 4.1 – Valores numéricos de graus de tolerância padrão IT para dimensões nominais até 3150 mm

Dimensão nominal (mm)

Graus de tolerância padrão 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 T T T T T T T T T T I I I I I I I I I I

1 1 T I

2 1 T I

3 1 T I

4 1 T I

5 1 T I

6 1 T I

7 1 T I

8 1 T I

Tolerância Até e Acima inclusive (µm) -

3

0,8

1,2

3

6

1

6

10

1

10

18

1,2

2

18

30

1,5

30

50

50

80

2

(mm)

3

4

6 10

14

25

40

60

0,1

0,14

0,25

0,4

0,6

1

1,4

1,5 2,5

4

5

8 12

18

30

48

75

0,12

0,18

0,3

0,48

0,75

1,1

1,8

1,5 2,5

4

6

9 15

22

36

58

90

0,15

0,22

0,36

0,58

0,9

1,5

2,2

3

5

8

11 18

27

43

70

110

0,18

0,27

0,43

0,7

1,1

1,8

2,7

2,5

4

6

9

13 21

33

52

84

130

0,21

0,33

0,52

0,84

1,3

2,1

3,3

1,5

2,5

4

7

11 16 25

39

62

100

160

0,25

0,39

0,62

1

1,6

2,5

3,9

2

3

5

8

13 19 30

46

74

120

190

0,3

0,46

0,74

1,2

1,9

3

4,6

Fonte: Adaptada da ABNT NBR 6158:1995.30

b) Calcular tolerância padrão (t ) para a qualidade de trabalho IT8. 107


Para calcular a tolerância padrão, a ABNT NBR 6158:1995 30 estabeleceu a Tabela 4.2, que fornece os valores para os graus de tolerâncias padrão de IT1 até IT18. Nesse caso, como a qualidade de trabalho é IT8, t = 25i, logo, t = 25 x 1,797 mm, então t = 45 µm. TABELA 4.2 – Fórmula para graus de tolerâncias padrão de IT1 até IT18 Graus de tolerância padrão Dimensão nominal (mm)

Acima

1 T I

2 T I

3 T I

4 T I

Até e inclusive

5 T I

6 T I

7 T I

8 T I

9 T I

0 1 T I

1 1 T I

2 1 T I

3 1 T I

4 1 T I

5 1 T I

6 1 T I

7 1 T I

Fórmulas para tolerância padrão (resultado em µm)

i

–

0 0 5

8 1 T I

–

–

–

–

i

7

i

0 1

i

6 1

i

5 2

i

0 4

i

4 6

i

0 0 1

i

0 6 1

i

0 5 2

i

0 0 4

i

0 4 6

0 0 0 . 1

i 0 0 6 1

i 0 0 5 2

Fonte: Adaptada da ABNT NBR 6158:1995.30

Quando o grau de tolerância é associado a um afastamento fundamental para formar uma classe de tolerância, as letras IT são omitidas (por exemplo, h7). O sistema prevê um total de vinte graus de tolerância padrão, em que os graus IT1 a IT18 são de uso geral. Os graus IT0 e IT01 não são de uso geral, mas são dados para �ns de informação. Esse afastamento pode ser tanto o superior como o inferior, mas, por convenção, é aquele mais próximo. Apesar de a ABNT NBR 6158:1995 30 prever vinte graus de tolerância, para

ABNT NBR 6158:1995, 32, 45 a qualidade de trabalho mais utilizada vai de 01,0, 1 até 16. Os graus de tolerância padrão IT01 a IT5 são utilizados para calibradores, enquanto os IT6 a IT10 são mais empregadao para a grande maioria das construções mecânicas e os IT11 a IT16 têm aplicação em peças que necessitem de tolerâncias mais grosseiras, como peças fundidas, forjadas ou barras laminadas. Para analisar um tipo de ajuste, é necessário ainda conhecer os termos folga e interferência. Para a ABNT NBR 6158:199530, folga é a diferença positiva entre as dimensões do

furo e do eixo, antes da montagem, quando o diâmetro do eixo é menor que o diâmetro do furo. A Figura 4.7 mostra o esquema representativo de folga. Em uma montagem, existe folga mínima quando se tem uma diferença positiva entre a dimensão mínima do furo e a dimensão máxima do eixo. Existe folga máxima quando se tem uma diferença positiva entre a dimensão máxima do furo e a dimensão

mínima do eixo. Interferência é a diferença negativa entre as dimensões do furo e do eixo, antes da montagem, quando o diâmetro do eixo é maior que o do furo. A Figura 4.8 mostra o esquema representativo de uma interferência. Em uma montagem, existe interferência mínima quando se tem uma diferença negativa entre a dimensão máxima do furo e a dimensão mínima do eixo. Existe 108


interferência máxima quando se tem uma diferença negativa entre a dimensão mínima do furo e a dimensão máxima do eixo.

Folga

Figura 4.7 Esquema representativo da folga.

Interferência

Figura 4.8. Esquema representativo de uma interferência.

4.1.3. Tipos de ajuste O tipo de ajuste é uma função da aplicação dos componentes (furo e eixo) em determinada montagem. Os ajustes podem ser com folga, com interferência e incertos. Alguns autores também usam o termo indeterminado no lugar de incerto. 109

Metrologia e controle dimensional 4.1.3.1. Ajuste com folga

Se uma montagem não exigir pressão entre os componentes (eixo e furo), o tipo de ajuste será com folga. Isso ocorrerá quando a dimensão mínima do furo for maior ou, em caso extremo, igual à dimensão máxima do eixo. Essa análise também pode ser feita em função dos afastamentos. O ajuste será com folga quando o afastamento superior do eixo for menor ou igual ao afastamento inferior do furo. A Figura 4.9

mostra o esquema representativo de um ajuste com folga. Folga mínima

Folga máxima

Figura 4.9. Esquema representativo de um ajuste com folga.

Uma aplicação prática que deve possuir um ajuste com folga é a montagem de um eixo sobre um mancal de deslizamento (mais conhecido como

bucha).

Nesse

caso, o eixo deve girar livremente sobre o mancal, sem pressões consideráveis para minimizar o desgaste e o aquecimento do conjunto. A Figura 4.10 mostra o esquema representativo da montagem de um eixo sobre um mancal de deslizamento.

Figura 4.10. Montagem de um eixo sobre um mancal de deslizamento. 110


No caso do mancal ilustrado na Figura 4.11, tem-se um mancal bipartido no qual se podem aplicar buchas inteiriças ou partidas. Em 1 tem-se a base do mancal; em 2 a bucha ou mancal inferior; em 3 o eixo; em 4 a bucha ou mancal superior; e em 5 a capa da base do mancal. Nesse tipo de mancal, é comum a presença de uma folga entre a capa e a base para facilitar o ajuste do conjunto.

5

4

3

2

1

Figura 4.11. Mancal bipartido. 46

Uma das maneiras de identi�car um ajuste com folga ou de qualquer outro tipo é

fazer uma análise dos afastamentos superiores, inferiores e da dimensão nominal do sistema eixo-furo. Se, por exemplo, um furo tiver dimensão nominal 56 mm com As = 64 µm e Ai = 25 µm, e se o eixo tiver dimensão nominal 56 mm com as = 17 µm e ai = 12 µm, o ajuste da montagem será com folga, porque a dimensão mínima (56,025

mm) do furo é maior que a dimensão máxima do eixo (56,017 mm). Outros exemplos de ajustes com folga

1. No desenho de uma montagem, a dimensão nominal é de 50 mm. O furo tem As = 27 µm e Ai = 10 µm. O eixo tem as = 5 µm e ai = 3 µm. – Análise pelas dimensões máximas e mínimas: Para o furo: dimensão máxima = 50,027 mm; dimensão mínima = 50,010 mm. 

111

Metrologia e controle dimensional 

Para o eixo: dimensão máxima = 50,005 mm; dimensão mínima = 50,003 mm.

Como a dimensão mínima do furo (50,010 mm) é maior que a dimensão

máxima do eixo (50,005 mm), tem-se um ajuste com folga. 2. No desenho de uma montagem, a dimensão nominal é de 58 mm. O furo tem As = 18 µm e Ai = 15 µm. O eixo tem as = 12 µm e ai = -20 µm. – Análise pelos afastamentos: Como o afastamento superior do eixo (12 µm) é menor que o afastamento inferior do furo (Ai = 15 µm), tem-se um ajuste com folga. 

4.1.3.2. Ajuste com interferência Se em uma montagem houver exigência de pressão entre os componentes (eixo e furo),

o tipo de ajuste será com interferência. Isso ocorrerá quando a dimensão máxima do furo for menor ou, em caso extremo, igual à dimensão mínima do eixo. Essa análise também pode ser feita em função dos afastamentos. O ajuste será com interferência quando o afastamento superior do furo for menor ou igual ao afastamento inferior do

eixo. A Figura 4.12 mostra o esquema representativo de um ajuste com interferência. Interferência máxima Interferência mínima

Figura 4.12. Esquema representativo de um ajuste com interferência. 112


Uma aplicação prática de ajuste com interferência é a montagem de um rolamento em um eixo. Nesse caso, é necessária determinada pressão entre o rolamento e o eixo para que não ocorra deslizamento entre o conjunto. No ajuste com interferência, em função da pressão exigida, a montagem do conjunto pode ser feita com auxílio de equipamento próprio de montagem. Nesse caso, podem ser utilizadas pancadas apropriadas no rolamento com material macio, com aquecimento do rolamento ou resfriamento

do eixo ou com utilização de uma prensa hidráulica. A Figura 4.13 mostra o esquema representativo da montagem de um rolamento em um eixo com interferência. Rolamento

Eixo

Figura 4.13. Esquema da montagem de um rolamento em um eixo com interferência.

Exemplos de ajustes com interferência

1. Em uma montagem, a dimensão nominal é de 75 mm. O furo tem As = 30 µm e Ai = 15 µm. O eixo tem as = 55 µm e ai = 50 µm. – Análise pelas dimensões máximas e mínimas: Para o furo: dimensão máxima = 75,030 mm; dimensão mínima = 75,015 mm. Para o eixo: dimensão máxima = 75,055 mm; dimensão mínima = 50,050 mm. 



Como a dimensão máxima do furo (75,030 mm) é menor que dimensão mínima do eixo (75,055 mm), tem-se um ajuste com interferência. 2. Em uma montagem, a dimensão nominal é de 93 mm. O furo tem As = 37 µm e Ai = 25 µm. O eixo tem as = 58 µm e ai = 40 µm. – Análise pelos afastamentos: Como o afastamento superior do furo (37 µm) é menor que o afastamento inferior do eixo (40 µm), tem-se um ajuste com interferência. 

113

Metrologia e controle dimensional 4.1.3.3. Ajuste incerto O ajuste incerto, que alguns autores também chamam de

indeterminado,

é aquele

em que o afastamento superior do eixo é maior que o afastamento inferior do furo e o afastamento superior do furo é maior que o afastamento inferior do eixo. Nesse tipo de ajuste pode ocorrer uma folga ou uma interferência entre o furo e o eixo quando montados, dependendo das dimensões efetivas do furo e do eixo, isto é, os campos de tolerância do furo e do eixo se sobrepõem parcialmente ou totalmente. A Figura 4.14 mostra o esquema representativo de um ajuste incerto. Folga máxima Interferência máxima

Figura 4.14. Esquema representativo de um ajuste incerto.

Os ajustes incertos ou indeterminados são utilizados quando é necessária grande

precisão de giro entre o eixo e o furo sem que se possa arriscar qualquer excentricidade devido à folga resultante, ou ainda quando existe variação de esforço ou de temperatura durante o funcionamento do sistema montado. O momento torçor deve ser transmitido por meio de elementos mecânicos auxiliares, como chavetas, pinos, estrias e buchas, entre outros. Esses elementos devem ser montados com fraca pressão

e desmontados de modo que não provoquem deterioração da superfície de contato. Além disso, podem ser utilizados em aplicações com grande precisão de giro, com carga fraca e direção indeterminada de carga.45 Pela sua montagem com folga ou interferência, sempre se deve levar em conta que

ajustes incertos ou indeterminados, por possuírem diferenças inferiores e superiores para furos e para eixos muito próximos da linha zero, são de grande precisão. Por isso, na usinagem do eixo e do furo há necessidade de um acabamento de baixa rugosidade 114


que deve ser executado em reti�cadoras ou em máquinas-ferramenta de boa precisão. Portanto, o bom desempenho dos componentes montados com ajustes incertos depende principalmente da qualidade do processo de fabricação desses componentes.

Exemplo de ajuste incerto Em uma montagem, a dimensão nominal é de 55 mm. O furo tem As = 25 µm e Ai = 10 µm. O eixo tem as = 30 µm e ai = 11 µm. Nesse caso, como o afastamento superior do eixo (30 µm) é maior que o afastamento inferior do furo (10 µm) e o afastamento superior do furo (25 µm) é maior que o afastamento inferior do eixo (11 µm), conclui-se que, nesse tipo de ajuste, pode ocorrer interferência ou folga entre o furo e o eixo quando montados. Portanto, tem-se um ajuste incerto.

4.1.4. Designação de tolerâncias e ajustes 4.1.4.1. Designação para dimensão com tolerância De acordo com a ABNT NBR 6158:1995,30 uma dimensão com tolerância deve ser designada pela dimensão nominal seguida da designação da classe de tolerância exigida ou dos afastamentos em valores numéricos. Por exemplo: 32H7; 80js; 100g6; ou 95 ±0,008.

A determinação dos afastamentos limite (superior e inferior) é feita a partir de consulta a tabelas fornecidas pela ABNT NBR 6158:1995, 30 tanto para furos quanto para eixos. Essas tabelas fornecem valores relacionados às dimensões nominais do furo ou do eixo e qualidade de trabalho (IT1, IT2, IT3 … até IT18); já as letras foram mostradas na Figura 4.5. Como a ABNT NBR 6158:1995 30 apresenta diversas tabelas para a determinação dos afastamentos limite (superior e inferior) para cada letra, neste livro serão dados apenas alguns exemplos para que o leitor se familiarize com o conteúdo. Caso precise de valores diferentes daqueles que vão ser mostrados aqui, o leitor deve consultar a norma ABNT NBR 6158:1995. 30 Exemplos de cálculo de afastamentos limite (superior e inferior) 1. 46H7 Com base na Tabela 4.3, como a dimensão nominal é 47 mm e está entre 30 mm e 50 mm e a qualidade de trabalho é H7, o afastamento superior do furo é As = 25 µm. Já o afastamento inferior do furo é zero (Ai = 0).

2. 25H10 Utilizando os mesmos procedimentos, As = 0,084 mm e Ai = 0. Note-se que na qualidade de trabalho H, todos os afastamentos inferiores do furo (Ai)

são iguais a zero. 115

Metrologia e controle dimensional TABELA 4.3 – Afastamentos limite para furos “H” Dimensão nominal (mm)

H 1

2

3

4

5

3

6

10

18

30

50

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Afastamentos

Até e Acima inclusive

-

6

(µm)

(mm)

0,8

1,2

2

3

4

6

10

14

25

40

60

0,1

0,14

0,25

0,4

0,6

1

1,4

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1,5

2,5

4

5

8

12

18

30

48

75

0,3

0,48

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1,5

2,5

4

6

9

15

22

36

58

90

0,36

0,58

0,9

1,5 2,2

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1,2

2

3

5

8

11

18

27

43

70

0,43

0,7

1,1

1,8 2,7

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1,5

2,5

4

6

9

13

21

33

52

84

0,52

0,84

1,3

2,1 3,3

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1,5

2,5

4

7

11

16

25

39

62

100

0,62

1

1,6

2,5 3,9

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

2

3

5

8

13

19

30

46

74

120

190

0,3

0,46

0,74

1,2

1,9

3

4,6

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

0,12 0,18

0,75 1,1 1,8

6 0

0

0,15 0,22

0

10 0

0

110 0,18 0,27

0

18 0

0

0

130 0,21 0,33

0

30 0

0

0

160 0,25 0,39

0

50

80

Fonte: Adaptada de ABNT NBR 6158:1995.30

3. 19J8 Com base na Tabela 4.4, como a dimensão nominal é 19 mm e está entre 18 mm e 30 mm e a qualidade de trabalho é J8, o afastamento superior do furo, As = 20 µm. Já o afastamento inferior do furo é Ai = -13 µm. 4. 13K7 Com base na Tabela 4.4, utilizando os mesmos procedimentos: As = 6 µm e Ai = -12 µm. 116

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas Tabela 4.4 – Afastamento limite para furos “J” e “K”. Dimensão J

K

nominal (mm)

Acima

Até e inclusive

–

3

3

6

6

10

10

18

18

30

6

7

8

2

4

–4

–6

5 –3

±6(C)

9(A)

3

4

5

6

7

8

9(A)

10(A)

6

0

0

0

0

0

0

0

0

–8

–2

–3

–4

–6

–10

–14

–25

–40

10

0

0,5

0

2

3

5

–8

–3

–4

–5

–6

–9

–13

5

8

12

0

0,5

1

2

5

6

–4

–7

–10

–3

–4

–5

–7

–10

–16

6

10

15

0

1

2

2

6

8

–5

–8

–12

–3

–4

–6

–9

–12

–19

8

12

20

–1

0

1

2

6

10

–5

–6

–8

–11

–15

–23

–5 –9 –13 Fonte: Adaptada de ABNT NBR 6158:1995.30

5. 5h6 Com base na Tabela 4.5, como a dimensão nominal é 15 mm e está entre 10 mm e 18 mm e a qualidade de trabalho é h6, o afastamento superior do eixo, as = 0. Já o afastamento inferior do eixo é ai = -11 µm. 6. 31h8 Na Tabela 4.5, utilizando os mesmos procedimentos: as = 0 e ai = -39 µm. Nota-se que, na qualidade de trabalho h, todos os afastamentos superiores do eixo (as) são iguais a zero. TABELA 4.5 – Afastamento limite para eixos “h”. Dimensão nominal (mm)

Acima

Até e inclusive

–

3(A)

3

6

6

10

h

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Afastamentos (µm) 0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–0,8

–1,2

–2

–3

–4

–6

–10

–14

–25

–40

–60

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1

–1,5

–2,5

–4

–5

–8

–12

–18

–30

–48

–75

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

117


18

18 30

30 50

–1

–1,5

–2,5

–4

–6

–9

–15

–22

–36

–58

–90

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1,2

–2

–3

–5

–8

–11

–18

–27

–43

–70

–110

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–1,5

–2,5

–4

–6

–9

–13

–21

–33

–52

–84

–130

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

–11

–16

–25

–39

–62

–100

–160

–1,5 –2,5 –4 –7 30 Fonte: Adaptada de ABNT NBR 6158:1995.

4.1.4.2. Designação para ajustes

Os ajustes entre elementos que se podem acoplar devem ser designados por: • Dimensão nominal comum. • Símbolo da classe de tolerância para furo. • Símbolo da classe de tolerância para eixo.

Por exemplo, 55 H7/m6, 55 h7- g6 ou 55 H7g6. Uma das aplicações dessa designação é veri�car o tipo de ajuste caracterizado por letras e números. Nesse caso, é necessário utilizar tabelas para encontrar os afastamentos inferiores e superiores e, em seguida, fazer uma análise para de�nir o tipo de ajuste correspondente à montagem. Exemplos de análise do tipo de ajuste correspondente à montagem 1. 29H7h6 Para fazer essa análise, inicialmente, é necessário encontrar os afastamentos superiores e inferiores do furo e do eixo. Consultando a Tabela 4.3, em função do diâmetro 29 mm, encontram-se As = 21 µm e Ai = 0 para o furo. Para o eixo, consultando a Tabela 4.5, em função do diâmetro 29 mm, encontram-se as = 0 e ai = -13 µm. Como o afastamento superior do eixo (0) é menor ou igual ao afastamento inferior do furo (0), tem-se um ajuste com folga.

2. 17H7s6 Consultando a Tabela 4.3, em função do diâmetro 17 mm, encontram-se As =

18 µm e Ai = 0 para o furo. Para o eixo, consultando a Tabela 4.6, em função do diâmetro 17 mm, encontram-se as = 39 µm e ai = 28 µm. Como o afastamento superior do furo (18 µm) é menor que o afastamento inferior do eixo (28 µm), tem-se um ajuste com interferência. 118

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas TABELA 4.6 – Afastamento limite para eixos “s”. Dimensão nominal (mm)

s

Acima

Até e inclusive

3

4

5

6

7

8

9

10

–

3

+16 +14

+17 +14

+18 +14

+20 +14

+24 +14

+28 +14

+39 +14

+54 +14

3

6

+21,5 +19

+23 +19

+24 +19

+27 +19

+31 +19

+37 +9

+49 +19

+67 +19

6

10

+25,5 +23

+27 +23

+29 +23

+32 +23

+38 +23

+45 +23

+59 +23

+81 +23

10

18

+31 +28

+33 +28

+36 +28

+39 +28

+46 +28

+55 +28

+71 +28

+98 +28

18

30

+39 +35

+41 +35

+44 +35

+48 +35

+56 +35

+68 +35

+87 +35

+119 +35

30

50

+47 +43

+50 +43

+54 +43

+59 +43

+68 +43

+82 +43

+105 +43

+143 +43

+61 +53 Fonte: Adaptada ABNT NBR 6158:1995.30

+66 +53

+72 +53

+83 +53

+99 +53

+127 +53

50

65

3. 20H7k6 Consultando a Tabela 4.3, em função do diâmetro de 20 mm, encontram-se As = 21 µm e Ai = 0 para o furo. Para o eixo, consultando a Tabela 4.7, em função do diâmetro de 20 mm, encontram-se as = 15 µm e ai = 2 µm. Nesse caso, como o afastamento superior do eixo (15 µm) é maior que o afastamento

inferior do furo (0) e o afastamento superior do furo (21 µm) é maior que o afastamento inferior do eixo (2 µm), conclui-se que nesse tipo de ajuste pode ocorrer interferência ou folga entre o furo e o eixo quando montados. Portanto, tem-se um ajuste incerto. TABELA 4.7 – Afastamento limite para eixos “j” e k”. Dimensão nominal (mm)

Acima

Até e inclusive

–

3

3

6

6

10

j

k

5

6

7

8

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

2

4

6

8

2

3

4

6

10 14

25

40

60

100 140

–2

–4

–6

0

0

0

0

0

0

0

0

0

3

6

8

2,5

5

6

9

13 18

30

48

75

–2

–2

–4

0

1

1

1

1

0

0

0

0

4

7

10

2,5

5

7

10

16 22

36

58

90

–2

–2

–5

0

1

1

1

1

0

0

0

0

0

13

0

120 180 0

0

150 220 0

0

119


18

18

30

5

8

12

3

6

9

12

19 27

43

70 110 180 270

–3

–3

–6

0

1

1

1

1

0

0

0

5

9

13

4

8

11

15

23 33

52

84 130 210 330

0

2

2

2

2

0

0

–4 –4 –8 Fonte: Adaptada ABNT NBR 6158:1995.30

0

0 0

0 0

0 0

4.1.4.3. Critérios para escolha de um tipo de ajuste

A escolha de um tipo de ajuste não é uma tarefa muito fácil, porque depende principalmente da aplicabilidade da máquina ou equipamento. Uma peça, um conjunto, um

componente, um equipamento ou uma máquina só terão funcionamento adequado se forem fabricados e montados obedecendo a tolerâncias e ajustes normalizados.

Além disso, devem ser escolhidas classes de tolerância baseadas em normas para não se criarem situações que não possam ser avaliadas por critérios técnicos. A ABNT NBR 6158:199530 faz as seguintes recomendações práticas para a escolha

de um tipo de ajuste: • Deve-se veri�car, antes de tudo, se o ajuste a ser adotado é do sistema furo-

-base ou eixo-base. • Deve-se dar preferência ao sistema furo-base para o uso geral, pois isso permite evitar a multiplicidade desnecessária de calibradores de veri�cação de medidas. • O sistema eixo-base deve ser escolhido somente no caso em que a sua utilização resultar em inquestionáveis vantagens econômicas (por exemplo, quando houver necessidade de montar peças com furos tendo diferentes afastamentos

em um único eixo). • Os outros afastamentos e campos de tolerâncias (letras e números) devem ser escolhidos para furos e eixos, de modo a obter folgas ou interferências

mínimas e máximas correspondentes que melhor satisfaçam as condições requeridas para funcionamento (especialmente nos casos de ajustes críticos com

interferências acentuadas). Nesse caso, as tolerâncias devem ser as maiores e precisam ser compatíveis com a condição de utilização. • Sendo mais difícil a usinagem de um furo do que a de um eixo, pode ser escolhido para o furo um grau de tolerância maior que o do eixo, como H8f7. O ponto-chave para a escolha de uma tolerância ou ajuste é a experiência do projetista, que precisa conhecer as exigências técnicas do projeto. Além disso, ele

precisa conhecer os processos de fabricação da peça ou equipamento, bem como o nível de exatidão da máquina operatriz que fabricará a peça, pois não se podem exigir

tolerâncias apertadas de máquinas operatrizes obsoletas, com folgas excessivas nos 120


componentes ou sujeitas a vibrações nos eixos. Uma tolerância muito apertada perde signi�cado se a superfície apresenta-se muito irregular. No caso de componentes dinâmicos, há necessidade de veri�car a in�uência da velocidade no tipo de tolerância ou ajuste. Quando acoplados, dois componentes em movimento podem sofrer elevação da temperatura durante o funcionamento, que

pode provocar dilatação das peças e modi�car as folgas. Um cuidado especial deve ser observado em acoplamentos com interferência

muito forte, porque a pressão de montagem pode causar deformação do eixo ou do furo, como nos ajustes H7n6 e N7h6, que podem ser aplicados em pinhões em eixos de motores, ou H7n6 e S7h6, que correspondem à prensagem a quente. A falta de controle dessas montagens pode provocar trincas, que, por sua vez, podem acarretar ruptura desses componentes.

4.2. TOLERÂNCIAS GEOMÉTRICAS 4.2.1. De�nições iniciais As tolerâncias geométricas podem ser de�nidas como variações permissíveis dos

limites dentro dos quais os desvios (ou erros) de forma e posição devem estar compreendidos sem prejudicar o funcionamento e a intercambialidade de uma peça ou equipamento. 44 Nesse caso, a peça ou equipamento podem estar com tolerância dimensional correta, mas devem ser veri�cados os limites em relação à posição, à forma

e à orientação, que são inerentes às tolerâncias geométricas. Esta seção tem como objetivo mostrar um estudo sobre tolerâncias geométricas, tendo como referência a norma ABNT NBR 6409:1997 (Tolerâncias geométricas). 44 Com esse estudo será possível explicar os desvios e tolerâncias de perpendicularidade,

paralelismo, concentricidade, cilindricidade, batimento radial e axial. Também será mostrado que, quando peças ou componentes são produzidos, precisa haver em sua montagem ou desmontagem uma intercambiabilidade adequada entre eles, sem maio-

res esforços ou ajustes severos. Com base nessa condição, o estudante, o pesquisador ou o pro�ssional da área técnica precisam conhecer e dominar os principais aspectos das tolerâncias geométricas para tomar decisões corretas na análise de um conjunto a ser montado. Outro ponto que deve ser destacado é o caso da necessidade de especi�cação

e da indicação das tolerâncias geométricas. De modo geral, será necessário indicar tolerâncias de forma e de posição nos seguintes casos:45 a. Em peças nas quais a exatidão de forma requerida não seja garantida com os meios normais de fabricação. 121


b. Em peças nas quais precise haver coincidência bastante aproximada entre as superfícies. Por isso, as tolerâncias de forma devem ser inferiores ou no

máximo iguais às tolerâncias de suas dimensões de ajuste. c. Em peças de modo geral, nas quais, além do controle dimensional, se necessite também do controle de formas para possibilitar montagens sem interferência,

quando isso não for solicitado no projeto. O contrário também deve ser mostrado aos estudantes e pro�ssionais de En-

genharia, ou seja, as tolerâncias geométricas não deverão ser indicadas quando não houver necessidade. Mas elas podem ser indicadas mesmo que não sejam previstas as tolerâncias dimensionais no projeto. Dependendo das características a serem toleradas e do modo como a tolerância é indicada, o campo de tolerância é caracterizado por: • • • • • •

Área dentro de um círculo. Área entre dois círculos concêntricos. Área entre duas linhas envolventes ou entre duas linhas retas paralelas. Espaço dentro de um cilindro ou entre dois cilindros coaxiais. Espaço entre dois planos envolventes ou entre dois planos paralelos. Espaço dentro de um paralelepípedo.

Salvo indicação contrária, a tolerância se aplica a todo comprimento ou a toda superfície do elemento considerado. A posição teórica de um elemento deve ser indicada como cota básica. Para as tolerâncias geométricas, supõe-se que os elementos de referência tenham forma geométrica perfeita. Na realidade, os elementos de referência não são perfeitos, mas devem ser entendidos como su�cientemente precisos para essa tolerância. Em alguns casos, pode ser necessário especi�car a localização de certos pontos que constituem elementos de referência auxiliar para a fabricação, bem como para a inspeção.44 A seguir, serão mostradas as principais de�nições de tolerâncias geométricas. 18, 44, 45 Essas de�nições são indispensáveis para facilitar a comunicação e o envolvimento de todos os pro�ssionais com o tema. Inicialmente, vale ressaltar que é impossível estudar as tolerâncias geométricas sem

mostrar a simbologia que a referência44 estabeleceu para a característica tolerada. Além disso, é preciso conhecer as aplicações desses símbolos. A Tabela 4.8 mostra os símbolos

para a característica tolerada de uma peça, montagem ou conjunto. Pela extensão dessa norma, não serão de�nidos aqui todos os símbolos, mas somente aqueles indispensáveis

para a compreensão das tolerâncias geométricas. Se o leitor precisar se aprofundar em casos especí�cos, deverá consultar a norma integralmente. Para facilitar a compressão desse tema, também serão mostradas �guras explicativas sobre a análise das principais aplicações das tolerâncias geométricas no dia a dia da mecânica e no chão de fábrica. 122

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas TABELA 4.8 – Símbolos para as características toleradas de uma peça Característica tolerada

Símbolo

Retitude Planeza Circularidade Forma

Cilindricidade Per�l de linha qualquer Per�l de superfície qualquer Paralelismo Orientação

Perpendicularidade Inclinação Posição Concentricidade

Posição

Coaxilidade Simetria Circular Batimento

Total Fonte: Adaptada de ABNT NBR 6409:1997.44

4.2.2. Tolerâncias de forma As tolerâncias de forma são os desvios que um elemento pode apresentar em relação à sua forma geométrica ideal e vêm indicadas no desenho técnico para elementos isolados, como uma superfície ou uma linha. Elas devem ser indicadas quando neces123


sário, ou seja, para assegurar requisitos funcionais, intercambiabilidade e processos de manufatura. O fato de se indicar uma tolerância de forma ou posição não implica necessariamente o emprego de um processo particular de fabricação ou medição. Tolerância de forma é característica tanto da retitude quanto da planeza, da circularidade, da cilindricidade, do per�l de uma linha e de uma superfície qualquer. 44 A cilindricidade, que é uma tolerância de forma e será evidenciada neste item, é

limitada por dois cilindros coaxiais afastados a uma distância de 0,1 mm, conforme mostrado na Figura 4.15. 0,1

Figura 4.15. Tolerância de cilindricidade.

Para medir a cilindricidade de uma peça, podem ser utilizados a castanha, a ponta rotativa de um torno e um relógio comparador com resolução de 0,01 mm, porque é necessário movimentar a peça para veri�car seu desvio. A Figura 4.16 mostra o

aparato usado para medir a cilindricidade. Nesse caso, para que a cilindricidade seja medida, a peça é girada até completar uma volta. Em seguida, é feita a leitura do desvio

registrado pelo relógio comparador. Se este for menor ou igual a 0,1 mm, a peça que foi medida possui cilindricidade de acordo com a norma.

Foto: © Starrett

Figura 4.16. Aparato para medir cilindricidade. 124


4.2.3. Tolerância de orientação Esse tipo de desvio é de�nido para superfícies ou elementos nos quais pontos ou superfícies se comuniquem por meio da interseção de suas linhas. A tolerância de orientação é representada pelo paralelismo, pela perpendicularidade e pelainclinação de uma superfície. A tolerância de perpendicularidade pode ser avaliada numa zona compreendida entre duas superfícies, duas linhas paralelas ou por um cilindro perpendicular a uma referência, conforme a Figura 4.17. Nesse caso, a linha de centro da peça deve estar contida em um cilindro de diâmetro 0,01 mm perpendicular à superfície da base

(superfície de referência A). O aparato usado para medir a perpendicularidade pode ser montado sobre uma mesa de desempeno, que servirá de superfície de referência, e pode-se usar um relógio

comparador com resolução de 0,01 mm para medir o desvio. A Figura 4.18 mostra o aparato para medir a perpendicularidade de uma peça. Para análise de perpendicula-

ridade, movimenta-se a peça em toda a sua extensão para que o relógio comparador mostre a variação de sua dimensão. Se o desvio for menor ou igual a 0,01 mm, a peça que foi medida possui perpendicularidade de acordo com a norma. O paralelismo entre dois planos é de�nido como a distância de dois planos paralelos a um plano de referência, entre os quais se devem localizar os planos reais. O campo de tolerância é limitado por duas linhas retas paralelas, afastadas a uma distância t e paralelas à linha de referência, se a tolerância for especi�cada em um só

plano (Figura 4.19).

0,01 A

A

Figura 4.17. Tolerância de perpendicularidade. 125


No caso da tolerância de paralelismo de uma superfície em relação a uma superfície de referência, o campo de tolerância é limitado por dois planos paralelos afastados a uma distância de t = 0,01 mm e paralelos à superfície de referência, conforme mostra a Figura 4.20. O aparato usado para medir o paralelismo (Figura 4.21) pode ser montado sobre uma mesa de desempeno, que servirá de superfície de referência, e pode-se usar um relógio comparador com resolução de 0,01 mm para medir o desvio. Para veri�car a tolerância de paralelismo da superfície, desloca -se o relógio comparador sobre a peça

e veri�cam-se as oscilações das medidas que correspondem aos desvios. Nesse caso, se a peça apresentar desvios menores ou iguais a 0,01 mm, a tolerância de paralelismo

da superfície está compatível com a norma. Relógio comparador

Peça

Base de referência

Figura 4.18. Aparato para medir a perpendicularidade.

t

Linha de referência

Figura 4.19. Tolerância de paralelismo. 126

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas 0,01 C

C

Figura 4.20. Tolerância de paralelismo de uma superfície.

Figura 4.21. Aparato para medir paralelismo.

4.2.4. Tolerância de posição Tolerância de posição é a diferença entre uma aresta ou superfície da peça e a posição teórica prescrita pelo projeto da peça. Nesse caso, será estudada a concentricidade, cujo campo de tolerância é limitado por um círculo de diâmetro t , cujo centro coincide com 127


o centro de referência se o valor da tolerância for precedido pelo símbolo de diâmetro. A Figura 4.22 mostra o centro do círculo, em que está o quadro de tolerância, contido em um círculo de diâmetro de 0,01 mm, concêntrico com o centro do círculo A (centro de referência).

A

0,01 A

Figura 4.22. Tolerância de posição.

Para medir a concentricidade de uma peça cilíndrica com um furo, pode ser utilizado um paquímetro externo, conforme a Figura 4.23. Nesse caso, podem ser

feitas várias medidas perpendicularmente ao diâmetro e veri�cadas essas oscilações. Se os desvios forem menores ou iguais a 0,01 mm, a tolerância de concentricidade está dentro dos limites estabelecidos na norma.

Foto: © Starrett

Figura 4.23. Aparato para medir concentricidade. 128


4.2.5. Tolerância de batimento circular radial e circular axial As superfícies de revolução, como cilindros ou furos redondos, devem ser conve-

nientemente dimensionadas com suas respectivas tolerâncias, porque estão sujeitas a variações de fabricação, já que podem apresentar ovalização, conicidade ou excentrici-

dade em relação ao eixo. Por isso, essas variações devem ser controladas para garantir

que a peça seja fabricada corretamente. Uma complicação adicional para superfícies de revolução é que seu eixo de simetria ou de rotação é difícil de ser localizado em uma peça real. Por isso, esses desvios devem ser minimizados para não afetarem o funcionamento normal de um componente ou uma máquina.45 Tolerância de batimento circular radial

O campo de tolerância de batimento circular radial é limitado, em qualquer plano perpendicular à linha de centro, por dois círculos concêntricos, afastados a uma distância t , cujos centros coincidem com a linha de referência, conforme mostrado na Figura 4.24. Cilindro tolerado

Seção

Transversal

Figura 4.24. Tolerância de batimento circular radial.

De acordo com a ABNT NBR 6409:1997, 44 o batimento radial não deve ser maior

que 0,1 mm em qualquer plano durante uma rotação completa em torno da linha de centro comum de A e B (eixos de referência), como mostra a Figura 4.25. 129

Metrologia e controle dimensional 0,1 A-B

A

B

Figura 4.25. Tolerância de batimento circular radial em um eixo de referência.

Para medir a tolerância de batimento circular radial de um eixo, por exemplo, podem ser utilizados como aparatos a contraponta, a castanha de um torno e um relógio comparador, conforme mostrado na Figura 4.26. A análise consiste em veri�car

o desvio durante uma rotação completa do eixo em relação ao centro de referência, que corresponde às posições da contraponta do torno e sua castanha. Se os desvios em uma volta completa do eixo forem menores ou iguais a 0,1 mm, a tolerância de batimento circular radial desse eixo está dentro dos limites estabelecidos na norma. 44

Foto: © Starrett

Figura 4.26. Aparato para medir a tolerância de batimento circular radial de um eixo. 19 130

Sistema de tolerâncias e ajustes e tolerâncias geométricas Tolerância de batimento circular axial O batimento circular axial pode ser de�nido como o desvio que existe no sentido do eixo. O campo de tolerância é limitado em qualquer posição radial por duas circunferências idênticas, afastadas axialmente a uma distância de 0,1 mm, de�nindo uma superfície cilíndrica cuja linha de centro coincide com a linha de referência, como mostra a Figura 4.27. Note-se que, nessa �gura, a veri�cação do batimento circular axial deve ser frontal, ou seja, observada como indica a seta. Para medir a tolerância de batimento circular axial de um eixo, por exemplo, podem ser utilizados como aparatos uma castanha de torno e um relógio comparador, conforme mostra a Figura 4.28. A análise consiste em veri�car o desvio durante uma rotação completa do eixo em relação ao centro de referência, que corresponde à castanha do torno. Se os desvios em uma volta completa do eixo forem menores ou iguais a 0,1 mm, a tolerância de batimento circular axial desse eixo estará dentro dos limites estabelecidos na norma.

0,1 D

D

Figura 4.27. Tolerância do batimento circular axial.

Figura 4.28. Aparato para medir a tolerância do batimento circular axial de um eixo. 131


Este capítulo mostrou que o estudo das tolerâncias e ajustes não deve ser desprezado em projetos para fabricação ou análise de peças e equipamentos. E mostrou, além disso, é preciso realizar a veri�cação das peças produzidas e certi�car-se de que elas tenham as dimensões de acordo com as especi�cações do projeto, pois é nessa veri�cação que a a peça será classi�cada como adequada ao uso ou descartada. Por isso, as características dimensionais e geométricas de peças ou componentes devem ser motivo de preocupação de metrologistas e demais pro�ssionais envolvidos com essa área. Somente uma análise apurada dessas características vai garantir o perfeito funcionamento de uma peça ou equipamento.

132

5

CAPÍTULO

FUNDAMENTOS DE ESTATÍSTICA APLICADOS NA METROLOGIA, ERROS DE MEDIÇÃO E INCERTEZA DE MEDIÇÃO 5.1. PRINCIPAIS CONCEITOS 5.1.1. De�nição de Estatística Esta seção não pretende descrever todos os conceitos, princípios e aplicações da Estatística, pois, em função da abrangência dos conteúdos dessa área, eles não ca-

beriam neste livro. Aqui serão mostrados somente os fundamentos de Estatística aplicados diretamente na Metrologia. Quem desejar ampliar seus conhecimentos na área deverá procurar livros especí�cos sobre o tema. Mesmo assim, é interessante que o leitor entenda esses fundamentos para compreender melhor as aplicações da Estatística na Metrologia. A palavra estatística surgiu no século XVIII. Alguns autores atribuem sua origem ao alemão Gottfried Achemmel (1719-1772), que teria utilizado pela primeira vez o termo statistik, derivado do grego statizein. Outros dizem que o termo teve origem na palavra estado, do latim status, pelo aproveitamento que dela tiravam os políticos e o Estado.47 133


Podemos encontrar três signi�cados diferentes para o termo estatística. Quanto à sua origem etimológica, estatística vem da palavra latina status, que signi�ca “estado”. Nesse sentido, a estatística poderia ser interpretada como o conhecimento das coisas do Estado. De fato, tanto na Idade Média como posteriormente, com o surgimento do Estado moderno, a estatística compreendia uma série de dados e/ou lançamentos contábeis que facilitavam a tarefa administrativa das instituições governamentais,

sendo útil, por exemplo, no controle das arrecadações de impostos e tributos devidos. Num segundo sentido, o termo estatística pode ser interpretado como uma coleção de dados. Assim, é comum falar na estatística de acidentes de trânsito, na estatística da produção de aço etc. Contudo, nesse sentido, a palavra deve ser entendida no plural (estatísticas). No terceiro sentido, que é, evidentemente, aquele que vai nos interessar, a estatística é interpretada como um método de análise. Para que se possam destacar os aspectos metodológicos relevantes na Estatística, vamos utilizar a de�nição de Fisher, segundo o qual a estatística era “a matemática aplicada à análise dos dados numéricos de observação”.48 Inicialmente, pela própria de�nição, podemos perceber que a Estatística não tem um �m em si, mas é utilizada como meio na medida em que é aplicada tendo em vista a análise de dados numéricos. Nesses termos, não se constitui a Estatística em uma ciência propriamente dita, mas sim em um método de análise, procurando, pelo uso da matemática, determinar os dados que representam certa realidade. Na atualidade, a Estatística já não se limita apenas ao estudo da Demogra�a e da Economia. Seu campo de aplicação alargou-se à análise de dados em Biologia, Medicina, Física, Psicologia, Engenharia, Metrologia, Educação, na indústria e no

comércio etc. De forma geral, pode-se dizer que a Estatística é uma ciência que utiliza teorias probabilísticas para explicar eventos, estudos e experimentos. Ela também utiliza

métodos cientí�cos para coletar e analisar dados. Tem por objetivo obter, organizar e analisar dados, determinar as correlações que apresentam entre si, tirando delas suas consequências para descrição e explicação do que se passou e para fazer previsão e organização do futuro. A Estatística também é uma ciência e prática de desenvolvimento de conhecimento humano através do uso de dados empíricos. Baseia-se na Teoria Estatística, um ramo da Matemática Aplicada, em que a aleatoriedade e a incerteza são modeladas pela teoria da probabilidade. Algumas práticas estatísticas incluem, por exemplo, o planejamento, a sumarização e a interpretação de observações. Como o objetivo da Estatística é a produção da “melhor” informação possível a partir dos dados disponíveis, alguns autores sugerem que é um ramo da Teoria da Decisão.49 A Estatística divide-se em dois ramos distintos: descritivo e indutivo. A Estatística Descritiva, responsável pelo estudo das características de uma dada população, aplica 134

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... várias das muitas técnicas usadas para sumarizar um conjunto de dados. De certa

forma estamos tentando descrever ou sumarizar as características dos dados que pertencem a esse conjunto. Já a Estatística Indutiva generaliza um conjunto de resultados que tem por base uma amostra que é um subconjunto de elementos retirados de uma dada população ou universo, enunciando a(s) lei(s) consequente(s). Conforme mencionado, a Estatística trabalha com dados, por isso é importante apresentar aqui alguns conceitos que vão contribuir nesse sentido, como população e amostra. População é o conjunto de indivíduos sobre o qual se faz uma inferência. 50

Portanto, a população congrega todas as observações ou medidas que sejam relevantes para um estudo. Amostra pode ser de�nida como um subconjunto ou uma parte selecionada de uma população. Pode-se citar como população uma quantidade de peças numa caixa; amostra é uma pequena quantidade de peças retirada dessa caixa para análise.

5.1.2. Relação entre Estatística e Metrologia Pode parecer estranho misturar Estatística com Metrologia, mas, na verdade, essas duas ciências estão fortemente relacionadas. Quando são feitas várias medidas de uma mesma peça com um mesmo instrumento, nem sempre é utilizado o valor mais baixo ou o mais elevado. Uma medida comum muito utilizada nesse caso é, por exemplo, calcular a média aritmética de todas as medições. Em Estatística, sabe-se que a média aritmética nem sempre oferece um resul-

tado consistente, porque só considera a soma dos valores coletados pela divisão da quantidade de valores (número de termos). Por isso, outras medidas serão estudadas. A análise dos dados em uma pesquisa experimental, por exemplo, também calcula correlações entre variáveis, especi�camente entre as manipuladas e as que foram afetadas pela manipulação. Entretanto, os dados experimentais podem demonstrar conclusivamente relações causais (de causa e efeito) entre variáveis. Assim, o avanço da ciência sempre precisa envolver a descoberta de novas relações entre variáveis. Em pesquisas correlacionais, bem como nas pesquisas experimentais, a medida dessas

relações é feita de forma bastante direta. A Estatística também é relacionada a outras medidas, como as de tendência central e de dispersão, as inferências relativas à média e à variância, a regressão e a correlação, os erros e as incertezas de medição, a calibração, a rastreabilidade, entre outras comuns à Metrologia. A média de uma série de medições pode ser a mesma, contudo, não podemos

a�rmar que as performances foram iguais para os diferentes grupos de medidas. É necessário caracterizar o conjunto usando também medidas que avaliam a variabilidade dos dados que fazem parte dele. As medidas de dispersão são os exemplos mais comuns nesse caso. Podemos citar, por exemplo, a amplitude amostral, o desvio médio, a variância amostral, o desvio padrão, o coe�ciente de variação amostral, entre outros. A seguir será apresentado um resumo das principais medidas de posição ou tendência central. 135


5.1.3. Medidas de posição ou de tendência central As medidas de posição ou de tendência central abrangem um conjunto de medidas (média, mediana e moda) que representam de forma global um conjunto de dados. Geralmente, essas medidas buscam identi�car valores característicos de uma relação de valores medidos. – ) 5.1.3.1. Média aritmética simples ou amostral (x

A média aritmética simples é o quociente da soma de todos os valores medidos pelo número desses valores. Analise o exemplo a seguir. • Exemplo Suponha que a medida de eixo foi feita com um paquímetro e que foram

encontrados os seguintes resultados: 10,23 mm; 10,19 mm; 10,20 mm; 10,17 mm; 10,21 mm; 10,23 mm e 10,17 mm. Nesse caso, a média aritmética simples é 10,20 mm. A fórmula para o cálculo da média aritmética simples () é dada pela Equação 5.1.

(5.1)

em que: xi é o valor genérico de observações. n é o número de observações. • Resolução

Aplicando a equação, temos: –x = (10,23 mm + 10,19 mm + 10,20 mm + 10,17 mm + 10,21 mm + 10,23 mm + 10,17 mm)/7 = 10,20 mm. – ) 5.1.3.2. Média aritmética ponderada (x

A média aritmética ponderada é o quociente entre o somatório do produto de cada dado classi�cado por sua frequência absoluta e o número desses dados. Em outras palavras, dados uma série de medidas e o peso de cada medida, encontra -se sua

média aritmética ponderada multiplicando-se cada medida pelo seu peso, somando os termos desses valores e dividindo o resultado pela soma dos respectivos pesos. O cálculo da média aritmética ponderada pode ser feito pela Equação 5.2. 136

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... –x = (X · F + X · F + … + X F )/n 1 1 2 2 n n

(5.2)

• Exemplo

Suponha que uma peça foi medida com três instrumentos diferentes. O instrumento A tinha 99% de exatidão e, ao usá-lo, encontrou-se 13,294 mm. O instrumento B tinha 95% de exatidão e resultou 13,283 mm. O instrumento C tinha 98% de exatidão e resultou 13,179 mm. Qual é a média aritmética

ponderada das medições? –x = (13,294 · 0,99 + 13,283 · 0,95 + 13,179 · 0,98)/(0,99 + 0,95 + 0,98) • Resolução

Aplicando-se a Equação 5.2, a média aritmética ponderada é 13,251 mm. Se não fossem considerados os pesos relativos à exatidão dos instrumentos, teríamos a média aritmética simples de 13,252 mm. A diferença de 0,001 mm pode parecer insigni�cante, mas não é, pois em Metrologia esse valor pode signi�car muito. Além disso, essa diferença foi decorrente da estimativa de exatidão dos instrumentos. Quando são feitas várias medições de uma peça, por exemplo, pode ocorrer a repetição de alguns resultados, mas de outros não. Nesse caso, é interessante fazer a distribuição de frequência desses resultados para conhecer aqueles que se repetem ou não, montando uma tabela dos resultados resumidos e

agrupados. Para calcular a média aritmética de dados agrupados, utiliza-se a Equação 5.3. –x = ∑ (x F )/n i i ×

(5.3)

em que: x i é a sequência de medidas. F i é a frequência em que as medidas aparecem. n é o número de termos da distribuição. • Exemplo

Em determinado período de tempo, mediu-se a temperatura de uma amostra. Foram encontrados os seguintes resultados, em graus C elsius: T = 58,4; 58,2; 60,1; 58,4; 59,2; 60,1; 59,0; 57,8; 58,4; 59,0. Com base nesses dados,

pede-se: g. A distribuição de frequência dos resultados. h. A média aritmética de dados agrupados utilizando a Equação 5.3. 137

Metrologia e controle dimensional • Resolução

h. A Tabela 5.1 mostra a distribuição de frequência dos resultados. TABELA TABELA 5.1 – Distribuição Distribuição de frequência dos resultados resultados T�� (C)

57,8

58,2

58,4

59,0

59 , 2

60,1

F��ê��

1

1

3

2

1

2

i. Para calcular a média aritmética de dados agrupados, é importante importante monmontar a Tabela 5.2 antes de aplicar a fórmula. TABELA TABELA 5.2 – Cálculo Cálculo da média aritmética aritmética X �

F�

�� · F�

57,8

1

57,8

58,2

1

58,2

58,4

3

175,2

59,0

2

118

59,2

1

59,2

60,1

2

120,2

∑

10

588,6

– = 588,6/10, logo, x – = 58,9 C. Aplicando a Equação 5.3, tem-se: tem -se: x 5.1.3.3. Mediana e moda

Mediana

Mediana (md) é o valor da variável, para dados não classi�cados, que ocupa a posição central da distribuição. distr ibuição. Veja Veja duas distribuições como exemplo: k. 1; 4; 7; 8; 10; 12; 14 l. 3; 5; 6; 8; 10; 11 No caso da primeira distribuição, na qual se tem um número ímpar de elementos, a mediana é o termo central, ou seja: 8. Já no caso da segunda, que tem número par de elementos, a mediana é calculada pela média aritmética dos dois termos centrais, isto é: (6 + 8)/2 = 7 138

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... Moda

Moda (m) é a observação que ocorre com maior frequência em uma amostra ou distribuição. Feita a seguinte distribuição: 21; 22; 17; 21; 18; 21; 16; 19; 21; 20; 23; 17; 19. Nesse caso, a moda é 21, porque p orque esse número ocorre com maior frequência na distribuição.

5.1.4. Medidas de dispersão Trata-se Trata-se de conjuntos de medidas (amplitude, desvio médio, variância e desvio padrão) que são utilizadas no estudo da variabilidade de determinada distribui-

ção e que permitem obter uma informação mais completa acerca da forma dessa característica. 47 Em muitos casos, é possível obter distribuições que tenham a mesma média, por exemplo. Contudo, quando é feito um estudo da variabilidade dessas distribuições, observa-se observa-se que elas têm um comportamento comportamento totalmente diferente. As quatro medidas de dispersão serão mostradas resumidamente a seguir s eguir.. Para estudos mais aprofundados devem-se devem-se consultar livros especí�cos de Estatística. 5.1.4.1. Amplitude Amplitude total total

Amplitude total é a diferença entre o maior e o menor valor de um conjunto conjunto de dados ou distribuição. Por exemplo, na distribuição 2; 7; 9; 10; 11, tem -se uma amplitude total de 9, que pode ser calculada pela Equação 5.4. A = X máx – X mín

(5.4)

em que: A é a amplitude. X máx é o valor máximo. X mín é o valor mínimo. Resolvendo o exemplo pela Equação 5.4, temos: A = 11 – 2 = 9. No caso da Metrologia, se uma série de medições apresentar uma amplitude

muito alta, deve-se deve-se veri�car se alguma medida m edida está incorreta ou se o instrumento não foi calibrado adequadamente. Mesmo assim, somente a amplitude não é uma medida adequada para analisar uma série de medições. 139

Metrologia e controle dimensional 5.1.4.2. Desvio médio

O desvio médio (D M ) é a média aritmética ar itmética do valor absoluto da diferença entre cada valor e a média, no caso caso dos dados não classi�cados. Para os dados classi�cados,

deve-se deve-se levar em conta a frequência absoluta de cada observação. No caso dos dados não classi�cados, o desvio médio é calculado pela Equação E quação 5.5. D M =

∑ | x i

– –x | · F i /n

(5.5)

em que: (D M ) é o desvio médio. –. x i é o dado, x – é a média aritmética dos dados. x F i é a frequência. n é o número de termos. • Exemplo

Suponha que uma peça foi medida com um micrômetro e foram encontrados os seguintes resultados: 12,021 mm; 12,023 mm; 12,019 mm; 12,018 mm e 12,025 mm. Pede-se Pede-se o desvio médio. • Resolução Nesse caso, como os números não se repetem, a frequência é 1. O desvio

médio, portanto, é calculado pela Equação 5.5. –) é: A média aritmética (x

12,021 + 12,023 + 12,019 + 12,018 + 12,025)/5 = (x–) = 12,021 mm. DM = | (12,021 - 12,021) + (12,023 - 12,021) + (12,019 – 12,021) + (12,018 – 12,021) + (12,025 - 12,021) | /5 = 0,002

Logo, DM = 0,002 mm. No caso dos dados classi�cados, o desvio médio também é calculado pela

Equação 5.5, porém, considerando a frequência. Como modelo, pode-se pode-se calcular o desvio médio do exemplo calculado pela Equação 5.3, em que a média é 58,9 C. Nesse caso, é conveniente montar a Tabela 5.3 para facilitar os cálculos. cálc ulos. 140

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... TABELA TABELA 5.3 – Cálculo Cálculo do desvio médio X �

F�

– | = | d | | X � – � �

| d� | · F�

57,8

1

1,1

1,1

58,2

1

0,7

0,7

58,4

3

0,5

1,5

59,0

2

0,1

0,2

59,2

1

0,3

0,3

60,1

2

1,2

2,4

∑

10

6,2

Logo, o desvio médio é: (DM) = 6,2/10 = 0,62. Apesar de o desvio médio expressar uma dispersão de uma amostra, ele não é tão utilizado quanto a variância e o desvio padrão. O desvio médio despreza o fato de alguns desvios serem negativos e outros positivos, pois p ois essa medida os trata como se fossem todos positivos. A variância e o desvio padrão serão estudados a seguir. 5.1.4.3. Variância A variância (s2) é a medida que permite avaliar o grau de dispersão dos valores da

variável em relação à média média aritmética. aritmética. Diferentemente Diferentemente do desvio médio, que despreza o fato de alguns desvios serem negativos e outros positivos, na variância esses sinais são levados em conta, pois são tomados os quadrados da diferença dos valores em relação à média. A fórmula para o cálculo da variância amostral é dada pela Equação 5.6: (5.6) • Exemplo

Calcule a variância vari ância para a sequência a seguir seg uir,, que representa, em milímetros, o diâmetro de um eixo que foi torneado.

X = 23,45 mm; 23,29 mm; 23,15 mm; 23,39 mm; 23,40 mm; 23,30 mm; 23,31 mm • Resolução

Para calcular a variância é preciso calcular a média, que, nesse caso, é 23,33 mm. 141

Metrologia e controle dimensional s2 = {[(23,45 - 23,33)2 + (23,39 - 23,33)2 + (23,15 - 23,33)2 + (23,39 - 23,33)2 + (23,40 - 23,33)2 + (23,30 - 23,33)2 + (23,31 - 23,33)2 ]/6}1/2

A variância, calculada pela Equação 5.6, é 0,0096. Arredondando, S2 = 0,01 mm. 5.1.4.4. Desvio padrão

O desvio padrão (Equação 5.7) também permite avaliar o grau de dispersão dos valores da variável em relação à média aritmética e representa a raiz quadrada da variância. (5.7) • Exemplo

Calcular o desvio padrão para a sequência a seguir, que representa o diâmetro, em milímetros, de um eixo que foi torneado. X = 23,45 mm; 23,29 mm; 23,15 mm; 23,39 mm; 23,40 mm; 23,30 mm; 23,31 mm • Resolução

Para calcular o desvio padrão, é necessário calcular a média, que, nesse caso, é 23,33 mm. O desvio padrão, calculado pela Equação 5.7, é 0,098. Arredondando, S = 0,1 mm. A representação do diâmetro do eixo é 23,33 mm ± 0,1 mm. Estatisticamente, se o desvio padrão for igual a zero, não existe variação em relação aos dados analisados. Consequentemente, as medidas são iguais. Por outro lado, se for feita uma comparação entre duas séries de medidas em condições de repetiti vidade, aquela que possuir o menor desvio padrão terá menor dispersão. Conclui-se que, quanto maior for o desvio padrão, maior será a dispersão entre os dados analisados. Portanto, o desvio padrão pode ser considerado um indicador quantitativo da precisão de uma medição.

5.2. ERROS DE MEDIÇÃO 5.2.1. De�nições iniciais As medições estão sempre sujeitas a erros, porque muitos fatores podem interferir nos resultados. Até as condições ambientais podem afetar o resultado de uma medição. Imagine o risco de con�ar em um instrumento defeituoso. Por isso, é necessário 142

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... certi�car-se de que o sistema de medição é con�ável antes de considerar que uma

medida está correta. O objetivo de uma medição é calcular o valor de um mensurando, por isso ela é a base para a especi�cação apropriada do objeto a ser medido, tendo como referência um método adequado e fundamentado em determinado procedimento de medição. Como, em geral, uma medição não está isenta de imperfeições, o estudo dos

erros de medição deve ser valorizado na Metrologia. Na prática, essa realidade nem sempre é observada, porque os próprios operadores desconhecem os fundamentos básicos dos erros de medição. O Vocabulário Internacional de Metrologia – Conceitos Fundamentais e Gerais e Termos Associados (VIM 2008 )1 de�ne erro de medição como a diferença entre o valor medido de uma grandeza e um valor de referência. A Equação 5.8 de�ne o erro de medição. E = I – VV

(5.8)

em que: E = erro de medição. I = indicação. VV = valor verdadeiro. O conceito de erro de medição pode ser utilizado: • Quando existir um único valor de referência, o que ocorre se uma calibração

for realizada por meio de um padrão com um valor cuja incerteza de medição é desprezível ou se um valor convencional for fornecido. Nesses casos, o erro de medição será conhecido. • Caso se suponha que um mensurando é representado por um único valor

verdadeiro ou um conjunto de valores verdadeiros de amplitude desprezível. Nesse caso, o erro de medição será desconhecido. Não se deve confundir erro de medição com erro de produção ou erro humano. Na prática, o valor “verdadeiro” é desconhecido. Usa-se então o chamado valor verdadeiro convencional (VVC), isto é, o valor conhecido com erros não superiores a um

décimo do erro de medição esperado. O erro de medição é calculado pela Equação 5.9. E = I – VVC

(5.9)

em que: I = indicação. VVC = valor verdadeiro convencional. 143


Para eliminar totalmente o erro de medição, é necessário empregar um sistema de medição perfeito sobre o mensurando, sendo este perfeitamente de�nido e estável. Na prática, não se consegue um sistema de medição perfeito, e o mensurando pode apresentar variações. Portanto, é impossível eliminar completamente o erro de medição, mas é possível ao menos delimitá-lo. Mesmo sabendo da existência do erro de medição, ainda é possível obter informações con�áveis sobre a medição, desde que a ordem de grandeza e a natureza desse erro sejam conhecidas. 51 Principais erros de medição A propagação de um erro de medição pode ser decorrente de várias fontes. Muitas vezes, essa propagação advém do próprio sistema de medição e também de ações do

operador, sendo várias as possíveis causas. O comportamento metrológico do sistema de medição é in�uenciado por perturbações externas e internas. Fatores externos podem provocar erros, alterando diretamente o comportamento do sistema de medição ou agindo diretamente sobre a grandeza a medir. De modo geral, o fator mais crítico é a variação da temperatura ambiente, que provoca, por exemplo, a dilatação das escalas dos instrumentos de medição. Essa

variação pode também ser causada por um fator interno. Exemplo típico é o da não estabilidade dos sistemas elétricos de medição, em determinado tempo, após serem ligados. É necessário aguardar a estabilização térmica dos instrumentos/equipamentos para reduzir os efeitos da temperatura.52 O VIM 20091 caracteriza dois tipos de erro como os mais importantes: o erro sistemático e o erro aleatório. O erro sistemático (o mesmo que tendência-Td ) é o componente do erro de medi-

ção que, em medições repetidas, permanece constante ou varia de maneira previsível. Destacam-se como erros sistemáticos a falta de ajuste do zero do instrumento, a inobservância da estabilidade do instrumento, a instabilidade (baixa reprodutibilidade) na produção dos resultados, os efeitos de fenômenos ambientais, os problemas ou a falta de calibração do instrumento, entre outros. Tendência (Td ) de um instrumento de medição é o mesmo que o erro sistemático da indicação desse instrumento. Normalmente, essa tendência é estimada pela média dos erros de indicação de um número apropriado de medições repetidas. A Equação 5.10 mostra como calcular a tendência de instrumento de medição. T d = Es = MI – VVC

em que: T d é a tendência de instrumento de medição. Es é o erro sistemático. MI é a média de n medições. VVC é o valor verdadeiro convencional. 144

(5.10)

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia...

O erro aleatório é o componente do erro de medição que, em medições repetidas, varia de maneira imprevisível. Os erros aleatórios são variações no resultado de uma medição para outra, em função da limitação física do sistema de medição. Como suas causas são desconhecidas, os erros aleatórios são imprevisíveis, mas, se houver uma metodologia adequada do processo de medição, eles podem ser minimizados. O erro sistemático e o erro aleatório não podem ser eliminados, mas podem ser minimizados. Se um erro sistemático se origina do efeito reconhecido de uma grandeza de in�uência em um resultado de medição, chamado de efeito sistemático,

esse efeito pode ser quanti�cado e, se for signi�cativo, corrigido. Já no caso do erro aleatório, como ele é imprevisível, é impossível fazer uma correção, mas pode-se

reduzi-lo com o aumento do número de observações realizadas. Os erros sistemáticos são causados por fontes identi�cáveis e, a princípio, podem ser eliminados ou compensados. Esses erros fazem que as medidas estejam consistentemente acima ou abaixo do valor real, o que prejudica sua exatidão. Decorrem de uma imperfeição no equipamento de medição ou no procedimento de medição, ou mesmo por causa de um equipamento não calibrado. Já os erros aleatórios decorrem de fatores imprevisíveis. São �utuações, para cima ou para baixo, que fazem aproximadamente a metade das medidas realizadas ser desviada para mais e a outra metade para menos, o que afeta a precisão da medida. Decorrem da limitação do equipamento ou do procedimento de medição, que impede as medidas exatas de serem tomadas. Nem sempre é possível identi�car as fontes dos erros aleatórios. 53 Na prática, é comum a caracterização de um erro chamado grosseiro. O erro

grosseiro, normalmente, é causado pela falta de habilidade e pela pouca experiência do operador, bem como pela ausência de procedimentos experimentais adequados durante a execução de uma medição. Destacam-se como grosseiros os erros de paralaxe do operador quando é feita a leitura em instrumento analógico, a confusão

na interpretação de um valor, o erro de arredondamento e a operação incorreta do instrumento de medição. A minimização do erro grosseiro depende do treinamento e da quali�cação do operador, da elaboração de metodologias e de procedimentos experimentais base-

ados em normas e regulamentos metrológicos. Normalmente, o erro grosseiro não é corrigido, mas deve ser controlado durante o processo de medição. Ele também é desprezado quando se determinam erros de medição.

5.2.2. Diferença entre precisão e exatidão No dia a dia da indústria e do chão de fábrica, assim como na linguagem popular, é comum fazer confusão entre precisão e exatidão. De acordo com o VIM 2008, 1 existe muita diferença entre uma coisa e outra. 145

Metrologia e controle dimensional Precisão de medição

Precisão é o grau de concordância entre indicações ou valores medidos obtidos por medições repetidas no mesmo m esmo objeto ou em objetos similares. A precisão de medição é geralmente expressa numericamente por indicadores de incerteza, como dispersão, desvio padrão, variância e coe�ciente de variação, sob condições de medição especi�cadas. As “condições especi�cadas” podem ser, por exemplo, condições de

repetitividade, de precisão intermediária ou de reprodutibilidade. Portanto, deve-se deve -se tomar cuidado para não causar confusão, porque algumas vezes a expressão precisão de medição é utilizada erroneamente para designar a exatidão de medição. Exatidão de medição

Exatidão de medição é o grau de concordância entre um valor medido e um valor verdadeiro de um mensurando. Não é uma grandeza e não lhe é atribuído um valor numérico. Uma medição é dita mais exata quando é caracterizada por p or um erro de medição menor m enor.. A expressão exatidão de medição não deve ser utilizada no lugar de veracidade, assim como precisão precisão de medição medição não deve ser utilizada para expressar exatidão de medição, que, entretanto, está relacionada a ambos os conceitos. Algumas vezes, a exatidão de medição é entendida como o grau de concordância entre valores medidos que são atri precisão e exatidão. buídos ao mensurando. A Figura 5.1 mostra a diferença entre precisão

a) Baixa precisão e baixa exatidão.

b) Baixa precisão e alta exatidão.

c) Alta precisão e baixa exatidão.

d) Alta precisão e alta exatidão.

Figura 5.1. Representação da precisão e exatidão em medidas experimentais. 53 146


Quando o conjunto de medidas realizadas se afasta muito da média, a medida é pouco precisa e o conjunto conjunto de valores medidos tem alta dispersão (Figura 5.1a, b). Quando elas estão mais concentradas em torno da média, diz-se diz -se que a precisão da medida é alta (Figura 5.1c, d), e os valores medidos têm uma distribuição de baixa dispersão. Caracterização de erros sistemáticos e aleatórios (precisão ou repetitividade e exatidão)

Quatro atiradores (A, B, C e D), a uma mesma distância do alvo, atiram 10 vezes. Os resultados dos tiros estão mostrados na Figura 5.2.

A

C

C

D

Figura 5.2. Comparação entre precisão ou repetitividade e exatidão.2

O atirador A conseguiu acertar todos os tiros no centro do alvo ( boa exatidão), o que demonstra uma excelente repetitividade ((boa boa repetitividade). repetitividade). Nesse caso, o

atirador apresenta um erro sistemático e aleatório muito baixo. O atirador B apresentou um espalhamento muito grande em torno do centro do alvo (baixa repetitividade), porém os tiros estão aproximadamente equidistantes do centro (boa exatidão). O espalhamento dos tiros decorre do erro aleatório e da

posição média das marcas dos tiros, que coincidem aproximadamente aproximadamente com a posição do centro do alvo, re�etindo a in�uência do erro sistemático. Esse atirador apresenta erro aleatório elevado e erro sistemático baixo. O atirador C apresenta os tiros ti ros concentrados (boa repetitividade) com baixa dispersão, porém afastados do centro do alvo a lvo (baixa exatidão). Isso indica um pequeno erro aleatório e um grande erro sistemático. O atirador D, além de apresentar um espalhamento muito grande ( baixa repetividade), teve o “centro” dos tiros distante do centro do alvo ( baixa exatidão). Esse atirador apresenta elevado erro aleatório e sistemático. Comparando-se Comparando-se as �guras dos atiradores B, C e D, a�rmamos a�rmamos que C é o melhor deles, pois, apesar de nenhum dos seus tiros ter acertado o centro do alvo, o seu espalhamento é muito menor. menor. Se ajustarmos a mira do atirador C, conseguiremos uma condição próxima à do A, o que jamais poderemos po deremos obter com os atiradores B e D. Se colocarmos a distribuição de tiros dos quatro atiradores sob a forma de “curva “curva normal”, normal”, teremos para cada atirador os resultados mostrados na Figura 5.3. 147

Metrologia e controle dimensional A

B

Centro do alvo repetitivo exato

Centro do alvo não repetitivo exato

C

D

Centro do alvo repetitivo inexato

Centro do alvo não repetitivo inexato

Figura 5.3. Distribuição de tiros dos quatro atiradores sob a forma de “curva normal”.

O erro sistemático ou tendência de um instrumento de medição é característico carac terístico de qualquer processo medição. Por isso, é importante saber determiná-lo determiná -lo quando

for feita qualquer medição. Para o cálculo do erro sistemático ou tendência, deve-se deve -se considerar um número su�ciente su�ciente de réplicas, tendo em vista vist a que uma única medição não é su�ciente para ter certeza do comportamento metrológico de um instrumento de medição. Como também não é possível fazer in�nitas medições, o número

adequado de repetições vai depender da realidade de cada processo ou do nível de exatidão requerido. O erro aleatório distribui-se distribui-se em torno do valor médio das indicações. 54 O valor individual do erro aleatório (Eai) da i-ésima indicação (Ii) pode ser expresso pela

Equação 5.11. Eai = I – MI

(5.11)

O valor de Eai varia de indicação para indicação de maneira imprevisível. Esse valor instantâneo do Ea tem pouco signi�cado prático. A caracterização do Ea é feito através de procedimentos estatísticos, utilizando um número �nito de medidas. Pode-se Pode-se calcular o desvio padrão experimental de determinado número de medidas realizadas em um mesmo mensurando, sob as mesmas condições. 148


O erro aleatório pode ser quantitativamente quantitativamente determinado através da repetitividade (Re). A repetitividade (Equação 5.12) de um instrumento i nstrumento de medição é uma faixa simétrica de valores dentro da qual, com uma probabilidade estatística de�nida, se situa o erro aleatório:55 (5.12)

Re = ± t · s

em que: Re: Faixa de dispersão dispersã o dentro da qual se situa o erro aleatório, considerando, nesse caso, uma probabilidade P = 95%. s é desvio padrão experimental. t é o Coe�ciente t-Student, t-Student, em t = f(n, P), em que n é o número de medidas; P é a probabilidade (n e p são tabelados) e o cálculo t é feito com base na Tabela 5.4. TABELA TABELA 5.4 – Coe�ciente Coe�ciente de Student (e fator fator de abrangência K) G��

P�� P(�) 68,27

90

95

95 , 4 5

99

1

1,84

6,31

1 2 , 71

13 , 9 7

63,66

2

1,32

2,92

4 , 30

4 , 53

9,92

3

1,20

2,35

3 , 18

3 , 31

5,84

4

1,14

2,13

2 , 78

2 , 87

4,60

5

1,11

2,02

2 , 57

2 , 65

4,03

6

1,09

1,94

2 , 45

2 , 52

3,71

7

1,08

1,89

2 , 39

2 , 43

3,50

8

1,07

1,86

2 , 31

2 , 37

3,36

9

1,06

1,83

2 , 26

2 , 32

3,25

10

1,05

1,81

2 , 23

2 , 28

3,17

11

1,05

1,80

2 , 20

2 , 25

3,11

12

1,04

1,78

2 , 18

2 , 23

3,05

13

1,04

1,77

2 , 16

2 , 21

3,01

14

1,04

1,76

2 , 14

2 , 20

2,98

15

1,03

1,75

2 , 13

2 , 18

2,95 149


1,03

1,75

2,12

2,17

2,92

17

1,03

1,74

2,11

2,16

2,90

18

1,03

1,73

2,10

2,15

2,88

19

1,03

1,73

2,09

2,14

2,86

20

1,03

1,72

2,09

2,13

2,85

25

1,02

1,71

2,06

2,11

2,79

30

1,02

1,70

2,04

2,09

2,75

35

1,01

1,70

2,03

2,07

2,72

40

1,01

1,68

2,02

2,06

2,70

45

1,01

1,68

2,01

2,06

2,69

50

1,01

1,68

2,01

2,05

2,68

100

1,005

1,660

1,984

2,025

2,626

∞

1,000

1,645

1,960

2,000

2,576

Fonte: ABNT/Inmetro (2003).56

O desvio padrão experimental s da amostra de n medidas é calculado a partir da Equação 5.7. O resultado da medição pode ser expresso pela Equação 5.13. RM = MI – Td ± Re/n1/2

(5.13)

em que: MI é média aritmética dos valores medidos. Td é tendência. Re é repetitividade. n é o número de medições executadas.

5.2.3. Exemplo de cálculo do erro sistemático ou tendência e repetitividade O diâmetro de um eixo padrão de 25,000 mm (VVC) foi medido com um micrômetro externo de resolução 0,001 mm. Após dez repetições, foram encontrados

os resultados mostrados na Tabela 5.5. Com base nesses resultados, qual é o erro sistemático ou tendência do micrômetro? Qual é a repetitividade desse micrômetro com 95% de probabilidade? Como se expressa o resultado da medição (RM) do

diâmetro do eixo? 150

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... TABELA 5.5 – Resultados obtidos na variação das medidas (mm) T��

R�� (��)

1

25,010

2

25,015

3

25,011

4

25,014

5

25,012

6

25,009

7

25,016

8

25,013

9

25,008

10

25,012

A Equação 5.10, já vista, mostra como calcular erro sistemático ou tendência do micrômetro. T d = Es = MI – VVC

em que: T d é a tendência de instrumento de medição. Es é o erro sistemático. MI é a média de n medições. VVC é o valor verdadeiro convencional. Nesse caso, a média (M) = 250,12/10 = 25,012 mm. Logo, Td = Es = 25,012 – 25,000 = 0,012 mm. Para calcular a repetitividade é necessário calcular o desvio padrão experimental (s). A partir da Equação 5.7, encontra-se s = 0,003. Para calcular t : Coe�ciente t-Student , deve-se considerar 95% de probabilidade. Isso quer dizer que existem 95% de chance de as dez medições se enquadrarem nesse percentual. Com base nessas informações e considerando um grau de liberdade (n – 1) = 10 – 1 = 9 e 95% de probabilidade, na Tabela 5.4 encontra-se t = 2,26. O cálculo da repetitividade é feito com base na Equação 5.12. Logo, Re = 2,26 . 0,003 = 0,007 mm. 151


Essa repetitividade deve ser interpretada do seguinte modo: existem 95% de probabilidade de o erro aleatório se enquadrar dentro de uma faixa simétrica de ± 0,007 mm, centrada em torno do valor médio do diâmetro do eixo de 25,012 mm. Para expressar o resultado da medição (RM) do diâmetro do eixo, deve-se utilizar a Equação 5.13. Logo, RM = 25,012 – 0,012 ± 0,007/3,162 = 25,000 ± 0,002 mm. A maneira correta de expressar o resultado da medição (RM) é: RM = 25,000 mm ± 0,002 mm. Se fosse estabelecido esse resultado da medição como um critério de tolerância de fabricação de outros eixos, todos os eixos produzidos com dimensões entre 24,998 mm e 25,002 mm estariam dentro da tolerância de fabricação pré-estabelecida.

5.3. INCERTEZA DE MEDIÇÃO 5.3.1. De�nições iniciais O objetivo desta seção é mostrar as de�nições e a importância da caracterização da incerteza de medição no campo da Metrologia, tendo em vista que uma medição

está sujeita a erros que podem ser avaliados com o auxílio de métodos estatísticos ou outros procedimentos especí�cos mais abrangentes. Por isso, a minimização e a análise dos erros de medição, bem como a estimativa da incerteza, cumprem um papel importante na análise de uma medida. Nesse estudo foi tomado como base o Guia para Expressão da Incerteza de Medição (ISO-GUM), que é um referencial internacionalmente aceito pelas comunidades cientí�ca e empresarial. Com base nesse guia são calculadas as incertezas tipo A e tipo B. No �nal da seção é possível concluir que a incerteza de medição é um instrumento indispensável para avaliar a qualidade de uma medida materializada, cujas análises são consideradas

bastante importantes no desenvolvimento de estudos e aperfeiçoamentos para laboratórios de ensaio e calibração. A palavra incerteza signi�ca “dúvida”. Assim, no sentido mais amplo, incerteza de medição signi�ca dúvida acerca da validade de um resultado. A incerteza de medição é um parâmetro não negativo que caracteriza a dispersão dos valores atribuídos a um mensurando com base nas informações utilizadas. Compreende componentes provenientes de efeitos sistemáticos, como componentes associados a correções e valores atribuídos a padrões, assim como a incerteza de�nicional. Algumas vezes, não são corrigidos efeitos sistemáticos estimados; em vez disso, são incorporados

componentes de incerteza de medição associadas. 1 152


O parâmetro pode ser, por exemplo, um desvio padrão denominado incerteza padrão (ou um de seus múltiplos) ou a metade de um intervalo, tendo uma probabilidade de abrangência determinada. A incerteza de medição geralmente engloba

muitos componentes. Alguns deles podem ser estimados por uma avaliação do tipo A da incerteza de medição, a partir da distribuição estatística dos valores provenientes de séries de medições, e caracterizados por desvios padrão. Os outros componentes, os quais podem ser estimados por uma avaliação do tipo B da incerteza de medição, também podem ser caracterizados por desvios padrão

estimados a partir de funções de densidade de probabilidade baseadas na experiência ou em outras informações. Geralmente, para um dado conjunto de informações, subentende-se que a incerteza de medição está associada a determinado valor atribuído ao mensurando. Uma modi�cação desse valor resulta numa modi�cação da incerteza associada. O procedimento básico para o tratamento dos erros de medição é considerar que eles sempre existem, porque toda medição tem erro. Mesmo que isso pareça elementar, às vezes podemos nos esquecer deles e achar que os valores que manipulamos são perfeitos. É que estamos acostumados a aprender Física, por exemplo, por meio de explicações que envolvem valores su�cientemente testados, nos quais foi visto que os erros não podiam alterar conceitualmente as conclusões obtidas das medições.

Portanto, nesses casos não é necessário carregar junto os valores das incertezas. Em muitos outros, esses valores também não são fornecidos, e a pessoa que declara os resultados considera isso uma garantia de que já realizou todas as análises necessárias de maneira a não haver incerteza nas conclusões. A análise de erros é uma tarefa sempre trabalhosa e, como mesmo os grandes especialistas podem deixar de considerar algum fator, nunca é aceito um resultado de grande importância sem que tenha sido veri�cado experimentalmente em mais de um laboratório.57 Os valores das constantes fundamentais usadas em Metrologia devem ser homologados por três laboratórios especí�cos de diferentes países. Até que ponto pode-se con�ar em valores e aparelhos fornecidos por terceiros? Essa questão não tem res-

posta. Pode-se a�rmar apenas que, quanto mais critérios aplicarmos para veri�car os resultados, mais certos estaremos deles. Sobre os aparelhos, convém dizer que, além da con�abilidade de sua origem, as mudanças geradas pelo transporte e pela diversidade de ambiente podem ser su�cientes para invalidar os testes realizados antes do embarque.57 A incerteza de medição é, portanto, a indicação quantitativa da qualidade dos resultados de medição, sem a qual os mesmos não poderiam ser comparados entre si, com os valores de referência especi�cados ou com os valores padrão. Ela pode ser expressa em termos de incerteza padrão combinada – u c(y), ou incerteza expandida – U. É importante que se adote um procedimento único para a determinação da incerteza dos resultados de medição, tendo em vista a necessidade do intercâmbio entre instituições nacionais e internacionais. 153


Normalmente, um modelo matemático do processo metrológico é utilizado para identi�car os fatores que necessitam ser considerados na composição da incerteza e a sua relação com a incerteza total da medida. Em alguns casos, os fatores não estão na mesma unidade da resposta, portanto a incerteza devida a cada fator deverá ser multiplicada por um fator apropriado (coe�ciente de sensibilidade) antes de ser combinada com as incertezas de outros fatores.58 Na avaliação da incerteza total é necessário considerar e incluir, no mínimo, as incertezas provenientes das fontes a seguir. • De�nição incompleta do ensaio: os requisitos não estão claramente descri-

•

• • • • • • • • •

tos. Por exemplo, a temperatura de ensaio pode ser dada como “temperatura ambiente”. Realização imperfeita do procedimento de ensaio: mesmo quando as condições de ensaio são claramente de�nidas, às vezes não é possível reproduzir as condições requeridas. Amostragem: a amostra pode não ser totalmente representativa. Conhecimento inadequado dos efeitos das condições ambientais no processo de medida ou medições imperfeitas das condições ambientais. Erros de leitura em instrumentos analógicos. Resolução do instrumento ou erro na graduação da escala. Valores indicados para os padrões de medida ou materiais de referência. Mudança nas características ou no desempenho do instrumento de medida desde a última calibração. Valores de constantes e outros parâmetros utilizados na avaliação de dados. Aproximações e suposições incorporadas nos métodos e procedimentos de medida. Variações em repetidas observações feitas sob condições aparentemente idênticas. Esse efeito aleatório pode ser causado por variabilidade do operador.

O cálculo da incerteza é, portanto, bastante complexo. Contudo, será apresentado o problema da forma mais simples possível, não esquecendo que ele depende do domínio que o laboratório tem sobre o processo metrológico de interesse, bem como sobre todos os fatores que in�uenciam a medição. Na grande maioria dos casos, o mensurando não é medido diretamente, mas sim determinado por “N” outras grandezas de entrada (X1, X2, … , XN), por meio de uma relação funcional, como: Y = f(X1, X2, … , XN). Algumas dessas grandezas têm seus valores e incertezas determinadas diretamente durante a medição, incluindo a temperatura ambiente, a pressão barométrica, a umidade relativa etc., enquanto outras têm seus valores e incertezas trazidos de fontes externas para a medição, como é o caso de padrões, certi�cados de materiais de referência, certi�cados de calibração e dados de referência obtidos em literaturas especializadas. 154


Uma estimativa do mensurando y é obtida da equação anterior, utilizando as estimativas das grandezas de entrada x1, x2, … , xN. A saída y é tomada como a média aritmética de “N” determinações independentes de y , assim como das grandezas de entrada Xi. A estimativa do desvio padrão associado da saída y , denominada incerteza padrão combinada uc (y), é obtida a partir dos desvios padrão estimados (incerteza padrão) de cada grandeza de entrada X i. u(xi) é a incerteza padrão da grandeza de entrada Xi.56, 59 As incertezas padrão de entrada u(xi) podem ser estimadas de duas maneiras: • Por meio de uma Avaliação da Incerteza Padrão Tipo A, baseada num conjun-

to de observações de Xi, por meio de um tratamento estatístico. Quando são executadas medições da grandeza X i, sob condições de repetibilidade, u(xi) = S(xi) é a estimativa da Incerteza Padrão Tipo A de uma medição da grandeza Xi. Como vemos, a Avaliação da Incerteza Padrão do Tipo A (aleatória) é feita a partir do desvio padrão do conjunto de dados das medições X i. Portanto, aqui, o problema resume-se ao cálculo ou estimativa do desvio padrão. • Por meio de uma Avaliação Tipo B, ou seja, por outros meios que não dependam de um conjunto de observações (dados de literatura, certi�cados de calibração, informações do tipo de distribuição etc.).59 Com o Guia para a Expressão da Incerteza em Medição foi possível contar com um documento que estabelece critérios e regras gerais para expressar e combinar as diferentes componentes da incerteza de medição.60 Ele tem sido adotado pela comunidade metrológica de diversos países. Segundo esse documento, todo resultado de medição deve estar acompanhado da indicação quantitativa de sua qualidade, de tal forma que aqueles que o utilizam possam avaliar sua con�abilidade. Sem essa indicação, os resultados de medição não podem ser comparados entre si ou com valores de referência fornecidos em uma especi�cação ou norma. Por outro lado, a NBR ISO/IEC 17025:2005 5 mostra que todo resultado de medição deve estar relacionado a referências estabelecidas por padrões nacionais ou

internacionais, através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas. Isto é, todo resultado de medição deve ser rastreável e, para tanto, existe a obrigatoriedade da declaração da incerteza de medição. Na área de calibração, a incerteza é um conceito amplamente difundido e praticado pelos laboratórios. Entretanto, na área de ensaios, o cálculo da incerteza ainda não é uma prática totalmente adotada. Quando a incerteza não for declarada, o resultado da medição poderá

tornar-se inválido. A estimativa da incerteza padrão, de caráter aleatório ou tipo A do ensaio como um todo pode ser realizada de diversas maneiras, entre as quais pela análise estatística.61 No estudo da incerteza, considerando-se que um modelo matemático pode ser incompleto, todas as grandezas relevantes devem ser variadas até a maior extensão possível. Um experimento bem projetado pode facilitar avaliações con�áveis da 155


incerteza e isso é uma parte importante da arte de medição. Para decidir se um sistema de medição está funcionando adequadamente, a variabilidade observada experimentalmente de seus valores de saída, conforme medido pelo desvio padrão observado, é frequentemente comparada com o desvio padrão previsto, obtido pela combinação dos vários componentes da incerteza que caracterizam a medição, como aqueles obtidos das avaliações Tipo A ou Tipo B. Em certas condições, a incerteza de uma correção para efeito sistemático não

precisa ser incluída na avaliação da incerteza. Se o valor da própria correção for insigni�cante em relação à incerteza padrão combinada, ele também pode ser desprezado. Na prática, podem ser utilizados padrões de referência ensaiados com exatidão comprovada. Um exemplo é o uso de conjunto de padrões de massa bem calibrados para veri�car a exatidão de balança comercial. Nesse caso, como os componentes de incerteza são pequenos, podem ser ignorados. Na estimativa de uma incerteza, erros grosseiros no registro ou na análise dos dados podem levar a um erro desconhecido e signi�cativo no resultado da medição. Para evitar a ocorrência de erros grosseiros signi�cativos na avaliação da incerteza, deve ser utilizada uma metodologia de medição baseada em critérios técnicos. A incerteza de medição é uma indicação quantitativa da variabilidade analítica de um resultado. Isso demonstra quão bem o resultado representa o valor da quantidade que está sendo medido em um teste. Ela também permite uma avaliação da con�abilidade do resultado, por exemplo, comparar os resultados de diferentes fontes ou com valores de referência ou critérios microbiológicos dados em normas, diretrizes ou especi�cações. Isso pode ser particularmente importante na interpretação dos resultados de controle o�cial e amostras formais (ou seja, aqueles com potenciais implicações legais). A incerteza pode servir de referência na interpretação dos dados. Por exemplo, as diferenças observadas nos resultados podem ser explicadas pela incerteza associada com os resultados, em vez de reais diferenças nas propriedades ou no desempenho. Assim, se dois laboratórios competentes examinarem subamostras diferentes da mesma amostra pelo mesmo método e obtiverem resultados numericamente diferentes, esses resultados não poderão ser diferentes quando a incerteza de medição for levada em conta. Uma avaliação, ou pelo menos uma consideração integral, de todos os componentes identi�cáveis que contribuem para a incerteza de um resultado de teste permitirá que resultados válidos sejam obtidos e indicará os aspectos do teste que necessitam de atenção para melhorar os procedimentos. A avaliação sistemática dos fatores que in�uenciam o resultado e a incerteza constitui parte essencial da validação de um método. 62

5.3.2 Estimativa da Incerteza Padrão Tipo A .

A Incerteza Padrão Tipo A considera apenas fatores estatísticos e, por ser mais simples, é geralmente adotada para cálculo.56 Para a determinação desse tipo de incerteza, deve-se executar uma série de repetições em iguais condições. Para obter bons resul156


tados, o número de repetições deve ser (de preferência) no mínimo 10 e contar com um mensurando de boa qualidade. Caso essa incerteza seja calculada em condições de calibração, devem ser utilizados padrões de ótima qualidade. A avaliação da Incerteza Padrão Tipo A pode ser baseada em qualquer método válido para o tratamento estatístico de dados. Exemplos disso são o cálculo do desvio padrão da média de uma série de observações independentes, usando o método dos mínimos quadrados para ajustar uma curva aos dados, a �m de estimar os parâmetros da curva e seus respectivos desvios padrão, realizando uma análise de variância (ANOVA) para identi�car e quanti�car efeitos aleatórios em certos tipos de medida. Para análise, utiliza-se a expressão 5.14 para calcular o desvio padrão e a Equação 5.15 para avaliar a incerteza padrão Tipo A.

(5.14) em que: s é o desvio padrão. n é o número testes. –q é a média aritmética de n valores individuais observados.

(5.15) em que: s (–q) é a incerteza padrão Tipo A.

5.3.3. Estimativa da Incerteza Tipo B Em muitos casos, quando a Incerteza Tipo A não é su�ciente para avaliar a acuracidade de uma medida materializada, é necessário aplicar a Incerteza Tipo B, que é estimada a partir de um julgamento cientí�co. A avaliação da Incerteza Tipo B é feita a partir de um julgamento cientí�co com base em todas as informações relevantes disponíveis sobre o instrumento e o processo de medição.56, 60

O conjunto de informações pode incluir: • Dados de medições prévias. • Experiência ou conhecimento geral do comportamento e propriedades de

materiais e instrumentos relevantes. 157

Metrologia e controle dimensional • Especi�cações do fabricante. • Dados fornecidos em certi�cados de calibrações ou outros certi�cados. • Incertezas relacionadas a dados de referências extraídos de manuais.

O uso adequado da informação disponível para uma avaliação da Incerteza Padrão do Tipo B de medição exige discernimento baseado na experiência e no conhecimento geral, sendo essa uma habilidade que pode ser aprendida com a prática. Essa avaliação, quando bem fundamentada, pode ser tão con�ável quanto uma avaliação do Tipo A, especialmente em uma situação de medição em que a avaliação do Tipo A é baseada somente em um número comparativamente pequeno de observações

estatisticamente independentes. Os passos para avaliação e expressão da Incerteza Tipo B são: 56, 60 • Expressar o mensurando em função das grandezas X i (escrever o modelo • • • • • • •

matemático). Determinar x i estatisticamente ou por outros meios. Classi�car cada estimativa em tipo A ou B e estimar a incerteza padrão. Determinar a incerteza padrão combinada. Determinar a incerteza expandida. Estimar o grau de liberdade efetivo . De�nir o valor de k. Relatar o resultado da medição conjuntamente com a incerteza expandida, o valor de k e a probabilidade de abrangência.

Nota-se que a Incerteza Tipo B envolve fatores como segurança, nível de con�abilidade, erros sistemáticos etc. Já a Incerteza Combinada é calculada considerando-se diversos cálculos de incerteza de medição previamente realizados, com base em vários fatores. Isso quer dizer que a incerteza combinada de um resultado de medição é padronizada quando esse resultado é obtido por meio dos valores de várias outras grandezas. A incerteza combinada é igual à raiz quadrada positiva de uma soma de termos, sendo estes as variâncias ou covariâncias dessas outras grandezas, ponderadas de acordo com a variação do resultado da medição com mudanças nessas grandezas. Por outro lado, a incerteza expandida é a incerteza combinada multiplicada por um fator de abrangência.

5.3.4. Procedimento experimental para cálculo das Incertezas Tipo A e Tipo B Um bloco padrão foi utilizado para calcular as incertezas Tipo A e Tipo B. A Figura 5.4 apresenta o esquema do bloco padrão usado nos procedimentos experimentais, sendo o comprimento nominal L = 18,000 mm. A temperatura no local é de 25 ±5 ºC. 158

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... L

Figura 5.4. Esquema do bloco padrão.

Cálculo da Incerteza Tipo A Para calcular a Incerteza Tipo A, inicialmente foi utilizada a Equação 5.14 para calcular o desvio padrão e a Equação 5.15 para avaliar a Incerteza Padrão Tipo A, que corresponde à dispersão dos valores em torno da média, com base nos valores da Tabela 5.6, que apresenta os resultados obtidos durante as medições com o micrômetro. Nos testes de laboratório, foram feitas 10 (dez) medições no bloco. Em cada medi-

ção, após a leitura, retirava-se totalmente o bloco do instrumento. Esse procedimento era importante porque possibilitava nova posição para o apoio das faces de contato. TABELA 5.6 – Resultados obtidos durante as medições com micrômetros (mm) T��

M�� (��)

1

18,008

2

17,996

3

17,998

4

18,004

5

18,006

6

17,995

7

18,012

8

18,000

9

17,999

10

18,003

Mé��

��,��

D�� (�)

�,��

I�� T�� A

�,�� = �,� µ�

159

Metrologia e controle dimensional Cálculo da Incerteza Tipo B Para calcular a Incerteza Tipo B, tomou-se como referência o Guia para a Expressão da Incerteza de Medição.56, 63-65 Neste exemplo, as incertezas geradas por efeitos sistemáticos e pela força de medição foram desconsideradas, e as incertezas padrão a serem avaliadas serão: incerteza Tipo A das medições (IA); incerteza da Calibração (IC); incerteza da Resolução (IR); e incerteza devido à variação da temperatura (IT). • Incerteza Tipo A das medições (IA), que já foi calculada = 1,7 µm. • Incerteza da Calibração (IC), que é dada pela Equação 5.16.

No certi�cado de calibração do micrômetro tem-se a informação de que a resolução é 1 µm, e U95% = 0,0025 mm, para um fator de abrangência k = 2,1 (nível de con�ança de 95% e grau de liberdade estimado), mostrado na Equação 5.16. IC = U95%/k

(5.16)

IC = U95%/k = IC = 0,0025/2,1 = 0,0012 mm. Logo, IC = 1,2 µm. • Incerteza da Resolução (IR)

A resolução do micrômetro introduz um componente adicional de erro devido ao truncamento numérico.64 Seu efeito é aleatório e pode ser quanti�cado através dos limites máximos possíveis. O máximo erro de arredondamento corresponde a um terço do valor da resolução e segue uma distribuição retangular. Seu valor é calculado pela Equação 5.17, em que res é resolução do micrômetro = 1 µm. IR = res/121/2

(5.17)

IR = res/121/2 = 1/121/2 = 0,29 µm • Incerteza devida à variação da temperatura (IT) dada pela Equação 5.18

(5.18) em que: ΔL = variação no comprimento. L = comprimento inicial. a = coe�ciente de dilatação térmica do material (aço: a = 11,5 µm/mK). ΔT = variação da temperatura (pode ser colocada em ºC no cálculo). IT = 0,018 · 11,5 · 5 = 1,035 µm. 160

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... Cálculo da incerteza combinada

A incerteza combinada é obtida ao se utilizarem incertezas padrão individuais associadas às grandezas de entrada em um modelo de medição. Em caso de correlações entre grandezas de entrada em um modelo de me-

dição, as covariâncias também devem ser levadas em consideração no cálculo da incerteza padrão combinada. Ela consiste na soma quadrática das diversas incertezas de medição apresentadas por um instrumento qualquer, que é calculada pela Equação 5.19. (5.19) uc = [(1,7)2 + (1,2)2 + (0,29)2 + (1,035)2 ]1/2 = uc = 2,34 µm

Cálculo da incerteza de medição expandida

Embora a incerteza padrão combinada seja usada para expressar a incerteza de muitos resultados de medição, muitas vezes, para algumas aplicações comerciais, industriais e de regulamentação (por exemplo, a saúde e a segurança), é necessária uma medida de incerteza que de�na um intervalo sobre o resultado da medição y , no qual o valor do mensurando Y pode ser con�rmado com a con�ança adequada. A medida de incerteza destinada a satisfazer esse requisito é considerada uma incerteza expandida e é obtida multiplicando-se uc (y) por um fator de abrangência, cujo símbolo é k.66 A incerteza expandida é calculada pela Equação 5.20. U = k · uc

(5.20)

em que: k é o fator de abrangência. uc é a incerteza combinada. O nível de con�ança normalmente é determinado para 95% de con�abilidade. O fator de abrangência equivale ao coeficiente de t-Student para desvios padrão. O valor k é calculado através da Tabela 5.7 de correlações k (para 95% de confiabilidade) e nef (número de graus de liberdade efetivos, como mostrado na Equação 5.21. 161

Metrologia e controle dimensional TABELA 5.7 – νef × k95 (nível de con�ança de 95%) ν

ef

��

ν

��

ef

1

12,71

17

2,11

2

4,30

18

2,10

3

3,18

19

2,09

4

2,78

20

2,09

5

2,57

21

2,08

6

2,45

22

2,07

7

2,36

23

2,07

8

2,31

24

2,06

9

2,26

25

2,06

10

2,23

26

2,06

11

2,20

27

2,05

12

2,18

28

2,05

13

2,16

29

2,05

14

2,14

30

2,04

15

2,13

In�nito

2,00

(5.21)

em que: ν é o número de graus de liberdade efetivos. ef uc é a incerteza de medição combinada. ui é a incerteza de medição para a i-ésima fonte de incerteza. ν é o número de graus de liberdade para a i-ésima fonte de incerteza. i Quando não é possível saber o número de medições realizadas para a obtenção de determinada incerteza padrão, o grau de liberdade será = ∞ (in�nito). Nesse caso, ui e u4 de IR e IT são iguais a zero. A Tabela 5.8 é utilizada para determinar a soma de u4/ νi. 162

Fundamentos de estatística aplicados na metrologia... TABELA 5.8 – Determinação da soma de u4/ νi

65

ui

u4

ν

u�/ νi

IA

1,7

8,3521

9

0,9280

IC

1,2

2,0736

9

0,2304

IR

0

0

9

0

IT

0

0

9

0

i

Somatório

1,1584

Cálculo de nef (Equação 5.21): nef = (2,34)4/1,1584 = 25,882. Com base no valor de νef (graus de liberdade efetivos), que corresponde ao somatório da Tabela 5.8 e 25,882 arredondado para 26 graus de liberdade efetivos e nível de con�ança de 95%, na Tabela 5.7, encontra-se k = 2,06. Para calcular a incerteza expandida, é necessário substituir k = 2,06 na Equação 5.20. U 95 = k · uc = 2,06 · 2,34 = 4,8 µm

O resultado da medição é RM = (18,002 ± 0,0048) mm. Conclusão A incerteza expandida que foi calculada nesse exemplo pode sofrer alterações se forem consideradas outras fontes de erro, como a pressão de medição ou a variabilidade do operador. Por isso, a realização imperfeita do procedimento de ensaio, mesmo quando as condições de ensaio são claramente de�nidas, pode não reproduzir as condições requeridas . Como esse é um exemplo experimental e didático, em ambientes laboratoriais deve-se procurar identi�car todas as fontes de incertezas que podem interferir no cálculo da incerteza padrão expandida. Nesse caso, a calibração do erro de indicação do micrômetro para o ponto 18 mm é de 4,8 µm, considerando um nível de con�ança de aproximadamente 95% e k = 2,06.64

163

CAPÍTULO

6

CALIBRAÇÃO, VERIFICAÇÃO, REGULAMENTAÇÃO E CONFIRMAÇÃO METROLÓGICA

6.1. DEFINIÇÃO DE CALIBRAÇÃO Um processo de medição está sempre sujeito a erros. Um dos principais causadores de erro em uma medição é o instrumento. Por mais so�sticado e moderno que seja, ele possui imperfeições que podem provocar erros de medição. Para veri�car se um instrumento atende ou não aos limites de erros que lhes são previstos, realiza-se um procedimento experimental que visa levantar os erros que esse instrumento apresenta ao longo de sua faixa de medição. Esse procedimento experimental é chamado de calibração.55 Calibração é a operação que estabelece, numa primeira etapa e sob condições especi�cadas, uma relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidos por padrões e as indicações correspondentes com as incertezas associadas; numa segunda etapa, utiliza essa informação para estabelecer uma relação visando à obtenção de um resultado de medição a partir de uma indicação.1 Uma calibração pode ser expressa por meio de uma declaração, uma função, um diagrama, uma curva ou uma tabela. Em alguns casos, pode consistir de uma correção aditiva ou multiplicativa da indicação com uma incerteza de medição asso165


ciada. Convém não confundir a calibração com o ajuste de um sistema de medição, frequentemente denominado, de maneira imprópria, autocalibração , nem com a veri�cação da calibração. Frequentemente, apenas a primeira etapa na de�nição acima é entendida como calibração. Um sistema de medição (SM) de boa qualidade deve ser capaz de operar com pequenos erros. Seus princípios construtivos e operacionais devem ser projetados para minimizar erros sistemáticos e aleatórios ao longo da sua faixa de medição, nas suas condições de operação nominais. Entretanto, por melhores que sejam suas características, um SM sempre apresentará erros, seja por fatores internos, seja por ação das grandezas de in�uência externas. A perfeita caracterização das incertezas associadas a esses erros é de grande importância para que o resultado da medição possa ser estimado de maneira segura. Embora, em alguns casos, os erros de um sistema de medição possam ser analítica ou numericamente estimados, na prática são utilizados quase exclusivamente procedimentos experimentais. Mediante o procedimento experimental denominado calibração é possível correlacionar os valores indicados pelo sistema de medição e sua correspondência com a grandeza que está sendo medida. Essa operação é extremamente importante e é realizada por um grande número de entidades credenciadas espalhadas pelo país.51 O resultado de uma calibração permite tanto o estabelecimento dos valores do mensurando para as indicações quanto a determinação das correções a serem aplicadas. Uma calibração também pode determinar outras propriedades metrológicas, como o efeito das grandezas de in�uência. O resultado de uma calibração pode ser registrado em um documento, algumas vezes denominado certi�cado de calibração ou relatório de calibração.67 As empresas devem entender que a calibração dos equipamentos de medição é um componente importante na função qualidade do processo produtivo e, dessa forma, devem incorporá-la às suas atividades de produção normais.2 A calibração é uma oportunidade de aprimoramento constante e proporciona vantagens, tais como: •

Redução

na variação das especi�cações técnicas dos produtos – Produtos mais

uniformes representam uma vantagem competitiva em relação aos concorrentes. • P revenção dos deeitos – A redução de perdas pela pronta detecção de desvios no processo produtivo evita o desperdício e a produção de rejeitos. • C ompatibilidade das medições – Quando as calibrações são referenciadas aos padrões nacionais ou internacionais, asseguram atendimento aos requisitos de desempenho.

A calibração permite avaliar as incertezas do processo de medição, além de identi�car os desvios entre os valores indicados por um instrumento e os valores convencionalmente verdadeiros. As operações de calibração, fundamentadas na comparação com um padrão, possuem algumas características que serão apresentadas a seguir. 166

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica

6.1.1. Características das operações de calibração 6.1.1.1. Determinação do sistema de medição padrão A escolha adequada do sistema de medição padrão a ser utilizado repercutirá na qualidade e no resultado �nal das medições. Portanto, quanto melhor (menor incerteza e

maior repetitividade) o padrão, melhores serão as condições de realização da calibração. 6.1.1.2. Escolha dos instrumentos críticos da empresa Durante a implementação de um sistema de avaliação dos instrumentos de medição, a primeira pergunta que vem à nossa mente é: quais são os instrumentos de medição que devemos controlar? Para responder tal questão, devemos considerar a sequência de raciocínio a seguir. • Identi�car, com os responsáveis pela engenharia, produção e manutenção, as

variáveis do processo que afetam a qualidade do produto em questão. • Identi�car os instrumentos utilizados para medir essas variáveis. • Estabelecer os limites especi�cados para cada uma dessas variáveis, em todos os níveis e etapas do processo produtivo. 6.1.1.3. Tipos de calibração Existem basicamente dois tipos de calibração: a direta e a indireta. • Calibração direta

Na calibração direta, a grandeza padrão de entrada é aplicada diretamente ao sistema de medição a calibrar, e as medidas são comparadas com os valores padrão, conforme a Figura 6.1. Valor padrão

Grandeza padrão

Sistema de medição a calibrar

Medida

Figura 6.1. Calibração direta.2

Aqui, para calibrar uma balança (Figura 6.2), necessitamos de um conjunto de massas padrão, de modo a cobrir toda a faixa do aparelho. Aplicando -se diretamente a massa (com o valor conhecido de 5 kg, por exemplo) sobre a balança, podemos veri�car se ela está calibrada. 167


Massa padrão

5 Kg

5 Kg Balança

Figura 6.2. Calibração direta de uma balança. 2

•

Calibração indireta

Na calibração indireta, a grandeza que se deseja medir é fornecida por um meio externo (gerador da grandeza), que atua simultaneamente no sistema de medição em calibração e no sistema de medição padrão. Os resultados do sistema de medição em calibração são comparados com os do sistema de medição padrão (considerados verdadeiros). Dessa forma, os erros podem ser determinados e as correções efetuadas (Figura 6.3). Sistema de medição padrão

Medida

Sistema de medição em calibração

Medida

Gerador da grandeza

Figura 6.3. Calibração indireta.2

Um exemplo de calibração indireta é a metodologia para calibrar o velocímetro de um automóvel. Nesse caso não é possível utilizar a calibração direta, pois não existe um padrão de velocidade “materializado”. Para calibrar o velocímetro podemos simular o automóvel em movimento e comparar sua indicação com a de um padrão conhecido, como um tacômetro padrão. 6.1.1.4. Registro (anotação) das leituras

Deve ser realizado um registro individual de leituras para cada escala do instrumento que será calibrada. O preenchimento completo da planilha de leituras, com os valores 168


efetivamente encontrados durante a calibração, é muito importante para uma veri�cação do processo de validação do instrumento. 6.1.1.5. Certi�cado da calibração

O resultado de uma calibração permite a�rmar se o instrumento satisfaz ou não as condições previamente �xadas, o que autoriza ou não sua utilização em serviço. Ele se traduz por um documento chamado certi�cado de calibração, que apresenta alguns aspectos importantes: • Indica a data de realização e o responsável pela calibração. • Permite comparar os erros encontrados com os erros máximos tolerados pre-

viamente de�nidos. • Orienta um parecer aprovando ou não a utilização do instrumento nas condições atuais. A rejeição do instrumento implica encaminhá-lo para a manutenção ou substituí-lo por um novo. A empresa não deve utilizar um instrumento que não apresenta condições mínimas de trabalho, pois isso acarretará custos adicionais, retrabalho e, possivelmente, descrédito perante o consumidor. A calibração é, portanto, o controle de qualidade do instrumento ou padrão de medição. Com ela conseguimos evitar o uso de instrumentos fora de especi�cações, que levariam a erros acima do aceitável, com prejuízo para a qualidade de produtos e serviços. Através da calibração determinam-se a tendência e a incerteza de medição do instrumento, informações muito úteis para realizar ações de correção de erros ou para decidir se é o momento de encaminhar o instrumento para manutenção e ajuste.51 6.1.1.6. Intervalos de calibração

Ao longo do tempo ocorrem desgastes e a degeneração de componentes, fazendo que o comportamento e o desempenho dos instrumentos apresentarem problemas. Nasce daí a necessidade de veri�cações periódicas, a intervalos regulares, para que instrumentos e padrões sejam recalibrados. Destacamos, a seguir, alguns fatores que in�uenciam no intervalo de calibração: • • • • • •

Frequência de utilização. Tipo de instrumento. Recomendações do fabricante. Dados de tendência de calibrações anteriores. Históricos de manutenção. Condições ambientais agressivas (temperatura, umidade, vibração etc.). 169

Metrologia e controle dimensional 6.1.1.7. Rastreabilidade metrológica Uma importante característica da calibração é a rastreabilidade metrológica, de�nida pelo VIM (2008)1 como a propriedade de um resultado de medição por meio da qual ele pode ser relacionado a uma referência através de uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada qual contribuindo para a incerteza de medição. Nesse

caso, a “referência” pode ser a de�nição de uma unidade de medida por sua realização prática, ou um procedimento de medição que engloba a unidade de medida para uma grandeza não ordinal, ou um padrão. A rastreabilidade metrológica requer uma hierarquia de calibração estabelecida. A especi�cação da referência deve compreender a data em que ela foi utilizada no estabelecimento da hierarquia de calibração aliada a qualquer outra informação metrológica relevante sobre a referência, tal como a data na qual foi realizada a primeira calibração da hierarquia. Para medições com mais de uma grandeza de entrada no modelo de medição, cada valor de entrada deve ter sua própria rastreabilidade, e a hierarquia de calibração envolvida pode formar uma estrutura rami�cada ou uma rede. O esforço envolvido no estabelecimento da rastreabilidade metrológica para cada valor da grandeza de entrada deve ser proporcional à sua contribuição relativa para o resultado de medição. A rastreabilidade metrológica de um resultado de medição não assegura que a incerteza de medição seja adequada para um dado objetivo ou que erros humanos estejam ausentes. Uma comparação entre dois padrões pode ser considerada uma calibração se for utilizada para veri�car e, se necessário, corrigir o valor e a incerteza de medição atribuídos a um dos padrões. Os elementos necessários para con�rmar a rastreabilidade metrológica são: • Cadeia de rastreabilidade (sequência de padrões e calibrações utilizada para

• • • • •

relacionar um resultado de medição a uma referência) ininterrupta a um padrão internacional ou nacional. Incerteza de medição documentada. Procedimento de medição documentado. Competência técnica reconhecida. Rastreabilidade metrológica ao SI. Intervalos entre calibrações.

A Figura 6.4 mostra o processo de hierarquização de padrões e calibrações, que envolve: • Padrão internacional – Padrão reconhecido por um acordo internacional

que serve de base para o estabelecimento de valores a outros padrões a que se refere. 170

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica • Padrão nacional – Padrão reconhecido por uma decisão nacional que serve

de base para o estabelecimento de valores a outros padrões a que se refere. • Padrão de reerência – Padrão com a mais alta qualidade metrológica disponível em um local, do qual as medições executadas são derivadas. • Padrão de reerência da RBC – Rede Brasileira de Calibração (conjunto de laboratórios credenciados pelo Inmetro para realizar serviços de calibração) –

Padrões que devem ser calibrados pelos padrões nacionais. • Padrão de reerência de usuários – Encontrado em indústrias, centros de pesquisas, universidades e outros usuários. Esses padrões devem ser calibrados pelos padrões de referência da RBC. • Padrão de trabalho – Padrão utilizado rotineiramente na indústria e em laboratórios para calibrar instrumentos de medição.

CALIBRAÇÃO

Padrão nacional

Padrão internacional

Padrão referência (RBC)

Padrão referência (usuários)

Padrão trabalho

MEDIÇÕES

INTERCOMPARAÇÃO

Figura 6.4. Hierarquização dos padrões e calibrações.2

6.1.1.8. Material de referência (MR) Quando se fala em calibração, o material de referência não deve ser desprezado, porque é a base para uma calibração con�ável. De acordo com o VIM (2008),1 o material

de referência (MR) é su�cientemente homogêneo e estável em relação a propriedades especí�cas, preparado para se adequar a uma utilização pretendida numa medição ou num exame de propriedades qualitativas. O exame de uma propriedade qualitativa de um material fornece um valor para essa propriedade e uma incerteza associada. Essa incerteza não é uma incerteza de medição. Os materiais de referência com ou sem valores atribuídos podem ser utilizados para controlar a precisão de medição, enquanto apenas os materiais de referência com valores atribuídos podem ser utilizados para a calibração ou o controle da veracidade. Os materiais de referência são caracterizados por grandezas e por propriedades qualitativas. Exemplos de materiais de referência que dão suporte a grandezas são: 171

Metrologia e controle dimensional • Água de pureza determinada, cuja viscosidade dinâmica é utilizada para a

calibração de viscosímetros. • Soro humano sem valor atribuído à concentração do colesterol intrínseco, utilizado apenas para o controle da precisão de medição. • Tecido de peixe, que contém uma fração mássica determinada dioxina, utilizado como padrão em uma calibração.1

Exemplos de materiais de referência que dão suporte a propriedades qualitativas: • Carta de cores com indicação de uma ou mais cores especi�cadas. • DNA contendo uma sequência especi�cada de nucleotídeos. • Urina contendo 19-androstenediona.

Algumas vezes, um material de referência está incorporado a um dispositivo especialmente fabricado, como a substância de ponto triplo conhecido numa célula de ponto triplo, o vidro de densidade óptica conhecida num suporte de �ltro de transmissão ou as esferas de granulometria uniforme colocadas sobre uma lâmina de microscópio. Certos materiais de referência têm valores atribuídos que são metrologicamente rastreáveis a uma unidade de medida fora de um sistema de unidades. Tais materiais compreendem vacinas às quais foram atribuídas Unidades Internacionais (UI) pela Organização Mundial da Saúde (OMS). Em uma dada medição, um certo material de referência pode ser utilizado apenas para calibração ou garantia da qualidade. Convém incluir nas especi�cações de um material de referência a sua rastreabilidade, para obter a indicação de sua origem e de seu processamento. Materiais de referência são uma importante ferramenta na determinação de muitos aspectos da qualidade de medição. Eles são usados para �ns de validação de métodos, calibração, estimativa da incerteza de medição, treinamento, controle de qualidade (CQ) interno e garantia da qualidade (GQ) externa (ensaios de pro�ciência).68 Num sentido mais amplo, a validade de medições pode ser assegurada quando: • São usados métodos e equipamentos validados. • O trabalho é desenvolvido por pessoal quali�cado e competente. • É possível comparar uma medição com medições realizadas em outros labo-

ratórios (rastreabilidade e incerteza de medição). • Há evidência independente do desempenho (ensaios de pro�ciência). • São empregados procedimentos de CQ e GQ bem de�nidos, de preferência envolvendo acreditação de terceira parte. Uma operação de medição frequentemente serve a mais de um propósito, e pode haver sobreposição de funções, conforme ilustrado na Figura 6.5. Diferentes tipos 172


de materiais de referência são requeridos para diferentes funções. Por exemplo, um material de referência certi�cado seria desejável para a validação de um método, mas um material de referência de trabalho seria adequado para o CQ.

Validação

Calibração rastreável

CQ/GQ

Incerteza de medição Medição válida

Figura 6.5. Material de referência. 68

Tipos de materiais de referência

Os MRs são usados para dar suporte a medições relacionadas à composição química, biológica, clínica e física, às propriedades de engenharia e a outras áreas, como sabor e odor. Eles podem ser caracterizados para “identidade” (por exemplo, estrutura química, tipo de �bra, espécies microbiológicas etc.) ou para “valores de propriedades” (por exemplo, quantidade de substância química especí�ca, dureza etc.). Alguns tipos de materiais de referência comumente encontrados são: 1. Substâncias puras, caracterizadas para pureza química e/ou traços de impureza. 2. Soluções padrão e misturas gasosas , frequentemente preparadas gravimetricamente a partir de substâncias puras e usadas para �ns de calibração. 3. Materiais de referência em matrizes, caracterizados para a composição de componentes químicos principais, secundários ou elementos-traço. Tais materiais podem ser preparados a partir de matrizes contendo os componentes de interesse, ou através da preparação de misturas sintéticas. 4. Materiais de referência físico-químicos, caracterizados para propriedades como ponto de fusão, viscosidade e densidade óptica. 5. Objetos ou artefatos de referência, caracterizados para propriedades funcionais, como sabor, odor, octanagem, ponto de fulgor e dureza. Esse tipo também inclui espécimes microscópicos caracterizados para propriedades que vão de tipo de �bras a espécimes microbiológicos. 173

Metrologia e controle dimensional Uso dos materiais de referência

Há muitos tipos de MR. Os mais comumente encontrados estão listados a seguir. • Validação de métodos e incerteza de medição

A estimativa de tendência (a diferença entre o valor medido e o valor verdadeiro) é um dos elementos mais difíceis na validação de método, mas MRs adequados podem prover informações valiosas, dentro dos limites da incerteza dos valores certi�cados e da incerteza do método sob validação. • Veri�cação do uso correto de um método

A aplicação bem-sucedida de um método válido depende do seu uso correto no que se refere à habilidade do operador, à adequação do equipamento, a reagentes e padrões. MRs podem ser usados para treinamento, para veri�cação de métodos pouco usados e para resolução de problemas quando resultados inesperados são obtidos. • Calibração

Normalmente, um MR de substância pura é usado para a calibração que antecede a etapa de medição de um método. Outros componentes do método de ensaio, como digestão, separação e derivatização da amostra, não são, é claro, considerados, e perda de analito, contaminação e interferências e as respectivas incertezas associadas devem ser tratadas como uma parte da validação do método. A incerteza associada à pureza do MR contribuirá para a incerteza de medição total. O material de referência certi�cado (MRC) é aquele que vem acompanhado de uma documentação emitida por um organismo com autoridade que fornece um ou mais valores de propriedades especi�cadas com as incertezas e as rastreabilidades associadas. O MRC utiliza procedimentos válidos – como o soro humano, com valor atribuído para a concentração de colesterol e incerteza de medição associada –, indicados num certi�cado, e que servem de padrão em uma calibração ou como material de controle da veracidade. A escolha do MR deve ser feita a partir das características exigidas. Isso requer conhecimento e experiência adequada para não se selecionar um material que não apresente estabilidade ou que não possa garantir rastreabilidade. A Figura 6.6 mostra um �uxograma para escolha do MR. 174

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica Seleciona MR candidato e obtém informações de suporte. (NOTA 2)

Define requisito analítico. (NOTA 1)

As características relatadas do MR são completamente similares ao requisito analítico. Sim

Não

Material de referência adequado.

Não

Sim

Evidência de suporte no que se refere à qualidade é satisfatória. Sim

Limitações, porém o MR é o melhor disponível e preenche os requisitos mínimos.

Limitações, porém o MR é o melhor disponível e preenche os requisitos mínimos.

Não

Sim MR inadequado. Buscar alternativa ou rebaixar requisito.

Figura 6.6. Fluxograma para escolha do material de referência.68

6.1.2. Oferta e demanda por serviços laboratoriais de ensaios e calibração Conhecer a realidade da oferta e da demanda por serviços de calibração também é importante para estudantes e pro�ssionais da área de Metrologia. “O estudo da oferta e demanda por serviços laboratoriais e ensaios e calibração” mostra essa importância. Ele faz parte do Projeto Escola Nacional de Tecnologia Industrial Básica (ENTIB) – Fase II, coordenado pela Sociedade Brasileira de Metrologia (SBM) em parceria com o Inmetro69 e contou com o apoio �nanceiro da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP/MCT), tendo os seguintes objetivos: • Mapear a demanda por serviços laboratoriais de ensaios e calibração no par-

que industrial brasileiro, nos seguintes setores contemplados na PITCE e no PBAC: bens de capital (máquinas e equipamentos), biocombustível, materiais (semicondutores), agronegócio, e de química/ farmoquímicos/ farmacêuticos/ material plástico. 175

Metrologia e controle dimensional • Mapear o parque laboratorial brasileiro pela identi�cação da oferta de servi-

ços laboratoriais de ensaios e calibração, incluindo especi�cação dos ensaios, grandezas, faixas de medição e incertezas de medição inerentes. Como resultado �nal do estudo, buscou-se, além do mapeamento da oferta e da demanda por serviços laboratoriais de ensaios e calibração, que este forneça subsídios aos tomadores de decisão nas entidades prestadoras de serviços, formuladores de políticas governamentais e usuários de serviços de ensaios e calibração. Para que o estudo cumpra seus objetivos e alcance os resultados esperados, foram executados os seguintes passos: • De�nição, quanti�cação e caracterização da oferta de serviços de ensaios e

•

•

• •

calibração para todos os setores econômicos da indústria brasileira, segundo a sua distribuição geográ�ca. Identi�cação, quanti�cação e caracterização da demanda por serviços de ensaios e calibrações junto ao segmento empresarial, segundo os diferentes setores econômicos previamente de�nidos, por porte de empresa e distribuição pelas regiões do país. Identi�cação e dimensionamento da capacidade das entidades que ofertam serviços de ensaios e calibrações em cumprir requerimentos, regulamentos, normas e demais dispositivos aplicáveis às suas atividades. Levantamento dos fatores que, na visão do setor empresarial, estimulam, di�cultam e/ou reprimem a demanda por serviços de ensaios e calibrações. Análise das tendências nas relações entre a oferta e a demanda por serviços de ensaios e calibrações, identi�cando lacunas, de�ciências e di�culdades existentes.70

O estudo da oferta de serviços de calibração e ensaios incluiu instituições tecnológicas e empresas que executam serviços de ensaios e calibração. As instituições, em sua maioria, prestam vários tipos de serviços tecnológicos, e o estudo em questão deteve-se na análise daquelas que executam serviços de ensaio e calibração. Os resultados do estudo con�rmam a a�rmação de que a “oferta de serviços tecnológicos em um país é uma das características que de�nem as áreas ou regiões industrialmente avançadas”.1 As 628 instituições constantes do estudo ofertam cerca de 15 mil tipos diferentes de serviços tecnológicos de ensaio e calibração, distribuídos nas várias regiões do país. A maior concentração encontra-se nos Estados da região Sudeste (69%), liderada pelo Estado de São Paulo, que detém 49% das instituições incluídas do estudo. O resultado não é surpreendente, uma vez que essa região é a de maior densidade industrial do país e possui também uma infraestrutura cientí�ca e tecnológica 176


signi�cativamente diferenciada. A região Sul vem em segundo lugar, com 16% das instituições, seguida pelas regiões Nordeste (11%), Centro-Oeste (3%) e Norte (1%). Embora alguns Estados não estejam representados no estudo (AP, RO, RR, por exemplo), considera-se que os resultados oferecem um retrato da distribuição da oferta de serviços tecnológicos no país. O estudo identi�cou que as instituições têm atuação em âmbito nacional, demonstrando que não existem barreiras geográ�cas. O acesso aos seus serviços independe do Estado ou região onde se localizam as empresas. O nível de capacitação dos recursos humanos das instituições pode ser considerado bom, porque 64,3% do total de funcionários informados pelas instituições possuem nível superior, sendo que uma boa parcela deles tem especialização, mestrado, doutorado e até pós-doutorado. Com relação à natureza jurídica, veri�ca-se que a maioria das instituições (75,6%) é de natureza privada, o que pode ser um indicativo de que o mercado de serviços tecnológicos no país vem deixando de ser um nicho apenas das instituições tecnológicas e de pesquisa e desenvolvimento públicas.

6.1.3. Principais requisitos para calibração e ensaios O estabelecimento dos requisitos para calibração e ensaios não é uma tarefa trivial, porque a comprovação de um resultado obedece a diversas normas, principalmente àquelas que têm caráter internacional. As principais normas que dão base aos requisitos para calibração e ensaios são a ABNT NBR ISO IEC 17025:2005,5 ABNT NBR 9001:200870 e a ABNT NBR ISO 10012:2004.71 Como estas normas são muito complexas e extensas, neste livro serão apresentados somente seus objetivos e os principais pontos relacionados com a calibração e os ensaios. Caso o leitor precise aprofundar seus estudos sobre esse tema, deverá adquirir essas normas na ABNT. A implementação de requisitos de competência para laboratórios de calibração e de ensaio é imprescindível para aqueles que, além da con�abilidade do sistema de gestão, desejam assegurar sua competência para realizar calibrações e ensaios.5 O instrumento que permite que essa competência seja assegurada é a acreditação de laboratórios, concedida por um organismo o�cial que trabalhe de acordo com requisitos e práticas internacionais. A ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 5 é aplicável a todas as organizações que realizam ensaios ou calibrações, como laboratórios de primeira, segunda e terceira partes e aqueles onde o ensaio e/ou calibração são parte da inspeção e da certi�cação de produto. Ela é aplicável a todos os laboratórios, independentemente do número de pessoas ou da extensão do escopo das atividades de ensaio e/ou calibração. Quando um laboratório não realiza uma ou mais das atividades cobertas por essa norma, como amostragem e projeto/desenvolvimento de novos métodos, os requi177


sitos referentes a essas seções não são aplicáveis. Essa norma pode ser utilizada por laboratórios no desenvolvimento dos sistemas da qualidade, administrativo e técnico que regem suas operações. Clientes de laboratórios, autoridades regulamentadoras e organismos de credenciamento também podem usá-la na con�rmação ou no reconhecimento da competência de laboratórios. O atendimento a requisitos de segurança e a regulamentos sobre a operação de laboratórios não está coberto pela ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005. 5 Se os laboratórios de ensaio e calibração atenderem aos requisitos dessa norma, operarão um sistema da qualidade para suas atividades de ensaio e calibração, que também atende aos requisitos da referência quando estão envolvidos em projeto/desenvolvimento de novos métodos e/ou desenvolvimento de programas de ensaio, combinando métodos de ensaio e calibração normalizados e não normalizados, e aos requisitos da ABNT NBR ISO 9002:2002 72 quando usam apenas métodos normalizados. A ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055 contém a matriz de correlação com a ABNT NBR ISO 9001:200870 e com a ABNT NBR ISO 9002:2002. 72 Além disso, a ABNT NBR ISO/ IEC 17025:20055 contempla diversos requisitos de competência técnica que não são contemplados nas outras duas normas. A ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 5 foi elaborada com base em requisitos indispensáveis para que os laboratórios de ensaio e calibração atendessem a critérios de rastreabilidade nacionais internacionais. Por isso, para caracterizar a rastreabilidade de uma medição, não é su�ciente que o laboratório calibre seus equipamentos e disponha dos certi�cados de calibração correspondentes. É preciso ir além disso, pois um certi�cado de calibração não fornece, necessariamente, informações sobre a competência dos laboratórios que realizam as calibrações que formam a cadeia de rastreabilidade. A seção 4 da ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 5 especi�ca os requisitos para um gerenciamento sólido. Já a seção 5 especi�ca os requisitos de competência técnica para os tipos de ensaios e/ou calibrações que o laboratório realiza. A seguir, é apresentado um resumo dessas seções, com o intuito de incentivar o leitor a se aprofundar nesse estudo. 6.1.3.1. Requisitos da gerência (organização)

Principais requisitos relacionados à gestão sólida da instituição: • O laboratório ou a organização deve ser uma entidade que possa ser legal-

mente responsável. • É responsabilidade do laboratório realizar suas atividades de ensaio e calibração de modo a atender aos requisitos dessa norma e satisfazer às necessidades dos clientes, das autoridades regulamentadoras ou das organizações que fornecem reconhecimento. 178

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica • O sistema de gerenciamento do laboratório deve cobrir os trabalhos realiza-

dos nas suas instalações permanentes, em locais fora dela ou em instalações associadas ao laboratório, quer sejam temporárias ou móveis. • Se o laboratório for parte de uma organização que realiza outras atividades além de ensaios e/ou calibrações, as responsabilidades dos elementos-chave da organização que tenham envolvimento ou in�uência nas atividades de ensaio e/ou calibração do laboratório devem ser de�nidas, a �m de identi�car potenciais con�itos de interesse. • Quando um laboratório for parte de uma organização maior, os arranjos organizacionais devem ser estruturados de modo que os departamentos com con�itos de interesses, como produção, marketing, comercial ou �nanceiro, não in�uenciem negativamente a conformidade da instituição aos requisitos dessa norma. • Se o laboratório quiser ser reconhecido como um laboratório de terceira parte, convém que seja capaz de demonstrar que é imparcial e que tanto a instituição em si quanto seu pessoal estejam livres de quaisquer pressões – comerciais, �nanceiras e outras indevidas – que possam in�uenciar seu julgamento técnico. Convém, ainda, que o laboratório de ensaio ou calibração de terceira parte não se envolva em atividades que possam colocar em risco a con�ança em sua independência de julgamento e a integridade em relação às atividades de ensaio ou calibração. No aspecto organizacional, o laboratório deve: • Ter pessoal gerencial e técnico com autoridade e recursos necessários para • • •

• • • • • •

desempenhar suas tarefas. Dispor de meios para assegurar que a sua gerência e o seu pessoal estejam livres de quaisquer pressões e in�uências indevidas. Possuir políticas e procedimentos que assegurem a proteção de informações con�denciais e os direitos de propriedade de seus clientes. Possuir políticas e procedimentos que evitem o envolvimento em quaisquer atividades que possam diminuir a con�ança na competência, na imparcialidade, no julgamento ou na integridade operacional. Ter estrutura organizacional e gerencial de�nidas. Especi�car o grau de responsabilidade, de autoridade e de inter-relacionamento de todo o pessoal envolvido na gestão das atividades. Dispor de meios para que a supervisão do pessoal de ensaio e de calibração seja adequada. Constituir uma gerência técnica que assuma total responsabilidade pelas operações técnicas. Nomear um membro do seu quadro de pessoal como gerente da qualidade. Nomear substitutos para o pessoal-chave no nível gerencial. 179


No caso da documentação, o laboratório deve estabelecer e manter procedimentos para controlar todos os documentos que fazem parte do seu sistema da qualidade (gerados internamente ou obtidos de fontes externas), como regulamentos, normas, outros documentos normativos, métodos de ensaio e/ou calibração, assim como desenhos, sofwares, especi�cações, instruções e manuais. Todos os documentos emitidos para o pessoal do laboratório como parte do sistema de qualidade devem ser analisados criticamente e aprovados para uso por pessoal autorizado antes de serem emitidos. Por isso, deve-se estabelecer e manter procedimentos para a análise crítica dos pedidos, propostas e contratos. Em relação ao atendimento ao cliente, o laboratório deve oferecer cooperação aos clientes ou a seus representantes, para esclarecer os pedidos e monitorar o desempenho em relação ao trabalho realizado, desde que o laboratório assegure a con�dencialidade em relação a outros clientes. A ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055 também normaliza o controle dos trabalhos de ensaio e/ou calibração não conforme, a ação corretiva de não conformidades, a análise de causas, a seleção e implementação de ações corretivas, as auditorias adicionais e internas e a ação preventiva. Em relação aos registros técnicos, o laboratório deve preservar, por um período de�nido, os registros das observações originais, dados derivados e informações su�cientes para estabelecer uma linha de auditoria, registros de calibração, registros do pessoal, além de uma cópia de cada relatório de ensaio ou certi�cado de calibração emitido. Os registros de cada ensaio ou calibração devem conter informações su�cientes para facilitar, se possível, a identi�cação de fatores que afetem a incerteza e possibilitar que o ensaio ou calibração seja repetido em condições o mais próximo possível das condições originais. Os registros também devem incluir a identi�cação dos responsáveis pela amostragem, pela realização de cada ensaio e/ou calibração e pela conferência de resultados. 6.1.3.2. Requisitos técnicos Diversos fatores, relacionados a seguir, determinam a correção e a con�abilidade dos ensaios e/ou calibrações realizados pelo laboratório. • Fatores humanos

A gerência do laboratório deve assegurar a competência de todos que operam equipamentos especí�cos, realizam ensaios e/ou calibrações, avaliam resultados e assinam relatórios de ensaio e certi�cados de calibração. • Acomodações e condições ambientais

As instalações do laboratório para ensaio e/ou calibração, incluindo (mas não se limitando a) fontes de energia, iluminação e condições ambientais, devem 180


ser tais que facilitem a realização correta dos ensaios e/ou calibrações. O laboratório deve assegurar que as condições ambientais não invalidem os resultados ou afetem adversamente a qualidade requerida de qualquer medição. Devem ser tomados cuidados especiais quando são realizados ensaios, amostragens e/ ou calibrações em locais diferentes das instalações permanentes do laboratório. Os requisitos técnicos para as acomodações e condições ambientais que possam afetar os resultados dos ensaios e calibrações devem estar documentados. • Métodos de ensaio e calibração e validação de métodos

O laboratório deve utilizar métodos e procedimentos apropriados para todos os ensaios e/ou calibrações dentro do seu escopo. Estes incluem amostragem, manuseio, transporte, armazenamento e preparação dos itens a serem ensaiados e/ou calibrados e, onde for apropriado, uma estimativa da incerteza de medição, bem como as técnicas estatísticas para análise dos dados de ensaio e/ou calibração. • Equipamentos

O laboratório deve ser aparelhado com todos os equipamentos para amostragem, medição e ensaio requeridos para o desempenho correto dos ensaios e/ ou calibrações (incluindo a amostragem, preparação dos itens de ensaios e/ ou calibração, processamento e análise dos dados de ensaio e/ou calibração). Nos casos em que tiver de usar equipamentos que estejam fora de seu controle permanente, o laboratório deve assegurar que os requisitos desta norma sejam atendidos. • Rastreabilidade da medição

Todo equipamento utilizado em ensaios e/ou em calibrações, incluindo os equipamentos para medições auxiliares (por exemplo, condições ambientais), que tenha efeito signi�cativo sobre a exatidão ou validade do resultado do ensaio, calibração ou amostragem, deve ser calibrado antes de entrar em serviço. O laboratório deve estabelecer um programa e procedimento para a calibração (de modo que medições feitas pelo laboratório sejam rastreáveis ao Sistema Internacional de Unidades – SI) dos seus equipamentos. • Amostragem

O laboratório deve ter um plano e procedimentos de amostragem quando realiza amostragem de substâncias, materiais ou produtos para ensaio ou calibração subsequente. Tanto o plano como o procedimento de amostragem devem estar disponíveis no local onde a amostragem é realizada. Os planos de amostragem devem, sempre que isso for viável, ter como base métodos estatísticos apropriados. O processo de amostragem deve abranger os fatores 181


a serem controlados, de forma a assegurar a validade dos resultados do ensaio e calibração. • Manuseio de itens de ensaio e calibração

O laboratório deve ter procedimentos para o transporte, recebimento, manuseio, proteção, armazenamento, retenção e/ou remoção dos itens de ensaio e/ ou calibração, incluindo todas as providências necessárias para a integridade do item de ensaio ou calibração e para a proteção dos interesses do laboratório e do cliente. • Certi�cados de calibração

Os certi�cados de calibração, onde necessário para a interpretação dos resultados da calibração, devem incluir o seguinte: – As condições (por exemplo, ambientais) sob as quais as calibrações foram feitas, que tenham in�uência sobre os resultados da medição. – A incerteza de medição e/ou uma declaração de conformidade a uma especi�cação metrológica identi�cada ou seção desta. – Evidência de que as medições são rastreáveis. Os requisitos da ABNT NBR ISO 9001:200870 estão relacionados com o processo de calibração e ensaios para garantir qualidade também ao sistema de medição. Para garantir que o equipamento de medição opere efetivamente e forneça resultados con�áveis, é preciso assegurar-se de que ele é cuidado, calibrado e ajustado regularmente conforme necessário. No caso de calibração e ensaios, é preciso descrever como isso será feito, de modo que os registros estejam disponíveis e mostrem que a calibração é rastreável em relação a padrões nacionais ou internacionais. Além disso, é preciso assegurar-se de que é possível identi�car quais equipamentos estão calibrados e que são adequados ao uso (por exemplo, etiquetar o equipamento). Se um equipamento defeituoso for encontrado, é preciso decidir se é necessário fazer alguma coisa com relação ao produto que foi aprovado utilizando aquele equipamento. O resultado de qualquer análise crítica pode indicar se uma ação é necessária ou não. Além da calibração dos equipamentos, é necessário que se mantenham registros para mostrar quando e quem executou a última calibração e qual a data da próxima. Qual foi o procedimento de calibração utilizado, o critério de aceitação, o resultado e se o equipamento foi aceito.2 A ABNT NBR ISO 10012:200471 contém todos os requisitos que os laboratórios de ensaio e calibração devem atender se desejam demonstrar que têm implementado um sistema da qualidade e que têm competência técnica e capacidade de produzir resultados tecnicamente válidos. Recomenda-se que os organismos de credenciamento 182


que reconhecem a competência de laboratórios de ensaio e calibração utilizem esta norma como base para seus credenciamentos. O crescimento do uso de sistemas da qualidade, em geral, tem aumentado a necessidade de assegurar que laboratórios que fazem parte de organizações maiores ou que oferecem outros serviços possam operar de acordo com um sistema de qualidade que esteja em conformidade com a ABNT NBR ISO 9001:2008 70 ou a ABNT NBR ISO 9002:2002,72 bem como com a ABNT NBR ISO 10012:2004 71. Portanto, foram tomados cuidados para incorporar todos os requisitos da ABNT NBR ISO 9001:2008 70 e da ABNT NBR ISO 9002:2002, 72 que são pertinentes ao escopo dos serviços de ensaio e calibração cobertos pelo sistema de qualidade do laboratório. Apenas a certi�cação da ABNT NBR ISO 9001:2008 70 e da ABNT NBR ISO 9002:200272 não demonstram a competência do laboratório para produzir dados e resultados tecnicamente válidos. Convém que a aceitação de resultados de ensaio e calibração entre países deva ser facilitada se os laboratórios atenderem a esta norma71 e se obtiverem o credenciamento de organismos que tenham acordos de reconhecimento mútuo com organismos equivalentes de outros países, os quais utilizem esta norma. 71 Seu uso facilitará a operação entre laboratórios e outros organismos, auxiliando na troca de informações e experiência e na harmonização de normas e procedimentos. Portanto, a ABNT NBR ISO 10012:2004 71 especi�ca os requisitos gerais para a competência em realizar ensaios e/ou calibrações, incluindo amostragem. Ela cobre ensaios e calibrações realizados utilizando-se métodos normalizados, métodos não normalizados e métodos desenvolvidos pelo laboratório. É para ser utilizada por laboratórios no desenvolvimento dos seus sistemas de qualidade, administrativo e técnico que regem suas operações. Clientes de laboratórios, autoridades regulamentadoras e organismos de credenciamento podem também usá-la na con�rmação ou no reconhecimento da competência de laboratórios.

6.1.4. Procedimento de calibração A Metrologia, como ciência das medições, possui particularidades importantes que devem ser consideradas na elaboração de um procedimento de calibração. A primeira preocupação é com o tipo de instrumento a calibrar, porque um procedimento de calibração de um paquímetro, por exemplo, é diferente de um procedimento de calibração de um micrômetro, já que cada instrumento está relacionado a uma norma especí�ca. Com base nessa condição, qualquer procedimento de calibração deve estar relacionado ao instrumento de medição a calibrar, às condições ambientais, ao tipo de trabalho e a uma norma especí�ca que garanta rastreabilidade da medição. Em relação a um procedimento de calibração, também é preciso que se considerem alguns outros elementos, descritos a seguir, que são essenciais para que se possa a�rmar se o resultado de uma calibração é rastreável por um padrão nacional ou internacional: 183

Metrologia e controle dimensional • Cadeia contínua de comparações, conduzindo até um padrão nacional ou • •

•

•

•

internacional. Referência à unidade SI: a cadeia de comparações deve alcançar os padrões primários para a realização da unidade do SI. Recalibrações: as calibrações devem ser repetidas em intervalos apropriados, de�nidos em função de uma série de variáveis, como incerteza requerida, frequência e modo de uso dos instrumentos de medição, estabilidade dos equipamentos etc. Incerteza de medição: a cada passo da cadeia de rastreabilidade deve ser determinada a incerteza de medição, de acordo com métodos de�nidos, de modo que se obtenha uma incerteza total para a cadeia. Documentação: cada passo da cadeia de rastreabilidade deve ser realizado de acordo com procedimentos documentados, reconhecidos como adequados, e os resultados obtidos devem ser registrados em um certi�cado de calibração. Competência: os laboratórios que realizam um ou mais passos da cadeia de rastreabilidade devem fornecer evidências da sua competência para a realização da calibração.73

Em relação à elaboração de um roteiro de procedimento de calibração, após estudos55, 74-75 notou-se que três normas diferem quanto ao número de etapas, mas que, direta ou indiretamente, todas convergem para os propósitos coerentes de roteiro de procedimento de calibração. Com base nessas normas, pode-se considerar que um roteiro de procedimento de calibração deve apresentar, no mínimo, as etapas a seguir. Etapa 1 Objetivos da calibração

Esta etapa busca descrever, de forma clara e objetiva, o que se pretende com a calibração. Como exemplo, relacionamos, a seguir, alguns objetivos. – O sistema de medição deve sorer apenas regulagem ou ajustes: executar a calibração em alguns pontos ao longo da faixa de medição. – A calibração deve investigar a undo o comportamento do sistema de medição ao longo de sua aixa de medição: para levantar a curva de erros, é preciso calibrar o sistema de medição em muitos pontos ao longo da sua faixa de medição, devendo-se repetir várias vezes a medição em cada ponto, para minimizar a incerteza de medição da calibração do sistema de medição. – Levantamento da curva de erros para utura correção: de�nidas as condições de operação, deve-se programar uma calibração com grande número de pontos de medição dentro da faixa de medição do SMC, bem como 184


realizar grande número de ciclos para reduzir a incerteza nos valores da tendência ou da correção. Etapa 2 Caracterização do sistema de medição a ser calibrado

A identi�cação do sistema de medição a ser calibrado é o ponto-chave para o sucesso da calibração. Portanto, se o avaliador não conhecer as características do sistema de medição, não saberá identi�car qualquer anormalidade no processo. Se for calibrar um paquímetro, por exemplo, deverá conhecer sua especi�cação: tipo de paquímetro, capacidade, resolução, aplicação etc. Etapa 3 Padrão de referência

Para esta etapa devem ser descritas todas as normas relativas ao sistema de medição, bem como procedimentos de medição e demais particularidades. Devem ser citados os erros, os desvios e as incertezas permissíveis para o instrumento ou sistema. Citando o paquímetro como exemplo, devem-se levar em conta as orientações contidas na norma ABNT NBR NM 216:2000 (Paquímetros e paquímetros de profundidade – Características construtivas e requisitos metrológicos), 20 que especi�ca os requisitos principais para as características construtivas, dimensionais e de desempenho de paquímetros com várias faixas de medição. Etapa 4 Preparação para execução da calibração

A primeira providência a ser tomada é preparar execução da calibração com base em normas e critérios técnicos. Deve ser levantada toda a instrumentação necessária para essa atividade. Isso deve ser feito por pro�ssionais experientes e quali�cados, tendo em vista que eles devem descrever todo o processo detalhadamente, mas de forma clara e compreensiva, sem pular nenhuma etapa fundamental. A calibração deve ser muito bem esquematizada, com instruções passo a passo, incluindo tudo o que a envolver: condições ambientais, sequência de operações, montagens a serem executadas, instrumentos auxiliares e coleta de dados. Etapa 5 Execução da calibração

Para a execução da calibração, devem ser respeitados todos os procedimentos descritos na preparação. Os dados coletados, cálculos realizados e quaisquer observações importantes devem ser registrados para análises posteriores. 185

Metrologia e controle dimensional Etapa 6 Registro dos dados coletados

O registro dos dados coletados deve ser feito em planilhas e formulários adequados, de modo a facilitar a interpretação dos resultados. Se houver a geração de grá�cos ou sinais importantes, deve haver uma maneira adequada de registrá-los. Etapa 7 Análise e interpretação dos resultados

Na análise e interpretação dos resultados, os valores encontrados devem ser comparados com os valores referenciados nas normas previstas e na especi�cação do fabricante. Não se pode deixar de calcular a incerteza de medição que caracteriza a dispersão dos resultados. Os resultados analisados servirão de base para relatar o parecer �nal da calibração. Etapa 8 Critério de aceitação

O critério de aceitação é a forma de concluir um processo experimental de calibração. Ele deve ser fundamentado nas normas ou quaisquer referências relatadas na execução da calibração. Nesse caso, devem ser considerados todos os requisitos pertinentes às normas referenciadas em ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005,5 ABNT NBR 9001:200870 e ABNT NBR ISO 10012:2004. 71 Etapa 9 Certi�cado de calibração

O certi�cado de calibração é a validação do processo de calibração, ou seja, é veri�cação na qual os requisitos especi�cados são adequados para um uso pretendido. De acordo com a ABNT NBR ISO 10012:2004, 71 os certi�cados de calibração devem possuir, pelo menos, as seguintes informações: – Título (por exemplo, “relatório de ensaio” ou “certi�cado de calibração”). – Nome e endereço do laboratório e o local onde os ensaios e/ou calibrações foram realizados, quando diferentes do endereço do laboratório. – Identi�cação unívoca do relatório de ensaio ou certi�cado de calibração (como número de série), e em cada página uma identi�cação que assegure que ela seja reconhecida como uma parte do relatório de ensaio ou do certi�cado de calibração, e uma clara identi�cação do �nal do relatório de ensaio ou certi�cado de calibração. – Nome e endereço do cliente. – Identi�cação do método utilizado. 186


– Descrição – a condição e identi�cação não ambígua do(s) item(ns) ensaiado(s) ou calibrado(s). – Data do recebimento do(s) item(ns) de ensaio ou de calibração, quando isso for crítico para a validade e a aplicação dos resultados, e a(s) data(s) da realização do ensaio ou calibração. – Referência ao plano e procedimentos de amostragem utilizados pelo laboratório ou por outros organismos, quando estes forem pertinentes para a validade ou aplicação dos resultados. – Resultados do ensaio ou da calibração com as unidades de medida, onde apropriado. – Nome, função e assinatura ou identi�cação equivalente de quem estiver autorizado a emissão do relatório de ensaio ou do certi�cado de calibração, seja uma ou mais pessoas. – Onde pertinente, declaração de que os resultados se referem aos itens ensaiados ou calibrados.

6.2. V ERIFICAÇÃO METROLÓGICA Veri�cação metrológica é o provimento de evidência objetiva de que um dado item atende a requisitos especi�cados. A veri�cação metrológica, em que se cobram taxas especí�cas, desdobra-se em três tipos de veri�cação: inicial, subsequente e eventual. 11 Os instrumentos de medição e as medidas materializadas sujeitos à veri�cação são examinados com base na legislação metrológica, que pode contemplar as etapas a seguir. • Exame de conformidade de modelo aprovado

Veri�ca-se a conformidade do instrumento às características de construção descritas na Portaria de Aprovação de Modelo baixada pelo Inmetro, especí�ca para o modelo inspecionado. Esse procedimento é realizado apenas na veri�cação inicial. • Exame visual

Observam-se as características gerais do instrumento, como legibilidade dos indicadores de medição, identi�cações, estado geral de conservação, marcas de veri�cação e selagem, bem como suas condições de instalação e operação. Esse procedimento é realizado na veri�cação subsequente e na eventual. • Ensaios de medição

O instrumento é submetido aos ensaios de determinação de erros de medição, utilizando-se para isso padrões rastreados ao Inmetro. 187

Metrologia e controle dimensional • Aposição de marcas de veri�cação e de selagem

Sempre que um instrumento de medição é veri�cado e aprovado, ele recebe uma marca de veri�cação (geralmente um adesivo, contendo o prazo de validade da veri�cação) e uma de selagem (selo de material plástico, contendo o símbolo do Inmetro), objetivando garantir a inviolabilidade do instrumento. • Certi�cado de veri�cação

Documento que atesta que o instrumento de medição foi submetido aos exames exigidos pela legislação metrológica, concluindo por sua aprovação ou reprovação. Somente é expedido a pedido do interessado. • Veri�cação inicial

Realizada em instrumentos novos, antes de serem comercializados, em geral nas dependências do fabricante, na qual o instrumento é submetido aos seguintes procedimentos: exame de conformidade de modelo aprovado, ensaio de medição, aposição das marcas de veri�cação e de selagem. É cobrada taxa dos serviços metrológicos. • Veri�cação subsequente

É realizada, em geral, uma vez ao ano, em instrumentos em uso no comércio, indústria e serviços, nos locais onde estiverem instalados. O instrumento é submetido aos seguintes procedimentos: exame visual, ensaio de medição, aposição das marcas de veri�cação e de selagem. É cobrada taxa dos serviços metrológicos. Existem instrumentos de medição que, por suas características, necessitam de instalações adequadas para a veri�cação subsequente, como Posto de Veri�cação de Vagão-Tanque e Posto de Veri�cação de Taxímetro para a Capital. • Veri�cação eventual

Após a veri�cação subsequente, é realizada a qualquer tempo, a pedido do usuário ou após reparo de instrumento reprovado em veri�cação anterior e nos casos em que haja obliteração (destruição total ou parcial) da marca de veri�cação. O instrumento é submetido aos mesmos procedimentos exigidos para veri�cação subsequente. É cobrada taxa de serviços metrológicos. • Inspeção metrológica para a ação �scal (�scalização)

Rotina �scal executada simultaneamente às veri�cações subsequente e eventual, ou a qualquer tempo (ação �scal exclusiva), motivada por reclamação de consumidor ou iniciativa do próprio Ipem-SP. O instrumento é submetido aos mesmos procedimentos exigidos para veri�cação subsequente. Não é cobrada taxa de serviços metrológicos. O principal objetivo dessa ação �scalizadora é fazer que as irregularidades encontradas sejam corrigidas. Para tanto, o instrumento irregular é interditado ou apreendido, e o responsável é autuado. 188


6.3. R EGULAMENTAÇÃO METROLÓGICA A regulamentação metrológica é uma atividade pertencente à Metrologia Legal, que tem o poder de �scalizar as atividades metrológicas, pelo cunho de utilidade pública de que se revestem, dizendo respeito ao interesse do consumidor e caracterizando-se como matéria de alta relevância. 76 Quem estuda ou convive com atividades que envolvam a regulamentação metrológica precisa conhecer os princípios da Resolução do Conmetro no 11/88, reproduzida a seguir.

Resolução nº 11, de 12 de outubro de 1988. O Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – CONMETRO, usando das atribuições que lhe confere o artigo 3 º da Lei nº 5.966, de 11 de dezembro de 1973, através de sua 20 ª Sessão Ordinária realizada em Brasília, em 23/8/1988. Considerando a necessidade de assegurar satisfatórias condições de funcionamento dos órgãos integrantes do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – SINMETRO; Considerando que as atividades metrológicas, pelo cunho de utilidade pública de que se revestem, dizendo respeito ao interesse do consumidor, caracterizam-se como matéria de alta relevância; Considerando a necessidade de atualização dos critérios e procedimentos para a execução da atividade de Metrologia Legal no país, resolve: 1. Aprovar a Regulamentação Metrológica, que com esta baixa, para �el observância. 2. Revogar a Resolução nº 01/82, de 27 de abril de 1982. 3. Esta Resolução entrará em vigor na data de sua publicação. Brasília, 12 de outubro de 1988. Roberto Cardoso Alves

Regulamentação Metrológica Capítulo I

Das Unidades de Medida 1. Adotam-se no Brasil, obrigatória e exclusivamente as unidades de medida baseadas no Sistema Internacional de Unidades (SI), apro vadas nas Conferências Gerais de Pesos e Medidas (CGPM). 2. Serão usadas, para medir as grandezas indicadas, as seguintes unidades de base: 189

Metrologia e controle dimensional I. para comprimento: o metro (símbolo m); II. para massa: o quilograma (símbolo kg); III. para o tempo: o segundo (símbolo s); IV. para corrente elétrica: o ampére (símbolo A); V. para temperatura termodinâmica: o kelvin (símbolo K); VI. para quantidade de matéria: o mol (símbolo mol); VII. para intensidade luminosa: a candela (símbolo cd). 3. Para as demais grandezas serão obrigatórias: a) unidades derivadas e suplementares do SI, ou aquelas aceitas pela CGPM; b) os múltiplos e submúltiplos das referidas unidades, formados com “pre�xos SI”. 3.1. Serão utilizadas as unidades constantes do Quadro Geral de Unidades de Medida. Capítulo II

Dos Órgãos Atuantes na Metrologia 4. Atuam na área de Metrologia: a) O Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – Inmetro; b) Órgãos Estaduais e Municipais que executam atividades de Metrologia; c) Os órgãos e entidades da administração federal, estadual e municipal, assim como entidades particulares que, mediante convênios, acordos, contratos e ajustes, sejam credenciados a exercer atividades na área metrológica. 4.1. A �m de assegurar, em todo o território nacional, a indispensá vel uniformidade na expressão das grandezas, cabe ao Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – Inmetro: a) expedir ou propor a expedição de atos normativos metrológicos, necessários à implementação de suas atividades, abrangendo os campos comercial, industrial, técnico e cientí�co; b) propor a �xação dos preços públicos dos serviços efetuados em veri�cação de medidas materializadas e instrumentos de medir, e das multas aplicadas, conforme previstas na Lei no 5.966, de 11 de dezembro de 1973, e no Decreto nº 86.550, de 6 de novembro de 1981; c) �scalizar o cumprimento de toda lei ou norma na área metrológica; 190

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica d) dirimir as dúvidas suscitadas pela aplicação da legislação metrológica; e) colaborar com a Repartição Internacional de Pesos e Medidas, a Organização Internacional de Metrologia Legal e outras entidades de notório destaque no contexto metrológico; f) adquirir e conservar os padrões nacionais e providenciar para que sejam periodicamente aferidos segundo os padrões internacionais; g) especi�car as condições mínimas a que deverão obedecer os modelos de medidas materializadas e instrumentos de medir, examinando-os, de�nindo-os e aprovando-os ou não; h) tomar as providências administrativas necessárias ao melhor cumprimento de suas atribuições; i) ministrar cursos de formação e aperfeiçoamento em Metrologia, obedecidos os dispositivos legais; j) indicar representante nas Conferências Gerais de Pesos e Medidas. 5. O Inmetro poderá efetuar delegação de atividades na área metrológica, mediante contratos, convênios, ajustes, acordos, assim como credenciar entidades para execução de atividades metrológicas, exceto no que diz respeito à Metrologia Legal. 6. Entende-se como Metrologia Legal a parte da Metrologia que se refere às exigências legais, técnicas e administrativas, relativas às unidades de medida, aos métodos de medição, aos instrumentos de medir e às medidas materializadas. 7. Fica o Inmetro autorizado a adotar as providências necessárias à consolidação das atividades de Metrologia no país, �rmando os convênios, contratos, ajustes e acordos, assim como os credenciamentos que se �zerem necessários. Capítulo III

Dos Instrumentos de Medir, das Medidas Materializadas e do Modo de Utilizá-las 8. Os instrumentos de medir e as medidas materializadas que tenham sido objeto de atos normativos, quando forem oferecidos à venda; quando forem empregados em atividades econômicas; quando forem utilizados na concretização ou na de�nição do objeto de atos em negócios jurídicos de natureza comercial, cível, trabalhista, �scal, para�scal, administrativa e processual; e quando forem empregados 191

Metrologia e controle dimensional em quaisquer outras medições que interessem à incolumidade das pessoas, deverão, obrigatoriamente: a) corresponder ao modelo aprovado pelo Inmetro; b) ser aprovados em veri�cação inicial, nas condições �xadas pelo Instituto; c) ser veri�cados periodicamente. 8.1. O Inmetro determinará quais as medidas materializadas e instrumentos de medir sujeitos às obrigações de�nidas neste item. 8.2. Em casos especiais poderá o Inmetro isentar de veri�cação periódica determinadas classes de medidas materializadas e instrumentos de medir, bem como da aprovação de modelos. 9. O Inmetro emitirá certi�cado que indique a �nalidade e os limites dos instrumentos ou medidas materializadas veri�cados, sendo nesses aposta marca o�cial e/ou marca de selagem que identi�que o órgão executor e o ano de execução. 9.1. Em casos especiais, a critério do Inmetro, será dispensada a emissão do certi�cado de veri�cação individual, bem como da indicação da �nalidade e dos limites de utilização dos instrumentos de medir ou medidas materializadas, ou ainda a aposição da marca o�cial e/ou da marca de selagem. 10. Os fabricantes de medidas materializadas e instrumentos de medir deverão registrar os seus estabelecimentos no Inmetro, nas condições que forem estabelecidas em ato normativo especí�co. 11. O Inmetro especi�cará as condições técnicas a que devam satisfazer as o�cinas que executem consertos ou manutenção de medidas materializadas e instrumentos de medir, sobre os quais haja regulamentação. Capítulo IV

Do Aspecto Metrológico das Transações 12. Toda e qualquer transação de compra e venda ou, de modo geral, de transmissão de propriedade efetuada no país, deverá ser baseada em unidades legais de medida, em conformidade com o Sistema Internacional de Unidades (SI). 12.1. Excluem-se da obrigatoriedade mencionada neste item contratos ou documentos relativos a mercadorias importadas ou exportadas, podendo, em tais casos, indicar as grandezas expressas em unidades legais do país de origem ou destino, acompanhadas, obrigatoriamente, de sua conversão para as unidades legais brasileiras. 192


12.2. As embalagens, continentes, envoltórios e invólucros relativos às mercadorias referidas no subitem anterior deverão trazer, obrigatoriamente, e em maior destaque, a indicação de sua quantidade líquida em unidades legais brasileiras, a par de outras dos países de destino ou origem, para efeito de sua comercialização em todo território nacional. 13. É obrigatório, para expressão de quaisquer grandezas, o uso das unidades legais de medida em livros, catálogos, anúncios, propaganda comercial, plantas, faturas, editais, sinais de tráfego, envoltórios e recipientes de mercadorias e impressos em geral. 13.1. Admite-se o uso de unidades não legais em tabelas de concordância e transformação entre as unidades legais e não legais. Capítulo V

Das Mercadorias Pré-medidas sem a Presença do Comprador, Acondicionadas ou Não 14. As mercadorias pré-medidas acondicionadas ou não, sem a presença de comprador deverão trazer, de modo bem visível e inequívoco, a indicação da quantidade líquida ou da quantidade mínima expressa em unidades legais, ou nos casos de�nidos pelo Inmetro, o número de unidades contidas no acondicionamento. 14.1. Considera-se quantidade líquida das mercadorias a quantidade do produto principal exposto à venda: salsicha, sem levar em consideração a salmoura; pêssego em calda, excluída a calda; azeitona, descontado o líquido que as contém, e outros. 14.2. Considera-se quantidade mínima das mercadorias o menor valor da quantidade encontrado em qualquer unidade. 14.3. Considera-se como produto principal aquele existente em uma embalagem e que se constitua na razão principal de sua comercialização. 15. Nenhuma mercadoria pré-medida poderá ser comercializada sem que a sua quantidade seja expressa em unidades legais grafadas por extenso, ou com os símbolos de uso obrigatório para representá-las. 15.1. As mercadorias que se apresentem a 20ºC sob forma sólida ou granulada devem ser comercializadas em unidades legais de massa, seus múltiplos e submúltiplos. 15.2. As mercadorias que se apresentem a 20ºC sob forma líquida ou pastosa devem ser comercializadas em unidades legais de volume, seus múltiplos e submúltiplos. 193

Metrologia e controle dimensional 15.3. As mercadorias que se apresentem em estado líquido a 20ºC sob pressão e os produtos acondicionados sob a forma de aerossóis terão sua comercialização regulamentada pelo Inmetro. 15.4. As mercadorias cujo emprego principal depende de sua extensão linear devem ser comercializadas em unidades legais de comprimento, seus múltiplos e submúltiplos. 15.5. As mercadorias cujo emprego principal depende de sua superfície devem ser comercializadas em unidades legais de área, seus múltiplos e submúltiplos. 15.6. As mercadorias que, por suas características principais de utilização, são comercializadas em unidades devem trazer a indicação quantitativa referente ao número de unidades. 16. Poderá o Inmetro autorizar a comercialização de mercadorias pré-medidas, em unidades legais, diferentes das estabelecidas no item 15, mediante ato normativo especí�co. 17. É dispensável a indicação da quantidade nas mercadorias em apresentação especial, com �nalidade publicitária, de demonstração, experimentação ou para comprovação de qualidade, sem objetivo de comercialização. 18. Não se admite, em invólucros ou envoltórios fechados, a qualquer título, inclusive para oferta ou propaganda, a inclusão de outra mercadoria que não seja aquela para a qual tenha sido destinada a embalagem. 19. As mercadorias pré-medidas que tragam em sua embalagem en voltório ou invólucro, a indicação de sua composição (substância, produtos integrantes ou ingredientes) serão objeto de �scalização quantitativa da indicação. 20. Nos produtos em conserva, será considerado como equivalente ao principal e integrante da quantidade líquida o conservante cujo valor comercial seja igual ou superior ao do produto principal. 21. Quando, no invólucro ou envoltório fechado, houver dois ou mais produtos de igual importância, a quantidade líquida a ser considerada será a representada pela soma das quantidades desses produtos. 22. Quando, em obediência a dispositivos legais ou por outros motivos, a critério do Inmetro, o invólucro ou envoltório fechado tiver que trazer a indicação da quantidade bruta, esta só poderá ser feita em caracteres de menor tamanho e de menor destaque, em relação aos caracteres indicativos da quantidade líquida. 194


23. As mercadorias acondicionadas não poderão trazer em seus in vólucros ou envoltórios fechados quaisquer indicações adjetivas à quantidade. 24. As mercadorias previamente medidas, sem acondicionamento próprio, devem trazer a indicação quantitativa correspondente, atendendo às normas da presente Resolução, num rótulo, etiqueta, numa gravação feita na sua própria superfície ou por outro meio ou processo adequado, que transmita fácil, �el e satisfatoriamente ao consumidor a informação quantitativa, nas condições referidas. 25. A indicação da quantidade líquida, exigida nesta Resolução, poderá admitir tolerância nos termos e condições a serem de�nidos em ato normativo do Inmetro. 26. No caso de mercadorias que, por sua natureza, tenham quantidade variável com as condições de exposição ou conservação, a indicação da quantidade deverá se referir à “quantidade mínima” levando em conta essa variação. 27. O número de unidades que deve compor a amostra e as regras para a amostragem serão �xados através de ato normativo do Inmetro. 28. Para os produtos de carne e derivados, embutidos em tripa natural ou arti�cial, desde que não estejam fatiados, e aqueles que não puderem ter suas quantidades padronizadas quando a massa de cada unidade (peça), for superior a 50 (cinquenta) gramas, será facultado que a indicação da quantidade líquida seja efetivada na fase de comercialização �nal do produto. 28.1. Se, no rótulo ou revestimento, aparecer indicação da quantidade líquida, �cará este sujeito à tolerância admitida. 28.2. Os produtos de carne ou derivados sujeitos a cozimento ou processo semelhante, depois de acondicionados, e que sofram assim, mudanças de sua constituição, para as quantidades líquidas, serão considerados os novos produtos resultantes do processo. 29. Para os queijos e requeijões que não possam ter suas quantidades padronizadas e/ou possam perder peso de maneira acentuada, será facultado que a indicação da quantidade líquida seja efetivada na fase da comercialização �nal do produto. 30. Todos os vasilhames de vidro, fabricados para vendas de bebidas, deverão trazer a indicação de sua capacidade expressa em litros, seus múltiplos e submúltiplos e a marca que identi�que o fabricante perante o Inmetro. 195

Metrologia e controle dimensional 31. A indicação da quantidade líquida ou da quantidade mínima deverá corresponder a valor nunca inferior a 90% (noventa por cento) da capacidade do continente. 32. Os rótulos utilizados pelas indústrias de bebidas devem trazer, de forma clara e visível, a indicação em litros, seus múltiplos e submúltiplos, do volume de bebida contida no recipiente. 33. Os produtos farmacêuticos, fabricados ou comercializados no país, trarão nos seus rótulos ou envoltórios, a composição básica ou fórmula (por dose a ministrar, por massa ou volume), sempre expressa em unidades legais e na conformidade das determinações legais correspondentes. 34. Além dessa exigência, os produtos farmacêuticos mencionarão, conforme o caso, nos seus rótulos e/ou envoltórios externos: a) a quantidade de unidades dose (comprimidos, drágeas, pastilhas, pílulas, ampolas ou outros semelháveis), contida na embalagem ou acondicionamento comercial; b) a massa ou o volume do produto farmacêutico contido em embalagem ou acondicionamento comercial, no caso de pó ou líquidos, de qualquer natureza; c) a quantidade mínima em massa, no caso de preparações pastosas ou semissólidas (pomadas, pastas, unguentos e equivalentes) e de grânulos ou granulados; d) o comprimento, massa ou unidades contidos na embalagem ou acondicionamento, quando se tratar de materiais de penso ou curativos. 35. O cilindro ou recipiente de gás sob pressão, desde que não tenha regulamentação especí�ca, deverá trazer, obrigatoriamente, além da tara, a indicação da quantidade líquida do produto nele contido, em etiqueta de cartolina, presa à válvula do respectivo cilindro. 35.1. A etiqueta de cartolina deverá ser presa no �o de arame de selagem e antes do selo de chumbo, de modo a garantir a in violabilidade do cilindro. Capítulo VI

Das Normas Procedimentais para a Realização da Fiscalização 36. A �scalização de mercadorias pré-medidas, acondicionadas ou não sem a presença do consumidor, será realizada da seguinte forma: a) o órgão metrológico promoverá a retirada de amostras mediante recibo, no qual se especi�cará a mercadoria e seu estado de inviolabilidade; 196

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica b) veri�cado que um produto exposto à venda não satisfaz às exigências desta Resolução e da legislação pertinente, �cará ele sujeito a apreensão, mediante recibo, no qual se especi�cará a mercadoria e a natureza da irregularidade, para efeito de instrução do processo; c) em cada elemento da amostra assim coletada serão feitas as medições necessárias. Essas medições poderão ser acompanhadas, pelos interessados, aos quais se comunicará, por escrito, a hora e o local em que serão realizadas; d) a ausência do interessado às medições não descaracterizará a fé pública dos laudos emitidos. Capítulo VII

Das Penalidades 37. As penalidades por infrações serão aplicadas de maneira gradativa, levando-se em conta: a) o valor do prejuízo resultante da infração para o consumidor; b) ser o infrator primário ou reincidente. Capítulo VIII

Disposições gerais 38. É assegurada aos agentes metrológicos, no desempenho de suas atribuições, garantia de livre acesso a todos os locais onde se fabriquem, usem ou exponham à venda medidas materializadas ou instrumentos de medir ou onde se acondicionem ou vendam mercadorias. 39. A violação de lacres ou interdição, ou seu rompimento, sem prévia autorização do Inmetro, de medidas materializadas, instrumentos de medir e mercadorias pré-medidas acondicionadas ou não, sem a presença do consumidor, sujeita o autor, além das sanções previstas na legislação penal, às penalidades previstas na Lei no 5.966, de 11 de dezembro de 1973. 40. As empresas que executarem operações metrológicas, de natureza comercial, sujeitar-se-ão às condições estabelecidas pelo Inmetro, em ato próprio. 41. O prazo para utilização de rótulos, acondicionamentos e continentes que já trazem a indicação quantitativa, mas que se encontrem em desacordo com alguns dos dispositivos desta Resolução será de 180 dias, a contar da data de sua publicação. 197

Metrologia e controle dimensional 42. O Inmetro estabelecerá: a) a maneira como devem ser executadas as medições; b) as tolerâncias permitidas para as diferenças encontradas nessas medições; c) exigências metrológicas para as mercadorias pré-medidas, acondicionadas ou não, inclusive padronização quantitativa; d) regras gerais sobre a �scalização das medidas materializadas e dos instrumentos de medir. 43. Ficam rati�cados todos os atos normativos metrológicos, baixados até a presente data, pelo Ministro de Estado da Indústria e do Comércio, pelo antigo Ministério do Trabalho, Indústria e Comércio e pelo Instituto Nacional de Pesos e Medidas, desde que não contrariem o disposto na presente Resolução. 43.1. Fica o Inmetro autorizado a alterar ou substituir os atos normativos especi�cados neste item.

6.4. CONFIRMAÇÃO METROLÓGICA A con�rmação metrológica é um procedimento planejado e sistematicamente desenvolvido para veri�car o desempenho de um sistema de medição. Tem a função de analisar não conformidades relativas a limites de erro permissível, incertezas associadas ao resultado de medições e se são condizentes com a especi�cação necessária para �ns de determinação da conformidade de processos e/ou produtos monitorados pelo equipamento. Durante a con�rmação metrológica também se deve analisar se a qualidade requerida das medidas de um componente pode ser validada e se é possível preservar os estados de exatidão, precisão e adequação ao uso de um equipamento ou, em caso contrário, submeter o processo de medição a ações corretivas e preventivas cabíveis. A execução de uma rotina de con�rmação metrológica consiste em cumprir os procedimentos estabelecidos durante a estruturação do sistema. Estas rotinas, que ocorrem em nível operacional, seguem os passos a serem obedecidos. 77 • Submeter equipamento à calibração. • Registrar resultados e emitir certi�cado de calibração (no caso de calibração

executada internamente) ou receber certi�cado de calibração (no caso de calibração executada externamente). • Analisar se os resultados estão conforme os critérios de aceitação estabelecidos para o instrumento. 198

Calibração, veri�cação, regulamentação e con�rmação metrológica • Em caso de aceitação do instrumento, arquivar o certi�cado correspondente, identi�car o status do instrumento, colocar o lacre se apropriado e disponibi-

lizar o instrumento para uso. • Em caso de reprovação do instrumento, proceder a identi�cação e segregação do instrumento não conforme. Estabelecer ações corretivas e preventivas adequadas.

199

CAPÍTULO

7

AVALIAÇÃO DA CONFORMIDADE E ACREDITAÇÃO DE LABORATÓRIOS

7.1. CONCEITOS DA AVALIAÇÃO DE CONFORMIDADE Há milhares de anos, desde que o mundo deu seus primeiros passos no comércio, a atividade de avaliação da conformidade vem sendo usada como um importante instrumento nas trocas de mercadorias. As relações comerciais são acompanhadas de veri�cações dos produtos quanto à conformidade aos padrões e aos pedidos estabelecidos. Quando compra alguma coisa, o cliente quer saber se o que recebeu é o que foi pedido. Isso pode ser feito comparando-se o recebido com a especi�cação do que foi pedido. O ato de fazer essa veri�cação é a avaliação da conformidade. Assim, apesar do aumento de complexidade da economia mundial, e, evidentemente, da evolução da atividade do comércio, percebe-se que o conceito de avaliação da conformidade se manteve presente ao longo de todos esses anos.78 Com a globalização da economia, as nações passaram a reconhecer a necessidade da criação de uma estrutura industrial cada vez mais efetiva, dispondo não somente de capital, tecnologia, energia e infraestrutura, mas também de instituições e sistemas de normalização, de regulamentação, de Metrologia e de avaliação da conformidade. Os papéis do Estado sofreram profundas transformações ao longo dos últimos anos, e este 201


passou a atuar através do estabelecimento de ampla gama de políticas públicas, exercendo o poder de regulamentação, capaz de facilitar os �uxos de capital e de produtos. O Estado, através da regulamentação desempenha papel fundamental na defesa dos interesses da sociedade e deve estimular a atividade para o fortalecimento e desenvolvimento de normas, regulamentos técnicos e sistemas de avaliação da conformidade. Por outro lado, o surgimento dos blocos econômicos e a utilização cada vez mais crescente de barreiras técnicas no comércio internacional e no cenário econômico mundial passaram a exercer grandes pressões e demandas nas atividades de avaliação da conformidade que devem ser consideradas quando da execução de programas adequados. Dentro dos blocos econômicos, deve aumentar a demanda das empresas para o aprimoramento dos programas de normalização e de avaliação da conformidade, objetivando facilitar e disciplinar os �uxos comerciais entre os países componentes dos blocos. A elaboração de normas, a realização de ensaios e as práticas de avaliação da conformidade constituem uma estratégia de política industrial do país para inserir os produtos brasileiros com competitividade no mercado internacional e prevenir-se da invasão de produtos estrangeiros de qualidade duvidosa. Visando essa competitividade no mercado internacional, torna-se necessário intensi�car a revisão e a elaboração de normas e regulamentos técnicos, no sentido de simpli�cá-los na busca de alcançar o seu “estado da arte”, principalmente os ligados às áreas de saúde, segurança e meio ambiente. O Inmetro é o responsável pela gestão dos Programas de Avaliação da Conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Avaliação da Conformidade (SBAC). Seu negócio é implantar, de forma assistida, programas de avaliação da conformidade de produtos, processos, serviços e pessoal, alinhados às políticas do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Sinmetro) e às práticas internacionais, promovendo competitividade, concorrência justa e proteção à saúde e segurança do cidadão e ao meio ambiente. Seu público-alvo é formado pelos setores produtivos, autoridades regulamentadoras e consumidores. O processo de elaboração dos Programas de Avaliação da Conformidade tem como premissa a implantação assistida, ou seja, desde a concepção até a implementação e posterior acompanhamento no mercado. O programa deve ser conduzido de forma a identi�car fatores que facilitem ou que possam di�cultar a implantação assistida, contemplando, para cada ação, a natureza, os meios, os responsáveis e os prazos, de modo a facilitar o entendimento, a aceitação e a adequação ao programa por todas as partes interessadas, que, por sua vez, contemplam também as partes impactadas. Qualidade, no contexto do Inmetro, compreende o grau de atendimento (ou conformidade) de um produto, processo, serviço ou ainda um pro�ssional a requisitos mínimos estabelecidos em normas ou regulamentos técnicos, ao menor custo possível para a sociedade. Essa de�nição, bastante simples, traz embutida um extenso, complexo e poderoso instrumento estratégico para o desenvolvimento das economias ,

202

Avaliação da conformidade e acreditação de laboratórios

nacionais. Tanto que a própria Organização Mundial do Comércio (OMC) tem a sua de�nição para a expressão: “qualquer atividade com objetivo de determinar, direta ou indiretamente, o atendimento a requisitos aplicáveis”. Para as exportações, onde diversos países utilizam barreiras técnicas em substituição às barreiras tarifárias como forma de protecionismo ao mercado interno, a avaliação da conformidade atua como ferramenta estratégica nas relações econômicas, facilitando o livre comércio entre países e blocos econômicos. Portanto, a estratégia competitiva para a participação de um país no comércio internacional tem, obrigatoriamente, que considerar a infraestrutura tecnológica disponível na área de avaliação da conformidade, fator decisivo na aceleração ou redução da velocidade do desenvolvimento econômico, facilitando ou impedindo a participação desses países em mercados internacionais. Sendo assim, os maiores riscos decorrem da infraestrutura técnica, governamental e privada, necessária para a implementação e�ciente de um sistema de avaliação da conformidade. Se, por um lado, uma ágil e correta infraestrutura técnica governamental e uma ampla infraestrutura técnica privada podem ser forças propulsoras para a solidi�cação desse sistema, por outro, a ausência desta pode obstruir o desen volvimento da atividade. A avaliação da conformidade pode ser entendida como qualquer atividade com objetivo de determinar, direta ou indiretamente, que os requisitos aplicáveis são atendidos. Esses requisitos podem estar estabelecidos numa norma ou em outro documento equivalente, como um regulamento técnico ou uma especi�cação. Assim, avaliar e atestar que um produto, serviço, sistema ou pessoal atende aos requisitos de uma norma é um instrumento poderoso para o desenvolvimento empresarial e para a proteção do consumidor. As organizações que adotam a avaliação da conformidade bene�ciam-se pelo aumento de sua competitividade.79 Sob a óptica da avaliação da conformidade, existem nas relações comerciais três partes envolvidas:80 •

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Primeira parte: o

fornecedor ou quem representa seus interesses (por exemplo, uma associação empresarial). Segunda parte: o comprador ou quem representa seus interesses. Terceira parte: aquela que é independente das anteriores, como um organismo independente de avaliação da conformidade, por exemplo.

O fornecedor, de acordo com os seus próprios interesses e necessidades, pode efetuar a avaliação da conformidade de seus produtos e declarar ao comprador ou ao mercado de forma geral essa condição. O comprador, por sua vez, com base nas suas necessidades e expectativas, pode avaliar os produtos adquiridos para assegurar-se da conformidade destes em relação aos pedidos realizados. 203


E ainda temos a possibilidade de avaliar a conformidade por meio de um organismo independente, o qual provê con�ança ao comprador e ao mercado quanto à conformidade dos produtos a serem adquiridos. O comprador, ao receber um produto, pode con�ar no fornecedor e aceitar uma declaração dele de que o produto (ou insumo, ou serviço) está conforme os requisitos especi�cados por ocasião da compra. No entanto, pode ser que o produto comprado tenha um impacto importante no processo de produção do comprador e, então, ele pode pedir ao fornecedor que informe alguns resultados de ensaio do produto pelo laboratório de controle da qualidade para que ele tenha certeza de que o produto está conforme. Pode ser o caso, ainda, de o comprador pedir ao fornecedor que envie algumas amostras para serem ensaiadas num laboratório externo da sua con�ança. O comprador pode desejar efetuar inspeções de liberação do produto na fábrica do fornecedor para ter certeza de que os produtos lhe serão entregues conformes. Pode também desejar proceder a auditorias no sistema de gestão da qualidade do fornecedor para se assegurar da sua capacidade de fornecer consistentemente produtos conformes. En�m, na relação entre o fornecedor e o comprador existem muitas possibilidades e maneiras de ser efetuada a avaliação da conformidade dos produtos fornecidos. O que está na base da escolha da maneira de efetuar a avaliação da conformidade são aspectos técnicos (acerca da maneira mais apropriada e e�caz de se assegurar de que os produtos estão conformes) e de con�ança (acerca de quem fará a avaliação da conformidade e assumirá a responsabilidade por isso).79 A ABNT NBR ISO/IEC 17000:200581 especi�ca termos gerais e de�nições para a avaliação de conformidade, incluindo a acreditação de organismos de avaliação de conformidade para facilitar o comércio. O anexo A dessa norma inclui uma descrição da abordagem por função da avaliação de conformidade, como uma ajuda adicional para a compreensão entre os usuários da avaliação de conformidade, dos organismos de avaliação de conformidade e de seus organismos de acreditação, tanto em contextos voluntários quanto regulamentares. Alguns dos termos incluídos nessa norma se referem a conceitos considerados essenciais a serem de�nidos. Já no caso de outros, achou-se útil esclarecer. Muitos dos termos gerais empregados para distinguir os conceitos de avaliação de conformidade são usados na linguagem comum em um sentido mais amplo ou com um campo de signi�cado maior. Alguns também aparecem em vocabulários de outras normas, com de�nições especí�cas para o campo de aplicação em questão. A avaliação de conformidade pode ser considerada a demonstração de que os requisitos especi�cados e relativos a um produto, processo, sistema, pessoa ou um organismo são atendidos. O domínio da avaliação de conformidade inclui atividades de�nidas em outros locais nessa norma, tais como inspeção e certi�cação, bem como acreditação de organismos de avaliação de conformidade.81 204


A expressão “objeto de avaliação de conformidade” ou “objeto” é usada nessa norma para abranger qualquer material, produto, instalação, processo, sistema, pessoa ou organismo particulares, aos quais a avaliação de conformidade é aplicada. Um serviço é coberto pela de�nição de um produto.

7.1.2. Signi�cado de um produto com conformidade avaliada Com base nos conceitos expostos, �ca claro que, ao nos referirmos a um produto com conformidade avaliada, queremos dizer que ele está de acordo com as normas ou com o regulamento técnico aplicável. Se o foco dos requisitos do documento normativo aplicável é a proteção do meio ambiente, isso signi�ca que ele é um produto ambientalmente seguro. Se o foco é a segurança do cidadão, isso signi�ca que ele é seguro quanto aos riscos que pode oferecer ao consumidor. Se o foco é a saúde, isso signi�ca que ele não oferece riscos à saúde do consumidor ou usuário. Entretanto, não se podem comparar produtos com conformidade avaliada com o objetivo de identi�car se um é melhor ou pior que o outro. No que diz respeito à avaliação da conformidade, pode-se a�rmar que ambos atenderam a requisitos mínimos de segurança, de proteção à saúde, de proteção do meio ambiente etc. Dois produtos com conformidade avaliada com base na mesma referência normativa de vem ser entendidos como produtos que atendem a requisitos mínimos aplicáveis às suas especi�cidades de uso e, portanto, não cabe comparação entre os mesmos, no sentido de de�nir qual é melhor ou pior. O entendimento que se deve ter em relação a um produto com conformidade avaliada é que o mesmo “atende a requisitos mínimos estabelecidos em uma norma ou regulamento técnico”. Os principais aspectos que justi�cam a implantação de programas de avaliação da conformidade são:82 Propiciar a concorrência justa A avaliação da conformidade possibilita a concorrência justa, na medida em que indica, claramente, que os produtos, processos ou serviços atendem a requisitos preestabelecidos. Isso signi�ca que as regras do mercado naquele setor estão estabelecidas e têm que ser praticadas por todos os fornecedores. Estimular a melhoria contínua da qualidade

A avaliação da conformidade induz à busca contínua da melhoria da qualidade, do desenvolvimento tecnológico e da inovação. As empresas que se engajam neste movimento orientam-se para assegurar a qualidade dos seus produtos, processos ou serviços, bene�ciando-se com a melhoria da produtividade e o aumento da competitividade. 205

Metrologia e controle dimensional Informar e proteger o consumidor

A avaliação da conformidade é um indicativo para os consumidores de que o produto, processo ou serviço atende a requisitos mínimos preestabelecidos, fator importante para o aperfeiçoamento de suas decisões de compra, uso e descarte dos produtos. Facilitar o comércio exterior, possibilitando o incremento das exportações Em relação às trocas comerciais, no âmbito dos blocos econômicos e das relações

bilaterais, é particularmente importante a avaliação da conformidade. É cada vez mais usual a utilização de programas de avaliação da conformidade compulsórios para a comercialização de produtos, processos ou serviços que se relacionam com a saúde, a segurança e o meio ambiente. A livre circulação de bens e serviços só se viabilizará integralmente se os países envolvidos mantiverem sistemas de avaliação da conformidade compatíveis e mutuamente reconhecidos. Proteger o mercado interno Da mesma forma que facilitam as exportações, os programas de avaliação da conformidade di�cultam a entrada de produtos, processos ou serviços que não atendam a requisitos mínimos de segurança e desempenho que, colocados no mercado, pre judicariam a ideia da concorrência justa e colocariam em risco seus consumidores e usuários. Agregar valor às marcas A avaliação da conformidade, no campo voluntário, vem sendo cada vez mais usada por fornecedores para agregar valor e distinguir seus produtos em relação ao mercado, atraindo os consumidores e alcançando maiores fatias do mercado. São inegáveis os impactos econômicos e sociais propiciados pela avaliação da conformidade dos

produtos e serviços. Entretanto, esses impactos são de difícil mensuração. A avaliação da conformidade é um instrumento para o desenvolvimento tecnológico e industrial, para o incremento do comércio interno e externo (exportações) e para a proteção do consumidor, bem como da concorrência, contribuindo ainda para a ideia de desen volvimento sustentável.

7.1.3. Requisitos e principais mecanismos para avaliação da conformidade82 A avaliação da conformidade de um objeto qualquer, quando tratado sistemicamente, lança mão de um conjunto de técnicas de gestão da qualidade com vistas a propiciar con�ança de que o objeto submetido à avaliação atende a requisitos estabelecidos em uma norma ou regulamento técnico. Como já anteriormente mencionado, o 206


grande desa�o, ao se criar um programa de avaliação da conformidade, é selecionar um conjunto mínimo dessas técnicas de gestão da qualidade, su�cientes para propiciar con�ança na conformidade, mas com o melhor custo/benefício para as partes interessadas. Esse processo sistematizado de avaliação da conformidade normalmente envolve, entre outras ações: •

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Selecionar norma ou regulamento. Coletar amostras. Efetuar análise de tipo. Selecionar o laboratório responsável pelos ensaios. R ealizar ensaios. R ealizar inspeções. Interpretar os resultados dos ensaios ou inspeções. R ealizar auditorias no sistema de gestão da qualidade do fornecedor. R ealizar auditorias de acompanhamento. De�nir sistemática de tratamento das não conformidades eventualmente identi�cadas. A valiar e acompanhar o produto no mercado.

Pelo exposto, cabe destacar que um programa de avaliação da conformidade tem um momento de avaliação inicial da conformidade do objeto, que é continuado por um conjunto de ações de acompanhamento e controle para que o gestor do programa possa se certi�car de que o produto está efetivamente sendo posto no mercado em conformidade com as regras preestabelecidas. Essa fase de acompanhamento e controle é certamente mais complexa que a da avaliação inicial e, portanto, exige maior grau de sistematização. A avaliação da conformidade pode ser utilizada voluntária ou compulsoriamente. Quando de caráter compulsório, a atividade é exercida pelo Estado, por meio de uma autoridade regulamentadora e de um instrumento legal, se o produto, processo ou serviço oferecer riscos à segurança do consumidor ou ao meio ambiente ou ainda, em alguns casos, quando o desempenho do produto, se inadequado, puder trazer prejuízos econômicos à sociedade. Exemplos de produtos que exigem avaliação da conformidade compulsória: preservativo masculino, fósforos de segurança, capacetes para condutores e passageiros de motocicletas, extintor de incêndio, brinquedos, botijão de gás, cadeira plástica monobloco, adaptadores de plugues e tomadas, aros de bicicleta de uso adulto, agulhas hipodérmicas estéreis para uso único e agulhas gengivais estéreis para uso único, artigos escolares, artigos para festas, destinados ao envasilhamento de álcool, pneus novos de motocicleta, motoneta e ciclomotor, automóvel de passageiros, inclusive os 207


de uso misto e rebocados, veículos comerciais, comerciais leves e rebocados, utilizados no transporte terrestre de produtos perigosos, entre outros. A avaliação da conformidade é voluntária quando parte de uma decisão do fornecedor. A avaliação da conformidade voluntária agrega valor ao produto, representando uma importante vantagem competitiva em relação aos concorrentes. Esse procedimento é usado por fabricantes ou importadores, como meio de informar e atrair o consumidor e, consequentemente, aumentar sua participação no mercado. A importância da avaliação da conformidade no campo voluntário vem crescendo no mercado internacional, como forma de superar barreiras técnicas ou de acesso a mercados exigentes, como os da cachaça, da telha e do tijolo cerâmicos para alvenaria, do mobiliário (mesa e cadeira), do vidro temperado plano, de interruptores e/ou disjuntores de corrente e diferenciais para usos domésticos e análogos. Os principais mecanismos de avaliação da conformidade praticados no Brasil são a certi�cação, a declaração da conformidade do fornecedor, a inspeção, a etiquetagem e o ensaio, cujas de�nições são mostradas a seguir.78, 82 Certi�cação

A certi�cação é o procedimento pelo qual uma terceira parte dá garantia escrita de que um produto, processo ou serviço está em conformidade com os requisitos especi�cados. A certi�cação implica, portanto, o envolvimento de um terceiro ator na relação comercial, que é uma entidade independente e a responsável por efetuar a avaliação da conformidade e atestá-la publicamente. Percebe-se, assim, que é fundamental que tanto o fornecedor quanto os clientes con�em na entidade independente. Em geral, é o fornecedor que contrata a entidade independente (chamada de organismo de certi�cação), com base na sua competência técnica e na sua credibilidade junto ao mercado que pretende atingir. Costuma-se dizer que o produto de um organismo de certi�cação é, em última análise, a sua credibilidade. A certi�cação é materializada mediante a emissão de certi�cado de conformidade ou pela aposição de uma marca de conformidade no produto. O certi�cado de conformidade é o documento emitido de acordo com as regras de um sistema de certi�cação, indicando que existe um nível adequado de con�ança de que um produto, processo ou serviço, devidamente identi�cado, está em conformidade com uma norma especí�ca ou outro documento normativo. A certi�cação dos sistemas de gestão atesta a conformidade do modelo de gestão das empresas em relação a requisitos normativos. Os sistemas clássicos são os sistemas de gestão da qualidade, certi�cados com base em critérios estabelecidos pela norma ABNT NBR ISO 9001:2008, 70 e os sistemas de gestão ambiental, certi�cados conforme as normas da série ABNT NBR ISO 14001:2004. 83 Merece destaque a publicação 208


da ABNT NBR ISO 22000:2006, 84 voltada para a área de alimentos, e a ABNT NBR 16001:2004,85 que tem foco na responsabilidade social das empresas. A adequação ambiental de seus processos e produtos, atualmente, é um diferencial importante para as organizações de todos os tipos e tamanhos obterem vantagens competitivas no mercado doméstico, e também é imprescindível para as organizações que almejam atingir o mercado internacional. A comprovação de que uma empresa possui um gerenciamento ambiental correto se dá através da certi�cação em conformidade com a norma ISO 14001:2004. 83 Essa é a única norma da série ISO 14000 certi�cável e que diz respeito ao sistema de gestão ambiental (SGA) da organização, sendo este último a parte de seu sistema global de gerenciamento usada para desenvolver e implementar sua política ambiental e para manejar seus aspectos ambientais.86 A referência ABNT NBR ISO 22000:2006 84 abrange desde os fabricantes de alimentos para animais e produtores primários até processadores de alimentos para consumo humano, operadores de transporte e estocagem, distribuidores varejistas e serviços de alimentação, incluindo organizações inter-relacionadas, como fabricantes de equipamentos, materiais de embalagem, produtos de limpeza, aditivos e ingredientes. Além disso, contempla quatro elementos-chave para a segurança de alimentos: a comunicação interativa; a gestão de sistema; o programa de prerrequisitos; e os princípios de Análise dos Perigos e Pontos Críticos de Controle (APPCC), metodologia reconhecida internacionalmente e recomendada pela Comissão do Codex Alimentarius (criada pela Organização Mundial de Saúde e pelo Fundo da Organização das Nações Unidas para a Alimentação), com o objetivo de desenvolver padrões de segurança alimentar e diretivas. Referência para toda a cadeia produtiva de alimentos, a ABNT NBR ISO 22000:200684 agrega valor às organizações. Entre os benefícios resultantes de sua implementação, destacam-se:87 •

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Comunicação organizada e objetiva entre parceiros comerciais. Otimização de recursos, internamente e ao longo da cadeia produtiva. Melhoria da documentação. Melhor planejamento e menos inspeção pós-processual. Controle mais e�ciente e dinâmico de ameaças à segurança alimentar. Todas as medidas de controle sujeitas à análise de perigos. Gerenciamento sistemático dos programas de pré-requisitos. Larga aplicabilidade, porque a norma é focada em resultados �nais. Base válida para tomada de decisões. Aumento da devida diligência. Controle focado naquilo que é necessário. Economia em pesquisas, devido à redução do número de auditorias ao sistema. 209


O termo responsabilidade social ganhou visibilidade na mídia brasileira no �nal da década de 1990, quando também começou a ser incorporado no vocabulário corporativo no país. Um marco na projeção da responsabilidade social no Brasil ocorreu em 1997, quando o sociólogo Hebert de Souza, o “Betinho”, representando o Instituto Brasileiro de Análises Sociais e Econômicas (IBASE), em parceria com outras organizações, lançou uma campanha para a divulgação anual do relatório de responsabilidade social, o balanço social.88 Uma dessas iniciativas foi a criação, em 2004, pela ABNT, da Norma Brasileira de Responsabilidade Social, a ABNT NBR 16001. 85 De forma geral, essa norma tem por objetivo estabelecer critérios referentes a um sistema da gestão da responsabilidade social. Outra iniciativa foi o desenvolvimento pela Bolsa de Valores do Estado de São Paulo (Bovespa) do Índice de Sustentabilidade Empresarial (ISE), com a �nalidade de demonstrar o retorno de uma carteira de ações de empresas localizadas no Brasil engajadas em ações de responsabilidade social e sustentabilidade empresarial Declaração da conformidade do fornecedor A garantia da conformidade é a atividade da qual resulta uma declaração, proporcionando a con�ança de que um produto, processo ou serviço atende aos requisitos especi�cados. Ou seja, alguém devidamente identi�cado assegura que o produto, processo ou serviço está conforme os requisitos especi�cados (que podem estar em uma norma, em um regulamento, contrato ou mesmo em um pedido). No caso comercial típico, há o fornecedor (primeira parte) e o comprador (segunda parte), que são, numa primeira abordagem, as partes envolvidas diretamente na avaliação da conformidade. A declaração do fornecedor é o procedimento pelo qual um fornecedor dá garantia escrita de que um produto, processo ou serviço está em conformidade com os requisitos especi�cados. Inspeção

A inspeção é de�nida como “avaliação da conformidade pela observação e julgamento, acompanhada, conforme apropriado, por medições, ensaios ou uso de calibres”. O mecanismo de avaliação da conformidade é muito utilizado para avaliar serviços após sua execução. De modo geral, os procedimentos de medição, de uso de calibres e de ensaios são aplicados nos instrumentos utilizados para execução do serviço a ser inspecionado. As atividades de inspeção podem incluir o ensaio de produtos, materiais, instalações, plantas, processos, procedimentos de trabalho ou serviços, durante todos os estágios de vida desses itens, e visam à determinação da conformidade em relação aos critérios estabelecidos por regulamentos, normas ou especi�cações, e o subsequente relato de resultados. 210


A inspeção pode ser aplicada com foco em segurança, desempenho operacional e manutenção da segurança, ao longo da vida útil do produto. O objetivo principal é reduzir o risco do comprador, proprietário, usuário ou consumidor quando do uso do produto. Etiquetagem A etiquetagem é um mecanismo de avaliação da conformidade em que, por meio de ensaios, é determinada e informada ao consumidor uma característica do produto, especialmente relacionada ao seu desempenho. O uso da etiqueta para destacar o desempenho de produtos vem sendo cada vez mais frequente, sendo um poderoso mecanismo de conscientização dos consumidores. No Brasil, a etiquetagem tem se destacado como instrumento para redução do consumo de energia elétrica em eletrodomésticos da chamada “linha branca” (refri-

geradores, congeladores, aparelhos condicionadores de ar doméstico etc.) e em outros produtos, como lâmpadas e chuveiros elétricos. Vem sendo também largamente utilizada em fornos, fogões e aquecedores de passagem a gás, como forma de estimular a redução do consumo de combustível. A etiqueta, principalmente quando associada ao estabelecimento de metas de desempenho, representa um instrumento importante para a redução do consumo de energia no país, visto que estimula um constante aprimoramento tecnológico na fabricação de equipamentos no mercado nacional, incentivando a oferta ao consumidor de equipamentos com melhor desempenho energético e elevando, em consequência, a qualidade aos níveis internacionais. Ensaio O ensaio consiste na determinação de uma ou mais características de uma amostra do produto, processo ou serviço, de acordo com um procedimento especi�cado. É a modalidade de avaliação da conformidade mais frequentemente utilizada, porque, costuma estar associada a outros mecanismos de avaliação da conformidade, em particular à inspeção e à certi�cação. Os laboratórios de ensaios podem ser operados por uma variedade de organizações, incluindo agências governamentais, instituições de pesquisa e acadêmicas, organizações comerciais e entidades de normalização. Podem ser divididos em duas categorias principais: •

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Laboratórios que produzem dados que serão utilizados por terceiros. Laboratórios para uso interno das organizações.

Para que exista con�ança nos resultados, a qualidade e a repetibilidade do ensaio são requisitos essenciais. O Inmetro acredita laboratórios que atuam de acordo com 211


requisitos internacionais reconhecidos. A acreditação concedida pelo Inmetro é o reconhecimento formal de que o laboratório está operando um sistema da qualidade documentado e é tecnicamente competente para realizar ensaios especí�cos, avaliados segundo critérios com base na ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055 e nas orientações do International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC) e Interamerican Accreditation Cooperation (IAAC).

7.2. A CREDITAÇÃO DE LABORATÓRIOS A acreditação é uma ferramenta estabelecida em escala internacional para gerar con�ança na atuação de organizações que executam atividades de avaliação da conformidade.73 É o reconhecimento formal, feito por um organismo de acreditação, de que um Organismo de Avaliação da Conformidade (OAC), seja laboratório, organismo de certi�cação ou organismos de inspeção, atende a requisitos previamente de�nidos e demonstra ser competente para realizar suas atividades com con�ança. Um sistema concebido para acreditar serviços de avaliação da conformidade dos OACs deve transmitir con�ança para o comprador e para a autoridade regulamentadora. Tal sistema deve facilitar o comércio através das fronteiras, tal como perseguido pelas organizações e autoridades em comércio. A acreditação realizada pela Coordenação Geral de Acreditação (CGCRE) do Inmetro é de caráter voluntário e representa o reconhecimento formal da competência de um laboratório ou organismo para desenvolver as tarefas de avaliação da conformidade, segundo requisitos estabelecidos. A acreditação é realizada junto a laboratórios de calibração e ensaio, organismos de certi�cação e organismos de inspeção. Das ferramentas praticadas no campo da avaliação da conformidade, a acreditação de organismos e laboratórios é talvez a de maior importância.82 A ampliação do escopo das atividades de terceira parte na avaliação da conformidade tornou importante o reconhecimento da competência de organismos capacitados para executar a certi�cação de produtos, processos, serviços, sistemas de gestão e pessoal, além da inspeção e do ensaio, bem como dos laboratórios de calibração e de ensaio e dos organismos provedores de ensaios de pro�ciência. A acreditação é o reconhecimento formal, concedido por um organismo autorizado, de que a entidade foi avaliada segundo guias e normas nacionais e internacionais e tem competência técnica e gerencial para realizar tarefas especí�cas de avaliação da conformidade de terceira parte. O órgão acreditador dá crédito a organismos de avaliação da conformidade, que, por sua vez, reconhecem a conformidade de um sistema de gestão, produto, processo, serviço ou pessoal. Em relação à acreditação de laboratórios, o Inmetro lançou, em 2011, um documento de caráter orientativo, que tem como objetivo fornecer informações gerais sobre a sistemática de acreditação de laboratórios de ensaio, de calibração e análises 212


clínicas, produtores de materiais de referência e de provedores de ensaios de pro�ciência pela CGCRE. A CGCRE é o organismo de acreditação de organismos de avaliação da conformidade reconhecido pelo Governo Brasileiro. O Decreto n o 6.275, de 28 de novembro de 2007, estabelece que compete à CGCRE atuar como organismo de acreditação de organismos de avaliação da conformidade. A CGCRE, portanto, dentro da estrutura organizacional do Inmetro, é a unidade organizacional principal, que tem total responsabilidade e autoridade sobre todos os aspectos referentes à acreditação, incluindo as decisões de acreditação, atuando ainda na acreditação de OACs.

7.2.1. Organismo de acreditação de laboratórios no Brasil O Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, agência executiva do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), com sede em Brasília (DF), criado pela Lei n o 5.966, de 11 de dezembro de 1973, é o órgão executivo central do Sinmetro. Essa lei é complementada por outra Lei de n o 9.933, de 20 de dezembro de 1999, que estabelece que o Inmetro, mediante autorização do Conmetro, órgão normativo do Inmetro, pode acreditar entidades públicas ou privadas para execução de atividades de sua competência. As diretrizes para a atuação do Inmetro são estabelecidas pelo Conmetro, que se conta com a assessoria de comitês constituídos de representantes dos principais agentes econômicos, públicos ou privados, envolvidos com as atividades de Metrologia, Normalização e Avaliação da Conformidade. A Medida Provisória no 541, de 2 de agosto de 2011, estabelece que compete ao Inmetro atuar como organismo de acreditação o�cial de organismos de avaliação da conformidade. 73 Como principal unidade organizacional principal, com total responsabilidade e autoridade sobre todos os aspectos referentes à acreditação, incluindo as decisões de acreditação, a CGCRE e as demais unidades organizacionais do Inmetro colaboram para a implementação das diretrizes do Conmetro, sendo mantida, contudo, a independência da CGCRE como organismo de acreditação, evitando-se assim qualquer con�ito com atividades de avaliação da conformidade realizadas pelas outras unidades organizacionais do Inmetro ou por quaisquer outros órgãos governamentais. Os recursos �nanceiros da CGCRE são constituídos por dotações orçamentárias, oriundas de preços públicos relativos às atividades de acreditação, convênios celebrados com entidades públicas e privadas e créditos suplementares do Tesouro Nacional consignados por lei. A CGCRE disponibiliza a acreditação de laboratórios de calibração, de ensaio e de análises clínicas, de organismos de certi�cação e de organismos de inspeção. No caso de laboratórios de ensaio, de análises clínicas e de calibração, produtores de materiais de referência e provedores de ensaios de pro�ciência, a Dicla é a unidade responsável pela coordenação, gerenciamento e execução das atividades de acreditação. 213


Com respeito a solicitações de acreditação recebidas de laboratórios estrangeiros situados fora do Brasil, a CGCRE busca trabalhar em conjunto com o organismo de acreditação do país onde se localiza o laboratório. Inicialmente, a CGCRE orienta a todos os laboratórios que busquem a acreditação pelo organismo de acreditação de seu país de origem, não havendo necessidade de obtenção da acreditação pela CGCRE. Caso o laboratório apresente razões que justifiquem a sua acreditação pela CGCRE, esta tomará ações no sentido de que o trabalho seja realizado em cooperação com o organismo de acreditação local, sendo este signatário dos acordos de reconhecimento mútuo ou estando ainda em preparação para assiná-los. A cooperação pode incluir, desde que acordado entre as partes, entre outras medidas: a acreditação por ambos os organismos, a utilização de avaliadores de ambos os organismos e a participação de técnicos do organismo local, como observadores.

7.2.2. Principais etapas para solicitação de acreditação Solicitação de acreditação

O solicitante da acreditação deve tomar conhecimento de todos os documentos básicos para acreditação através do site do Inmetro (http://www.inmetro.gov.br/credenciamento/sobre_org_cert.asp#desempenho). Além disso, deve preencher integralmente os formulários da solicitação de acreditação disponíveis no site Orquestra e anexar os documentos necessários a cada tipo de acreditação, através de upload dos arquivos por meio do Sistema Orquestra de Acesso, com login e senha. A análise e viabilidade das solicitações de acreditação e a análise da documentação para a acreditação de organismos de certi�cação têm como objetivo estabelecer o procedimento a ser utilizado na análise da solicitação de concessão, extensão, redução, suspensão ou cancelamento de acreditação de organismos e o procedimento a ser utilizado na análise da documentação em processos de acreditação da Divisão de Acreditação de Organismos de Certi�cação (Dicor). Se não houver atendimento a um requisito que implique ausência (ou falha em implementar e manter) de um ou mais elementos do sistema requeridos na norma de referência ou uma situação que possa, com base em evidências disponíveis, gerar dúvidas signi�cativas quanto à credibilidade dos documentos emitidos pelo organismo solicitante ou acreditado, isso implicará em não conformidade. Em NIT-DICOR-017:201289 encontram-se as condições gerais para análise e viabilidade das solicitações de acreditação e as condições gerais para análise da documentação para acreditação de organismos de certi�cação. Ao ser enviada a solicitação formal de acreditação, é automaticamente gerado um número de processo, para que o solicitante possa acompanhar on-line, através do site Orquestra, a sua tramitação. Essa solicitação será submetida a uma análise preliminar 214

Avaliação da conformidade e acreditação de laboratórios e, sendo viabilizada, um gestor de acreditação e um assistente administrativo serão indicados para acompanharem o processo. Análise da documentação

Caso a documentação encaminhada esteja completa, um avaliador é indicado para realizar a análise dessa documentação, que compreende aspectos legais e técnicos. Além do avaliador indicado, quando necessário, também poderão ser utilizados na análise da documentação especialistas na área especí�ca da solicitação e um parecer da Procuradoria Federal do Inmetro, de acordo com o escopo pretendido pelo solicitante. A análise da documentação encaminhada é feita tendo como referência a NIT-DICOR-017:201289 do Inmetro. Avaliação no local (sistema de gestão, pessoal, instalações)

Após a análise e aprovação da documentação, é realizada uma avaliação no local que abrange as instalações da organização que solicita a acreditação. Caso seja necessário, para a conclusão desta fase, pode ser realizada nova avaliação para a veri�cação de pendências. A equipe avaliadora da CGCRE veri�ca, na avaliação de escritório, a implementação dos procedimentos técnicos e administrativos do organismo, na matriz ou nas �liais, e nos locais onde presta seus serviços. O organismo deverá ser avaliado em todas as instalações onde são conduzidas as seguintes atividades: quali�cação inicial, treinamento, monitoramento e manutenção de registros de auditores e pessoal de auditoria; análise crítica da solicitação, designação do pessoal para auditoria, revisão do relatório �nal e decisão da certi�cação. Avaliação de desempenho (auditorias-testemunhas)

Após a avaliação no escritório, dependendo do tipo de solicitação, é realizada uma ou mais auditorias-testemunhas em uma ou mais auditorias de empresas clientes do solicitante. As testemunhas são necessárias para a concessão do escopo ao organismo, pois é o meio de que o sistema dispõe para comprovar a competência do organismo ao prestar serviço em atividades variadas. A auditoria-testemunha para organismos de certi�cação tem como objetivo estabelecer o procedimento para testemunhar o desempenho do organismo de certi�cação na execução de sua atividade. Ela é de�nida como um processo sistemático, documentado e independente usado para obter evidências da auditoria realizada no local onde o organismo executa atividades de um a extensão na qual os critérios de acreditação estabelecidos pela Dicor são atendidos. O texto integral da auditoria-testemunha está na NIT-DICOR-026:2012.90 215

Metrologia e controle dimensional Decisão da acreditação (recomendação, comissão e coordenação) Após a conclusão da etapa de exame dos documentos e da realização das avaliações, o processo é encaminhado à fase de decisão. No caso de concessão de acreditação, o processo será encaminhado à Comissão de Acreditação. Essa comissão avalia a confor-

midade do processo aos procedimentos da CGCRE e recomenda ou não a acreditação ao coordenador geral de acreditação. A Comissão de Acreditação é nomeada pelo Coordenador Geral e tem regulamento e composição de�nidos. A Comissão de Acreditação pode solicitar a participação do executivo sênior da organização em processo de acreditação e de especialista no assunto especí�co, para respaldar sua recomendação. A decisão da acreditação é do coordenador geral de acreditação, sendo sua aprovação ou não formalizada ao solicitante. Nos casos de aprovação, é formalizada ao solicitante através do certi�cado de acreditação. As condições gerais do regulamento para a acreditação de organismos de certi�cação estão referenciadas na NIT-DICOR-077:201191 do Inmetro, cujo objetivo é estabelecer os direitos e deveres da CGCRE e dos organismos acreditados, bem como às condições necessárias para concessão, extensão, suspensão, redução e cancelamento da acreditação de organismos. Os principais pontos dessa norma são: •

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216

As acreditações são conduzidas utilizando-se os respectivos critérios e suas diretrizes, bem como os critérios adicionais da CGCRE. Cabe à CGCRE conceder a acreditação aos organismos de avaliação da conformidade necessários ao desenvolvimento da infraestrutura de serviços tecnológicos no país, em conformidade com as normas, as guias e os regulamentos internacionais reconhecidos. A Cgcre é responsável pela concessão, manutenção, extensão, suspensão, redução e cancelamento da acreditação de organismos, cuja regulamentação é objeto desta norma. A tomada de decisão sobre a concessão, manutenção, extensão, suspensão, redução e cancelamento da acreditação de organismos está estabelecida na NIE-Cgcre-010. Os gestores de acreditação da Dicor e demais pessoas envolvidas nos processos de acreditação comprometem-se a tratar todas as informações acessadas durante a acreditação como con�denciais e a atuar de forma imparcial, conforme estabelecido na NIE-CGCRE-139. A acreditação signi�ca que o organismo acreditado apresenta competência técnica na atividade identi�cada pelo seu escopo de acreditação. A CGCRE acredita entidades públicas ou privadas para a execução de atividades de sua competência. É vedado aos organismos de certi�cação, acreditados pela CGCRE, emitir certi�cados ou declarações de conformidade para laboratórios em relação


à norma ABNT NBR ISO/IEC 17025:2005 5,92 pois essa atividade compete à Cgcre, que iniciará processo de suspensão do organismo de certi�cação que estiver adotando essa prática. Ações posteriores por parte da CGCRE dependerão das ações tomadas pelo organismo de certi�cação.

7.2.3. Vantagens da acreditação No tocante à avaliação da conformidade e à acreditação, a norma ABNT NBR ISO/ IEC 17025:20055, 92 tem uma importância muito grande, porque estabelece um mecanismo para evidenciar a competência técnica dos laboratórios na realização de calibrações e de ensaios. Tem como objetivo principal evidenciar que os laboratórios se utilizam de um sistema da qualidade e que possuem competência para realizar seus serviços. Dessa forma, a norma assegura aos laboratórios a capacidade de obter resultados de acordo com métodos e técnicas reconhecidos nacional e internacionalmente. Além disso, a norma ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055, 92 é adotada por diversos países para o reconhecimento da competência dos laboratórios perante o organismo de acreditação. No Brasil, a ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055, 92 é utilizada pelo Inmetro na acreditação de laboratórios a serem integrados à Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaios (RBLE) e à Rede Brasileira de Calibração (RBC). A acreditação pela ABNT NBR ISO/IEC 17025:20055, 92 é um processo voluntário, mas traz uma série de vantagens ao laboratório e aos usuários dos serviços laboratoriais, tais como:2 •

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Para os laboratórios: – Diferencial competitivo. – Marketing . – Con�abilidade dos clientes nos seus resultados. – Critérios e padrões aceitos internacionalmente. – Eliminação de múltiplas auditorias. – Acesso a programas interlaboratoriais. Para os usuários: – Con�ança nos resultados. – Ensaios e calibrações segundo critérios reconhecidos internacionalmente. – Superação de barreiras técnicas à exportação. – Seleção de fornecedores. – Atendimentos a requisitos legais e/ou comerciais.

O Inmetro acrescenta outras vantagens em relação à acreditação, porque ela representa o reconhecimento formal da competência técnica das organizações que realizam 217


avaliação da conformidade e é uma maneira segura de identi�car aqueles que oferecem a máxima con�ança em seus serviços. Além disso, agrega os valores a seguir.93 •

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Para os organismos de avaliação da conformidade acreditados: – Disponibiliza valioso recurso através de um grupo de avaliadores da conformidade, independentes e tecnicamente competentes. – Fornece um processo de avaliação único, transparente e reproduzível com o qual se evita a utilização de recursos próprios, se elimina o custo da rea valiação e se reforça a coerência. – Reforça a con�ança do público nos serviços prestados. – Fomenta os esquemas con�áveis de autorregulação do próprio mercado, incrementando-se a competência e a inovação. Para as organizações certi�cadas: – Possibilita a tomada de decisões acertadas, diminuindo o risco da tomada de decisões com base em avaliações incorretas ou, o que é pior, de ter seu produto rejeitado por um comprador que não aceita certi�cações não acreditadas. – Garante a aceitação internacional dos produtos sem a necessidade de repetições das avaliações realizadas. Para os consumidores �nais: – Inspira con�ança no provedor ao garantir que o produto tem sido avaliado por um organismo independente e competente. – Aumenta a liberdade de escolha e fomenta um mercado livre, porém con�ável.

O sistema de acreditação operado pela CGCRE segue diretrizes que o colocam em equivalência com os outros organismos estrangeiros congêneres, com os quais mantém acordos de reconhecimento mútuo, assim como com os membros plenos de foros internacionais de organismos de acreditação. Com esses acordos, os resultados das avaliações, ensaios e calibrações realizados pelos organismos e laboratórios acreditados pela CGCRE passam a ser aceitos pelos demais organismos de acreditação signatários, que, tal como a própria CGCRE, devem ainda promover o acordo em seus próprios países, divulgando-o às autoridades reguladoras, à indústria e aos importadores: •

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218

Acordo de Reconhecimento Multilateral com a International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC), para acreditação de laboratórios de calibração e de ensaio. Acordo de Reconhecimento Bilateral com a European Cooperation for Accreditation (EA), para acreditação de laboratórios de calibração e de ensaio.

Avaliação da conformidade e acreditação de laboratórios •

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Acordo de Reconhecimento Multilateral com o International Accreditation Forum (IAF) , para acreditação de organismos de certi�cação de sistemas de gestão da qualidade desde 1999, para sistemas de gestão ambiental desde 2005 e como organismo de acreditação de organismos de certi�cação de produtos desde 2009. Acordo de Reconhecimento Multilateral com o Interamerican Accreditation Cooperation (IAAC) , para laboratórios de ensaios e calibração, para acreditação de organismos de certi�cação de sistemas de gestão da qualidade desde 2002 e como organismo de acreditação de organismos de certi�cação de produtos e de sistema de gestão ambiental desde 2009.

219

CAPÍTULO

8

CONSIDERAÇÕES FINAIS Os conteúdos apresentados neste livro mostraram a importância da Metrologia no nosso cotidiano, tendo em vista que a ciência das medições está muito mais presente no dia a dia das pessoas do que elas imaginam. Quando um consumidor compra um quilograma de feijão, às vezes ele não percebe, mas a balança que pesou seu alimento deve ter um lacre. Esse lacre é a garantia de que aquela balança foi calibrada pelo Inmetro ou por um organismo que possui um certi�cado de acreditação. No caso da balança, existem pelo menos duas linhas de

estudo, Metrologia Legal e acreditação, sendo que a primeira está ligada diretamente à defesa do consumidor. A Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML) de�ne Metrologia Legal como a parte da Metrologia relacionada às atividades resultantes de exigências obrigatórias, referentes às medições, unidades de medida, instrumentos de medição e métodos de medição, e que são desenvolvidas por organismos competentes. A Metro-

logia torna-se Metrologia Legal quando os legisladores introduzem exigências legais compulsórias para as unidades de medição, para os métodos de medição e para os instrumentos de medição. O objetivo é assegurar um nível adequado de credibilidade

e exatidão, que seja con�rmado pelas medições. 94 A legislação ou o regulamento relevante relacionado à Metrologia Legal é considerado de responsabilidade do governo, uma responsabilidade a ser implementada pelo governo e em seu nome. Os órgãos da Metrologia Legal são tanto as autoridades reguladoras como os órgãos da avaliação de conformidade em todos os campos em 221


que instrumentos de medição e medições estão sujeitos ao controle regulador governamental ou o�cial. Esse controle, de�nido como controle metrológico, é composto, dentre outros, pelas veri�cações iniciais (realizadas nas fábricas) e pelas veri�cações posteriores (realizadas após o instrumento ser colocado em uso quando do conserto, manutenção e reparo).95 Além disso, nos últimos anos, os consumidores, cada vez mais atentos ao que consomem, exigem a descrição exata dos produtos, formando canais para queixar-se do que consideram ruins e buscando informações sobre o aparato legal capaz de lhes permitir o ressarcimento dos prejuízos causados pelo produto defeituoso. Com o Código de Defesa do Consumidor está a Metrologia Legal, cujo principal objetivo é proteger o consumidor, tratando das unidades de medida (massa, volume, comprimento, temperatura e energia), métodos e instrumentos de medição de acordo com as exigências técnicas e legais obrigatórias. Seus procedimentos são resultantes de exigências obrigatórias, desenvolvidos por organismos competentes, supervisionados pelo governo, de maneira a estabelecer uma

transparência adequada e con�ança com base em ensaios imparciais. A exatidão dos instrumentos de medição garante a credibilidade nos campos econômico, de saúde, de segurança e do meio ambiente. No Brasil, as atividades da Metrologia Legal são uma atribuição do Inmetro, que também colabora para a uniformidade da sua aplicação no mundo, pela sua ativa participação no Mercosul e na OIML. A segunda linha de estudo, que tem a ver com a balança que pesou o feijão, é a acreditação. Nesse caso, para garantir que a balança tenha sido calibrada corretamente,

é necessário um processo de acreditação, ou seja, a balança tem de ter passado por um procedimento de avaliação integral da qualidade, que buscou abranger todos os requisitos legais. Para a concessão e manutenção da acreditação (antigo credenciamento), é necessário que o laboratório tenha implementado e que esteja trabalhando de acordo com um sistema de qualidade e�caz. Portanto, sua gerência precisa garantir, para si mesmo

e para os avaliadores da Rede Brasileira de Calibração (RBC) ou da Rede Brasileira de Laboratórios de Ensaio (RBLE), que todos os membros da equipe do laboratório estejam completamente informados dos requisitos do sistema da qualidade e que sigam permanentemente suas políticas e diretrizes. Para isso, deve ser estabelecida e implementada uma sistemática para auditar a operacionalização dos procedimentos técnicos e do sistema da qualidade e para analisar criticamente sua e�cácia. 96 Itens que são avaliados inicialmente para a concessão da acreditação: •

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222

Competência técnica da equipe do laboratório. Infraestrutura adequada para realização das atividades (padrões, rastreabilidade, condições ambientais, entre outros). Sistema da qualidade implementado segundo a ABNT NBR ISO/IEC 17025. 5

Considerações �nais

Os instrumentos de medição e controle dimensional são fundamentais na indústria e no comércio, porque garantem valores medidos com mais qualidade, já que medir uma grandeza é compará-la com outra denominada unidade. O número que resulta da comparação de uma grandeza com uma unidade recebe o nome de valor numérico dessa grandeza. Os processos de fabricação e o comércio trabalham com valores. Por isso, são necessários instrumentos de medição e controle dimensional nessas e em outras áreas. Em muitos casos, os instrumentos de medição e controle dimensional devem ter certi�cado de calibração. Daí a necessidade de conhecimento da norma ABNT NBR ISO/IEC 17025. 5 Essa norma deve ser seguida por todos os laboratórios que pretendem demonstrar aos seus clientes que: •

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Têm implementado um sistema

dequalidade e�ciente.

São

tecnicamente competentes. São capazes de produzir resultados tecnicamente válidos.

A norma ABNT NBR ISO/IEC 17025 5 incorporou todos os requisitos da ABNT NBR ISO 9001:2008 70 pertinentes ao escopo dos serviços de ensaio relacionados ao sistema de qualidade do laboratório. Mas deve-se ter em mente que apenas a certi�cação ABNT NBR ISO 9001:2008 70 não garante os requisitos previstos na NBR ISO/ IEC 170255 para a certi�cação de um laboratório. O contínuo desenvolvimento cientí�co e tecnológico da Metrologia e sua crescen-

te inserção na economia e no cotidiano da população têm levado a uma permanente evolução no escopo e na organização da atividade metrológica. Uma visão global da Metrologia nas grandes economias do mundo permite identi�car uma estrutura básica

com quatro componentes principais:97 a) Sistema de controle metrológico de caráter compulsório em áreas sujeitas à regulamentação do Estado – a Metrologia Legal. b) Sedes de laboratórios de calibração e de ensaios, compostas por entidades privadas e públicas, de elevada capilaridade, organizadas em função das neces-

sidades do mercado, no que se refere aos serviços requisitados pelos diversos setores da economia, e das demandas sociais e do Estado. Em qualquer um dos

casos, eles devem operar dentro de regras que assegurem sua credibilidade, sua qualidade e garantam as condições de disponibilidade, de concorrência e os direitos do cliente �nal. Aqui a existência de um sólido sistema de acreditação é fundamental. c) Instituto Metrológico Nacional, de direito público (em alguns poucos países é uma instituição privada, mas com controle e subvenção do Estado), que se responsabiliza pelos padrões metrológicos nacionais e pela gestão e operação das funções estratégicas inerentes ao topo da cadeia de rastreabilidade no país. 223


d) Forte articulação internacional por intermédio dos organismos nacionais e regionais. Nesse contexto, é importante mostrar a missão do Inmetro: “Prover con�ança à sociedade brasileira nas medições e nos produtos, através da Metrologia e da avaliação

da conformidade, promovendo a harmonização das relações de consumo, a inovação e a competitividade do país”. A credibilidade e a con�abilidade dos produtos são adquiridas pela certi�cação com base em ensaios realizados por laboratórios acreditados. O processo de certi�cação de um produto compreende as seguintes etapas: avaliação técnica da documen-

tação, ensaios do produto, avaliação do processo fabril e aprovação (certi�cação) e inspeções de acompanhamento (avaliação da conformidade). 97 É fundamental para o país dispor de uma estruturada rede de laboratórios de Metrologia e de ensaio, de organismos de certi�cação e de inspeção e também de um acervo de normas brasileiras alinhadas às normas internacionais. Além disso, são necessários regulamentos técnicos atualizados que ofereçam suporte à indústria, para

incrementar a capacidade de competir internacionalmente e, ainda, evitar barreiras técnicas, bem como proteger o mercado interno quanto à entrada de bens e ser viços que não atendam aos critérios de qualidade e segurança de interesse da sociedade. O laboratório acreditado pelo Inmetro tem, em primeiro lugar, estabelecida a rastreabilidade de seus instrumentos e padrões de medição aos padrões nacionais de referência metrológica existentes no próprio instituto. O Inmetro participa de comparações-chave, coordenadas pelo BIPM, e, desse modo, atinge diretamente o topo da hierarquia metrológica mundial. Os padrões do Inmetro podem participar ainda de comparações em nível regional, no âmbito do Sistema Interamericano de Metrologia (SIM), por intermédio do qual chegam ao BIPM. Essas comparações permitem estabelecer a equivalência dos nossos padrões nacionais aos padrões metrológicos internacionais.10 As normas da ABNT têm um papel importante para a qualidade dos produtos fabricados no Brasil. São exemplos disso as normas referentes às tolerâncias dimensionais e geométricas, porque uma peça da mesma categoria (um parafuso, por exem-

plo) produzida aqui deve ter intercambialidade com uma porca produzida no Japão, na China, nos Estados Unidos ou em qualquer país que use o mesmo padrão para fabricação da rosca. As medições não apresentam medidas exatas, e sim um valor aproximado do objeto medido. Por isso, a incerteza de medição, parâmetro associado ao resultado de uma me-

dição que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser razoavelmente atribuídos ao mensurando, deve fazer parte do dia a dia de quem trabalha na área de Metrologia. Antes de avaliar qualquer processo de medição, é necessário saber sua exatidão requerida ou, em outras palavras, sua incerteza de medição desejada. 98 224

Considerações �nais

No comércio exterior, em que o Brasil vem alcançando notáveis êxitos, é marcante a crescente relevância das barreiras técnicas (restrições de entradas de produtos brasileiros em um mercado estrangeiro), em particular as relacionadas com as verten-

tes técnicas da Tecnologia Industrial Básica (TIB). Mas cumpre referir que, mais do que nunca, a maior barreira é – e sempre será – a falta de competência técnica para superar esses obstáculos, o que implica a necessidade de redobrar os esforços para expandir, diversi�car e aprofundar a capacitação nacional em termos da Metrologia, da normalização, da avaliação da conformidade e, também, da ação direta do poder público. Isso deve ser feito através da regulamentação técnica, sempre seguindo regras

e compromissos internacionais, como o Acordo sobre Barreiras Técnicas da OMC.99 Essa capacitação desdobra-se em diversos aspectos, desde o cientí�co até o gerencial, passando pela expansão e consolidação das nossas redes de laboratórios, a constante busca de reconhecimento internacional e, também, por uma postura coordenada e sistematizada, em particular nos seus aspectos técnicos, nas diversas mesas de negociação internacional de que o Brasil está participando. Nesse sentido, a educação em Metrologia tem a função de aprimorar e disseminar

a cultura metrológica no Brasil. Sua ação efetiva contribui para a competitividade do país, porque está ligada à normalização e à avaliação da conformidade. Essas funções interferem diretamente na qualidade de um produto ou serviço. A busca da Metrologia como um diferenciador tecnológico e comercial para as empresas é, na verdade, uma questão de sobrevivência. É necessário frisar que o desenvolvimento industrial, a melhoria da qualidade de nossos processos e produtos e o aumento da competitividade exigirão pro�ssionais com boa formação em Metrologia e avaliação da conformidade. A sociedade empresarial tem demandado capacitações especí�cas, de modo a atender aos requisitos exigidos pela competitividade, já que a qualidade e a produtividade são fatores determinantes para a inserção competitiva dos produtos e serviços brasileiros no mercado globalizado, mas sem Metrologia não há qualidade. 10 As metrologias nacional e internacional são aliadas dos sistemas de qualidade, na

medida em que esses sistemas utilizam procedimentos e normas técnicas padronizados para certi�car a exatidão de um valor medido, processo ou serviço. Por isso, os Sistemas de Garantia da Qualidade resultam da aplicação da abordagem sistêmica ao controle total da qualidade. São métodos gerenciais que preconizam

o esforço globalizado e sistêmico da empresa na busca da qualidade e se baseiam, resumidamente, nas seguintes premissas:100 •

•

•

A qualidade é o resultado do trabalho de cada um e, portanto, todos são responsáveis por ela, inclusive a alta administração da empresa. A qualidade está baseada na tecnologia, que se fundamenta no desenvolvimento de recursos humanos. A qualidade deve ser explicitada para que possa ser controlada e desenvolvida. 225


Um Sistema de Garantia da Qualidade é um conjunto de medidas que permite implementar na empresa essas premissas. É fundamental, em virtude da mudança de hábitos que representa, que a introdução dos Sistemas de Garantia da Qualidade se faça de modo planejado e gradual. Em função das diversas áreas de aplicação, a Metrologia tem um caráter interdisciplinar muito forte, e sua importância não deve ser desprezada em quaisquer áreas do conhecimento. Por esse motivo, na tomada de decisão em qualquer área sujeita à avaliação numérica, a Metrologia deve estar presente, assegurando a produção de resultados con�áveis, com base em princípios cientí�cos e metrológicos adequados. Finalmente, como se pôde observar, qualquer que seja o processo de medição, os princípios de Metrologia crescerão de importância, na medida em que o grau de complexidade da análise metrológica aparecer em um processo qualquer. Isso quer dizer que não há limites para incluir a Metrologia como aliada das demais ciências, e sua importância se multiplica diante das inovações tecnológicas.

226

NOTAS

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Notas

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Notas

65. VIEIRA, M. V. Incerteza de medição. Disponível em:
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Notas

97. SAMPAIO, F. E. L. O desa�o da inovação: o papel do Inmetro na política de desenvolvimento

produtivo. Dissertação de mestrado. Universidade Federal Fluminense. Niterói, 2009. 98. OLIVEIRA, J. C. V.; SANTOS, J. A. N. Con�abilidade e exatidão de processos de calibração : uma proposta de metodologia . METROSUL IV-IV Congresso Latino-Americano de Metrologia, 9 a 12 nov. 2004. Foz do Iguaçu: , Rede Paranaense de Metrologia e Ensaios, 2004. 99. BRASIL. Tecnologia industrial básica: trajetória, desa�os e tendências no Brasil / Ministério da Ciência e Tecnologia, Confederação Nacional da Indústria, Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial, Instituto Euvaldo Lodi. Brasília: MCT/CNI/ SENAI/ DN/IEL/NC, 2005.

100. FERNANDES, W. A. O movimento da qualidade no Brasil . Inmetro. Essential Idea Publishing, 2011.

233

ÍNDICE REMISSIVO Acreditação de laboratórios, 212-219 Afastamentos Inferior, 101-119 Limite, 117-119 Superior, 101-119 Aferição, 66 Ajuste incerto, 114-115 Ajustes com folga, 110-112 com interferência, 112-113 Amplitude total, 139 Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), 5 Avaliação da conformidade, 201-212 da incerteza de medição Tipo A, 159 da incerteza de medição Tipo B, 160 B

Batimento Axial, 131-132 Radial, 129-130 Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), 14-15 Blocos padrão, 70-75 C

Cálculo de calibradores de fabricação, 80-84 Calibração direta, 167 indireta, 168 Calibradores, 75-85 Campo de tolerância, 105-106 Certi�cação compulsória, 26, 27 voluntária, 26 Certi�cado da calibração, 169 Cilindricidade, 101, 121, 124 Coe�ciente de abrangência, 161 t-Student, 161

Concentricidade, 101, 121, 124, 127, 128 Con�rmação metrológica, 198-99 Conmetro, 213 Conversão de unidades, 21-25 Correção, 145, 156, 165, 169, 180, 184-185 D

Desvio Médio, 140-141 Padrão, 142 Designação de tolerâncias e ajustes, 115 Dimensão Máxima, 77, 81, 82, 102, 105, 108, 109, 110, 111, 112, 113 Mínima, 77, 81, 82, 102, 105, 108, 109, 110, 111, 112, 113 Nominal, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 111, 112, 113, 115, 116, 117, 118, 119 Dispersão, 139-142 E

Erro aleatório, 144, 145, 147-150, 152 de medição, 38, 57, 143-145 de paralaxe grosseiro, 38, 145 sistemático, 144, 145, 147-152 Estatística, 133-163 Exatidão de medição, 146-147 Fator de abrangência, 149, 158 Folga, 110-112 G

Goniômetro, 67-70 Grandeza, 11 Guia para a Expressão da Incerteza de Medição, 5, 160 H

Hierarquia de calibração, 170 I

Incerteza de medição combinada, 153, 155, 156, 158, 161 235

Metrologia e controle dimensional da Calibração (IC), 160, 166 da Resolução (IR), 160 devido à variação da Temperatura (IT), 160 expandida, 153 padrão Tipo A, 156-157 padrão Tipo B , 157-158 Inmetro, 25-35 IPEM, 27-28 Instrumentos de medição, 37-100 Intercambiabilidade, 101, 102, 121, 124 Interferência, 108, 109, 112- 113 Intervalo de abrangência, 153 de medição, 161 ISO 9001, x, xi, 178, 182, 183, 208, 223 14001, 208, 209 GUM, 5 IEC 17.025, x, xi, 3, 5, 9 J

Joule, 20 K

kg, 19 L

Lado “Não passa”, 77-80, 82, 84 “Passa”, 77-80, 82, 84 Linha zero, 102, 104, 105, 114 M

Máquina de medir por coordenadas, 96-100 Material de referência, 171-175 de referência certi�cado, 174 Média aritmética, 136 aritmética ponderada, 136- 138 geométrica, 107 Mediana, 138 Medição instrumentos de, 37-100 com micrômetros, 56-58 da rugosidade super�cial, 90-94 erros de, 142-152 incerteza de, 152-156 determinação do sistema padrão, 167 Medida materializada, 38, 152, 157 Mensurando, 12 Métodos de ensaio e calibração, 181 de medição, 12-13 Metro articulado, 39 Metrologia 236

Cientí�ca e Industrial, 5, 25 Legal, 10, 25, 27 Micrômetros procedimento de leitura, 48-54 resolução, 48-54 tipos, 54-55 Moda, 139 Múltiplos do metro, 19 N

NBR, xi, 5, 9 ISO 14001, 208 ISO 9001, x, ix ISO/IEC 17.025. xi, 3, 5, 9 Normas ABNT NBR 6406:1980, 75, 80, 82, 84 NBR 6388:1983, 64, 65, 66 NBR 8404:1984, 91, 92, 94 NBR 6405:1988, 89, 90 NBR 6158:1995, 83, 101, 102, 104, 106, 107, 108, 115, 116, 117, 118, 119, 120 NBR NM ISO 3611:1997, 47 NBR 6409:1997, 5, 121, 123, 129 NBR NM 216:2000, 41, 185 NBR ISO 9002:2002, 178, 183, 183 NBR ISO 4287:2002, 88, 90 NBR ISO10012:2004, 177, 182, 183, 186 NBR ISO 14001:2004, 208 NBR ISO 1502:2004, 79, 80 NBR 16001:2004, 209 NBR ISO/IEC 17.025:2005, 5, 9, 177, 178, 180, 186, 204, 212, 217, 222, 223 NBR ISO 22000:2006, 209 NBR 9001:2008, 177, 178, 182, 183, 186, 208, 223 NBR ISO 10360-1:2010, 98 NBR NM 215, 71, 74, 75 NBR 16001, 210 O

Organização Internacional de Metrologia Legal (OIML), 221 P

Padrão de referência, 171, 185 internacional, 170- 171 nacional, 171, 183-184 primário, 184 Paralelismo, 60, 101, 121, 123, 125-127 Parâmetros de rugosidade, 90-94 Paquímetros leitura, 43-44 resolução, 42-44 tipos, 42

Metrologia e Controle Dimensional- Conceitos, Normas e Aplicação - João C. Da S. Neto

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