LUIZ CARLOS CABRAL DE FREITAS ESTUDO SOBRE A...
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LUIZ CARLOS CABRAL DE FREITAS ESTUDO SOBRE A IMPLANTAÇÃO PRIMÁRIA DE TORQUE NO BRASIL Dissertação apresentada ao Curso de Mestrado Profissional em Sistemas de Gestão da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Mestre. Área de Concentração: Sistema de Gestão pela Qualidade Total. Orientadora: D.Sc. STELLA REGINA REIS DA COSTA Niterói 2006
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LUIZ CARLOS CABRAL DE FREITAS
ESTUDO SOBRE A IMPLANTAÇÃO PRIMÁRIA DE TORQUE NO BRASIL
Dissertação apresentada ao Curso deMestrado Profissional em Sistemas deGestão da Universidade FederalFluminense, como requisito parcial paraobtenção do Grau de Mestre. Área deConcentração: Sistema de Gestão pelaQualidade Total.
Orientadora:D.Sc. STELLA REGINA REIS DA COSTA
Niterói
2006
LUIZ CARLOS CABRAL DE FREITAS
ESTUDO SOBRE A IMPLANTAÇÃO PRIMÁRIA DE TORQUE NO BRASIL
Dissertação apresentada ao Curso de
Mestrado Profissional em Sistemas de
Gestão da Universidade Federal
Fluminense, como requisito parcial para
obtenção do Grau de Mestre. Área de
Concentração: Sistema de Gestão pela
Qualidade Total.
Aprovada em 17 de fevereiro de 2006
BANCA EXAMINADORA
_____________________________________Profa Stella Regina Reis da Costa, D.Sc. - Orientadora
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro
___________________________________Profa Mara Telles Salles D.Sc
Universidade Federal Fluminense
____________________________________Prof. Carlos Alberto de Almeida, ph.D
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro
Niterói
2006
DEDICATÓRIA
Aos meus pais que, lutaram para dar a mim e aos meus irmãos a base necessáriapara que nos tornássemos pessoas dignas e honestas.
À minha esposa e filhos que me deram o suporte familiar necessário para levar aotérmino mais esta etapa para o meu crescimento profissional e intelectual.
AGRADECIMENTOS
A professora. Stella, minha orientadora, pela competência e objetividade na
orientação.
A Janete Cabral de Freitas, professora de língua portuguesa, pelo seu grandioso
apoio no desenvolvimento deste trabalho.
Ao INMETRO – Por mais esta oportunidade, em particular, por possibilitar minha
participação neste curso de mestrado profissional.
Aos Chefes da Dimec e Lafor – Jorge Antonio da Paz Cruz e Cláudio Afonso Koch
por acreditarem em meu trabalho e proporcionar um bom ambiente de trabalho.
Aos colegas do Lafor e ao amigo Rafael Soares de Oliveira, pela troca de idéias e
pela força dada nos momentos difíceis.
Aos colegas da Dimec e do mestrado II pelo apoio e companheirismo.
SUMÁRIO
1- INTRODUÇÃO 16
1.1 Contexto Internacional 16
1.2 Objetivo Geral 17
1.3 Objetivos Específicos 17
1.4 Justificativa do trabalho 17
1.5 Limitações do Estudo 18
2- REVISÃO DA LITERATURA 19
2.1 Aspecto Histórico da Metrologia 19
2.1.2 Institutos Nacionais de Metrologia 21
2.1.3 Metrologia no Brasil 21
2.1.4 Sistema Internacional de Unidades (SI) 22
2.1.5 Tecnologia Industrial Básica – TIB 24
2.1.6 Tecnologia Industrial Básica e Inovação 25
2.1.7 Processo de Internacionalização da Economia 26
2.1.8 Requisitos Técnicos Para a Confiabilidade Metrológica 28
2.2 Aspectos de Gestão da Metrologia 28
2.2.1 Rastreabilidade da Medição 29
2.2.2 Garantia da Qualidade de Resultados de Ensaio e Calibração 30
2.2.3 Programa de Apoio à Tecnologia de Gestão 30
2.2.4 Fator Humano 31
2.2.5 Acomodações e Condições Ambientais 31
2.3 Aspecto da Metrologia da Grandeza Torque 31
2.3.1 Padrão Primário de Torque 34
2.3.2.1 Sistemas de Apoio Para o Braço 35
2.3.3 Influência da Temperatura Ambiente no Braço 37
2.3.4 Metodologia Para o Controle da Variação do Comprimento doBraço
38
2.3.5 Influência do Acoplamento na Máquina Padrão Primário de Torque 39
2.3.6 Comparações - Chave em Metrologia de Torque 41
3- METODOLOGIA DA PESQUISA 44
3.1 Classificação da pesquisa 44
3.2 Limitações da Metodologia 44
3.3 Fases do Desenvolvimento da Pesquisa 44
4- ESTUDO SOBRE A IMPLANTAÇÃO DO PADRÃO DE MAIS ALTAMAGNITUDE: ESTUDO DO CASO EM METROLOGIA DE FORÇA
46
4.1 Introdução 46
4.2 Estrutura Organizacional da Divisão de Metrologia Cientifica e Industrial -Dimci
46
4.2.1 Atividades do Laboratório de Força, Torque e Dureza 48
4.3 Normas Aplicadas para Realização das Calibrações 50
4.4 Calibrações Realizadas desde a Década de 80 53
4.5 Calibrações Realizadas no Período de 1999 a 2004 54
4.6 Capacidade de Medição dos Laboratórios Acreditados 56
4.7 Estudo de Desenvolvimento de um Projeto da mais Alta Exatidão deMedição de Torque
64
4.8 Princípio de Funcionamento do Projeto do Sistema de Calibração deTorquímetros
67
4.9 Análise do Desenvolvimento da Fase 3 67
4.10 Análise da Situação do Lafor na Grandeza Torque 69
4.11 Análise Técnica e Financeira para Orçar Projeto da Grandeza Torque 69
4.12 Instalação do Padrão Primário de Torque – PPT 70
4.13 Caracterização do Padrão Primário de Torque - PPT 72
4.14 Avaliação da Melhor Capacidade de Medição do PPT 73
4.15 Apresentação dos Erros de Indicação entre as Máquinas 74
4.16 Avaliação do Erro Normalizado 78
4.17 Obtenção do Reconhecimento Mútuo 81
4.18 Proposta de Metodologia de Disseminação da Padronização nosorganismos acreditados no Brasil
82
5- CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS 83
5.1 Reconhecimento Mútuo 84
5.2 Considerações Finais 84
5.3 Sugestões para Trabalhos Futuros 84
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 86
Apêndice 90
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Apresenta os Países, Laboratórios, Faixas nominais e a MelhorCapacidade de Medição que declaram no Apêndice C. 42
Tabela 2 - Apresenta os tipos de instrumentos de medição e tipos de apoiode braços. 57
Tabela 3 - Melhor capacidade de medição entre outros Institutos deMetrologia Nacionais declarados no apêndice C. 82
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 - Tipos de erros e incerteza de medição para calibração decalibradores de torquímetros. 51
Gráfico 2 - Tipos de erros e incerteza de medição para o período de 1983a 2004. 52
Gráfico 3 - Gráfico que indica os números Calibração, para Calibradoresde Torquímetros e Torquímetros. 55
Gráfico 4 - A melhor capacidade de medição para o Sistema de Calibraçãode Taquímetros. 59
Gráfico 5 - A melhor capacidade de medição para calibração deTransdutor de Torque. 60
Gráfico 6 - A melhor capacidade de medição para calibração deTorquímetro. 61
Gráfico 7 - A melhor capacidade de medição para verificação deApertadeiras. 62
Gráfico 8 - Gráfico de número de calibrações realizadas por laboratóriosacreditados. 63
Gráfico 9 - Controle ambiental do Padrão Primário de Torque71
Gráfico 10 - Gráfico comparativo da melhor capacidade de medição do PPTentre o PTB e EA -10/04 (EAL-G22). 74
Gráfico 11 - Gráfico dos erros para a faixa nominal de 20 N.m. 75
Gráfico 12 - Gráfico dos erros para a faixa nominal de 200 N.m. 76
Gráfico 13 - Gráfico dos erros para a faixa nominal de 2000 N.m. 77
Gráfico 14 - Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 2 N.m até 20N.m. 79
Gráfico 15 - Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 20 N.m até200 N.m. 90
Gráfico 16 - Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 200 N.m até2000 N.m. 81
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Diagrama original do BIPM, mostrando as sete unidades debase do SI e a interdependência entre elas. 23
Figura 2 - Método direto sem apoio 33
Figura 3 - Método direto usando transdutor de torque 34
Figura 4 - Desenho de uma montagem do mancal aerostático. 35
Figura 5 - Foto de um mancal aerostático. 35
Figura 6 - Desenho de uma montagem, de um mancal de esferas. 36
Figura 7 - Desenho de uma montagem com um sistema de juntaelástica
37
Figura 8 - Foto de um sistema de junta elástica instrumentada. 37
Figura 9 - Desenho da montagem eletrônica utilizada para medição dastemperaturas do braço. 38
Figura 10 - Calibração dimensional por interferometria de um braço. 39
Figura 11 - Tipos de modelos de conexão com flange. 40
Figura 12 - Tipo de desalinhamento radial. 41
Figura 13 - Tipo de desalinhamento angular. 41
Figura 14 - Organograma da Diretoria de Metrologia Científica eIndustrial – DIMCI. 47
Figura 15 - Desenho esquemático exemplificando a deformação de umbraço de torquímetro em calibração. 54
Figura 16 - Foto apresentando a realização da calibração de umtorquímetro de indicação analógica. 54
Figura 17 - Foto do calibrador de torquímetro, calibrando um torquímetro. 66Figura 18 - Esquema de um Sistema de Medição de Torque pelo Método
Primário. 67Figura 19 - Foto do Sistema de Calibração de Torque com faixa nominal
de 400 N.m. 68
Figura 20 - Foto da vista externa da campânula da máquina PPT. 72Figura 21 - Fotos dos transdutores de torque de transferência. 73Figura 22 - Foto da máquina Padrão Primário de Torque instalada. 78Figura 23 - Braço de aplicação de força para os sentidos horário e anti
horário. 78
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas TécnicasALCA Associação de Livre Comércio das AméricasBIPM Bureau International des Poids et MesuresCAPES Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorCEM Centro Espanhol de MetrologiaCENAM Centro Nacional de MetrologiaCGCRE Coordenação Geral de CredenciamentoCIPM Comité International des Poids et MesuresCNPQ Conselho Nacional de Desenvolvimento Certifico e TecnológicoConmetro Conselho Nacional de Metrologia Normalização e
Qualidade IndustrialDIAVI Divisão de Metrologia Acústica e de VibraçõesDICLA Divisão de Credenciamento de LaboratóriosDIELE Divisão de Metrologia ElétricaDIMCI Diretoria de Metrologia Cientifica IndustrialDIMEC Divisão de Metrologia MecânicaDIOPT Divisão de Metrologia ÓpticaDITER Divisão de Metrologia TérmicaDN Departamento NacionalDQUIM Divisão de Metrologia QuímicaEA European for Cooperation AccreditationEUROMET European Collaboration in Measurement StandardsFINEP Financiadora de Estudos e ProjetosFNDCT Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientifico e
TecnológicoGUM Guide to the Expression of Uncertainty in MeasurementIAF International Accreditation ForumIEC International Electrotechnical ComissionILAC International Laboratry AccreditationIMEKO International Measurement ConfederationINM Institutos Nacionais de MetrologiaINMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade
IndustrialINMs Institute of National Measurement StandardsINT Instituto Nacional de TecnologiaISO International Organization for StandardizationLACIN Laboratório de Capacitância e IndutânciaLAENA Laboratório de Ensaios AcústicosLAETA Laboratório de EletroacústicaLAFLU Laboratório de FluidosLAFOR Laboratório de Força, Torque e DurezaLAFOT Laboratório de FotometriaLAHIG Laboratório de HigrometriaLAINT Laboratório de InterferometriaLAMAS Laboratório de MassaLAMIN Laboratório de Metrologia DimensionalLAPEN Laboratório de Potência e Energia
LAPIR Laboratório de PirometriaLAPRE Laboratório de PressãoLARAD Laboratório de RadiometriaLARES Laboratório de ResistênciaLATCE Laboratório de Tensão e Corrente ElétricaLATER Laboratório de TermometriaLATRA Laboratório de TransformadoresLAVIB Laboratório de VibraçõesMCM Melhor Capacidade de MediçãoMCT Ministério da Ciência e TecnologiaMERCOSUL Mercado Comum do SulMRA Mutual Recognition ArrangementNBR Norma BrasileiraNIST National Institute of Standards and TechnologyNPL National Physical LaboratoryOEA Organização dos Estados AmericanosOMC Organização Mundial do ComércioPACDT Programa de Apoio ao Desenvolvimento Científico e TecnológicaPPT Padrão Primário de TorquePTB Physikalisch-Technische BundesanstaltRBC Rede Brasileira de CalibraçãoRHAE Programa de Capacitação de Recursos HumanosRMO Regional Metrology OrganizationSAMCI Seção de Apoio à Metrologia Científica e IndustrialSENAI Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialSENGI Serviço de Engenharia de Instrumentação e Inovação
TecnológicaSI Sistema Internacional de UnidadesSIM Sistema Interamericano de MetrologiaSinmetro Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e
Qualidade IndustrialTAG Technical Advisory Group on MetrologyTIB Tecnologia Industrial BásicaTS Technical SpecificationEU União Européia
RESUMO
Os Institutos Nacionais de Metrologia (INM), têm o compromisso de disseminar asunidades de medida do Sistema Internacional (SI) com a requerida confiabilidademetrológica para os usuários de seus serviços, assim como evidenciar competênciatécnica, através da compatibilidade de resultados em comparações com seuscongêneres, visando o Acordo de Reconhecimento Mútuo (ARM), coordenado pelo“Bureau International des Poids et Mesures” (BIPM). Como laboratório de referênciano Brasil na área de metrologia de Força, o Laboratório de Força, Dureza e Torque(Lafor), pertencente ao Instituto Nacional de Metrologia – INMETRO - tem estecompromisso. Pelo fato das calibrações de torque usuais, no Brasil, nãoapresentarem a adequada confiabilidade e exatidão, o Lafor deu início a novosprojetos e desenvolvimentos de calibradores de torquímetros e transdutores detorque. Este trabalho pretende mostrar a necessidade de implantação de um projetopara especificar e instalar uma máquina de Padrão Primário de Torque com umafaixa de capacidade nominal de 20N.m até 3000N.m, em ambos os sentidos horárioe anti-horário, como um processo que visa garantir a maximização da confiabilidademetrológica. Para alcançar esse objetivo, um estudo na implantação daPadronização Primária de Torque no Brasil foi realizado como forma de mostrar oprocesso evolutivo dos projetos e desenvolvimentos realizados pelo Lafor.
Palavras-chave: Confiabilidade metrológica; Calibradores de torquímetros;Transdutores de torque e Padrão primário
ABSTRACT
The National Metrology Institutes (INM) is commited to disseminate measurementunits of Système International (SI) with requested metrological reliability for theirservice users as well as providing technical competence, through result compatibilityin comparisons with its affiliates, seeking Mutual Recognition Agreement (MRA), allcoordinated by the “Bureau International des Poids et Mesures " (BIPM). As thereference laboratory in Brazil on Force metrology, the Force, Hardness and TorqueLaboratory (Lafor), from the Instituto Nacional de Metrologia Normalização eQualidade – INMETRO - has this commitment. Since current torque calibrations usedin Brazil do not present the adequate reliability and accuracy, Lafor started newprojects and the development of torquimeters calipers and torque transductors. Thiswork intends to demonstrate the need for a project implantation to specify and installa machine for the Torque as a Primary Standard with capacity from nominal range of20N.m up to 3000N.m, on both clockwise and anticlockwise directions, as a processthat aims to guarantee maximization of the metrological confidence. Seeking thatgoal, a study for the implementation of a Primary Standardization of Torque in Brazilhave been made, as form of showing the evolutionary process of the projects anddevelopments realized by Lafor.
Keywords: Metrological reliability; Torquimeters calipers; Torque transductors endPrimary Standard.
14
1 INTRODUÇÃO
1.1 CONTEXTO INTERNACIONAL
O processo de globalização em curso, no contexto econômico de abertura demercados, insere a metrologia como poderoso instrumento para superar barreirastécnicas ao comércio internacional.
O papel desempenhado pelo “Bureau International des Poids et Mesures”
(BIPM), organismo intergovernamental da Convenção do Metro (criada em 1875),
sediado na França, cuja responsabilidade primeira foi ter a guarda dos padrões
internacionais de medida, reveste-se de um novo caráter, à medida que as bases da
metrologia passam a ser centradas mais intensamente no conhecimento científico. É
a partir desse momento que se concede aos Institutos Nacionais de Metrologia
(INM), cujo termo em inglês é “National Metrology Institutes” (NMI), o próprio
estabelecimento de seus padrões. Contudo, é necessário que os INM estabeleçam
harmonicamente suas bases de atuação, a fim de continuarem a garantir a
confiabilidade esperada de um instituto de referência nacional. É então confiada ao
BIPM uma nova responsabilidade, qual seja, a de coordenar, acompanhar e manter
um Acordo de Reconhecimento Mútuo, cujo termo em inglês é “Mutual Recognition
Arrangement” (MRA) entre os Institutos Nacionais de Metrologia - INM, sob o
enfoque da declaração de equivalência de padrões de medida e de certificados de
calibração. (SILVA; DE OLIVEIRA; OGINO; AFONSO, 2003)
O documento oficial, de responsabilidade do “Comité International des Poids
et Mesures” (CIPM) que trata do referido acordo, denomina-se Mutual recognition of
national measurement standards and of calibration and measurement certificates
issued by National Metrology Institutes (BIPM, 1999).
O Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial –
INMETRO - através da sua Diretoria de Metrologia Científica e Industrial – DIMCI,
tem empenhado - se na implementação de melhorias e da implantação de novos
processos metrológicos em seus laboratórios, visando ao Acordo do
Reconhecimento Mútuo dos serviços.
Na busca contínua pela melhoria, pesquisaram-se as metodologias para
calibrar adotadas pelo “Physikalisch-Technische Bundesanstalt” (PTB) - Alemanha,
com a qual o INMETRO tem forte intercâmbio. A visita do chefe do laboratório de
Torque do PTB, da Alemanha, trouxe informações e sugestões importantes para
15
elucidar o trabalho de desenvolvimento que o Lafor vinha desempenhando sobre a
Padronização Primária de Torque ao longo dos anos.
1.2 OBJETIVO GERAL:
Este estudo tem por finalidade demonstrar a necessidade da aquisição de
uma máquina que atinja uma incerteza máxima expandida de 0,01% da sua
melhor capacidade de medição, para que, com sua utilização, seja alcançado o
mais alto grau de confiabilidade metrológica.
1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Este estudo tem os seguintes objetivos:
• Discutir as fases de desenvolvimento de projetos e instalação de
sistema de calibração;.
• Discutir os resultados dos erros normalizados, indicação e melhor
capacidade de medição entre as máquinas do PTB e Inmetro;
• Analisar os resultados da pesquisa realizada no Lafor e dos
laboratórios acreditados pela Dicla;
• Propor as especificações ideais para um Padrão Primário de Torque
que meça com o mais alto nível de exatidão.
1.4 JUSTIFICATIVA DO TRABALHO:
Desde a realização da mudança do Lafor nos anos de 1980, este tem procurado
assumir a sua missão de ser o laboratório de referência no País em Metrologia de
Força, acompanhando o avanço tecnológico internacional e atendendo à
necessidade de seus clientes, por meio da implementação de melhorias e da
implantação de novos processos metrológicos . Por exigência da Dicla, os
laboratórios acreditados devem apresentar a melhor capacidade de medição e,
portanto, cabe ao Laboratório de Força dar rastreabilidade e confiabilidade
metrológica a esses laboratórios.
Entretanto, os serviços de calibração do Lafor não vinham apresentando
resultados sistêmicos da metodologia de calibrar, de modo a garantir continuamente
18
a qualidade nas calibrações realizadas. Era preciso evidenciar, perante os
clientes, a competência e a capacidade dos resultados de suas calibrações.
1.5 LIMITAÇÕES DO ESTUDO
Esta pesquisa terá como limites o estudo da padronização primária de torque
no Lafor /Inmetro. Para tanto, ficará restrita à análise das diversas fases dos projetos
desenvolvidos entre os anos de 1982 e 2004.
19
2 - REVISÃO DA LITERATURA
2.1 ASPECTO HISTÓRIA DA METROLOGIA
De acordo com João Alziro Herz da Jornada (Tecnologia Industrial Básica,
2005) o aparecimento do sistema organizado de medição, com unidades de medida
e regras bem definidas para o seu uso, se confunde com a história da
humanidade.Estes provavelmente surgiu quando do advento da agricultura, na área
entre a Síria e o Irã, por volta de 6000 A.C. A necessidade de calcular estoques de
alimentos e rações levou às primeiras medidas de volume, a partir do volume de
grãos que cabia em uma das mãos. À época dos primeiros escritos cuneiformes,
originários da Mesopotâmia, ao redor de 2900 A.C, o sistema de medidas que foi a
base para todos os sistemas da antigüidade, até para os da China, já havia sido
concebido e implementado na sua essência.
Esse sistema foi mantido pelos árabes e usado na Europa Medieval, inclusive
na Rússia. O atual sistema inglês pode ser considerado uma evolução dele. Foi o
sistema métrico Francês que rompeu com essa tradição milenar.
Documentos e instrumentos antigos mostram que os egípcios usavam um
sistema baseado no “cúbito” (distância do cotovelo à ponta do dedo maior da mão,
com cerca de 45 centímetros) que era dividido em 24 “dedos “ (largura de um dedo,
com pouco menos de 19 centímetros). Os egípcios usavam também o “pé” com
comprimento de 16 “dedos” (cerca de 30 centímetros). Assim um “cúbito”
correspondia a 1,5 “pés”.
A unidade de massa era obtida enchendo um cubo de um “pé” de lado com
água da chuva, o que corresponde a 27 quilogramas, e foi amplamente adotado até
o fim do século XVIII, sendo conhecido como “pé cúbico”.
É interessante notar que, juntamente com um sistema de unidades, nesta
época já existiam outras ferramentas bastante atuais da metrologia, como padrão
primário e calibrações periódicas, além da presença forte do Estado neste processo.
Os arquitetos e construtores do antigo Egito eram obrigados a comparar, a intervalos
de tempos regulares, a cada lua cheia, seus padrões do cúbico com o padrão real,
feito de granito. A desobediência era punida com a morte.
O sistema desenvolvido na Antigüidade foi migrando por várias civilizações,
sendo alterado e adaptado às características de cada uma delas. Assim, é possível
identificar inúmeros sistemas de medidas: mesopotâmio, védico (Índia), persa,
20
árabe, egípcio, grego, e romano. Mais recentemente: inglês, escocês, espanhol,
alemão, dinamarquês, norueguês, etc.
Em 1670, Gabriel Mouton propôs que o novo sistema métrico utilizasse, como
padrão de comprimento, um arco de meridiano terrestre, enquanto Jean Picard,
astrônomo francês, sugeriu uma unidade baseada na oscilação de um pêndulo. Em
1790, durante a revolução Francesa, a Assembléia Nacional da França encarregou a
Academia Francesa de Ciência de criar “modelos imutáveis para todos os pesos e
medidas”. A academia recomendou, e em 1791, a Assembléia Nacional aprovou, a
adoção de um sistema de unidades ao mesmo tempo simples e científico, baseado
na proposta de Mouton. Sua unidade de comprimento era o metro, um décimo
milionésimo do quadrante do meridiano que passa por Paris. Múltiplos e
Submúltiplos eram decimais; sua unidade de massa era o quilograma, a massa de
um decímetro cúbico de água pura para a temperatura de máxima densidade (4°C)
(Tecnologia Industrial Básica - TIB, 2005).
Em 22 de junho de 1799, os padrões de massa e comprimento, já com suas
definições e fabricados em platina, foram depositados nos Arquivos da República em
Paris. Laplace, como presidente do Instituto Nacional de Paris, apresentou à
Assembléia Legislativa francesa os padrões de comprimento e de massa que, em 10
de dezembro do mesmo ano, foram considerados legais.
No final da década de 1860, sentiu-se a necessidade de internacionalizar o
sistema métrico decimal, desvinculando-o da dependência de um único país. Após
algumas reuniões, um grupo de países interessados decidiu estabelecer um tratado
diplomático, que ficou conhecido como Convenção do Metro. Em 20 de maio de
1875, o tratado foi assinado por 17 países, incluindo o Brasil e Estados Unidos. Em
1900 o número de signatários havia aumentado de 35 para 51 países até os dias de
hoje. O tratado estabeleceu a criação do Bureau Internacional de Pesos e Medidas
(Bureau International des Poids et Mesures - BIPM), organismo cientifico com sede
permanente em Paris.
O BIPM ficou encarregado da conservação dos protótipos internacionais, e
das comparações desses padrões com os padrões nacionais e com outros padrões,
conforme se tornasse necessário.
21
2.1.2 Institutos Nacionais de MetrologiaSegundo, Maciel e Tavares (1999) “ a existência de Institutos Nacionais de
Metrologia (INM) e Redes de Laboratórios Acreditados, forma um sistema integrado
que propicia condições prévias para a defesa do consumidor praticamente em sua
totalidade”.
Após a Convenção do Metro, realizada em 1875, foram criados os Institutos
Nacionais de Metrologia: na Alemanha (PTB),em 1887; na Rússia (Mendeleev
Institute ), em 1893; na Inglaterra (NPL), em 1900; nos Estados Unidos (NBS), em
1901 e no Brasil (Inmetro), em 1973.
Quanto ao Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade
Industrial (Inmetro), Vinge ( 2004) informa que foi criado pela Lei 5.966, tornando-se
autarquia federal vinculada ao Ministério da Indústria e Comércio (MIC), órgão
executor das políticas do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade
Industrial - Sinmetro, com personalidade jurídica e patrimônio próprios.
A instituição foi inicialmente organizada em cinco diretorias: Metrologia Legal;
Metrologia Científica e Industrial; Normalização; Qualidade Industrial; Arrecadação e
Fiscalização. Adicionalmente, ainda havia um Centro de Documentação e
Informação e uma Coordenadoria de Intercâmbio e Assuntos Internacionais.
Devido à importância política e às novas ações e atividades atribuídas ao
Inmetro, deu-se início, em meados de 1970, à construção do Campus Laboratorial
de Xerém, no Município de Duque de Caxias – RJ.
2.1.3 A metrologia no BrasilEm 26 de junho de 1862, treze anos antes da Convenção do Metro, a Lei
Imperial 1.157determinou oficialmente a adoção do sistema métrico decimal no
Brasil. Ela autorizava a compra e aferição dos padrões na França, extinguia, no
prazo de dez anos, o uso legal dos antigos padrões, e introduzia, nas escolas, textos
explicando o sistema métrico decimal. Anteriormente utilizavam-se no país antigas
unidades e medidas portuguesas, que sofriam fortes influências locais, mudando
muitas vezes de nome e de valor. No ano de 1816, chegaram ao Brasil padrões mais
precisos, enviados no âmbito de um programa organizado pela Academia de Ciência
de Portugal.
22
Em 1875, o Brasil participou da conferência que aprovou a criação do BIPM,
porém, como esse ato não foi ratificado no Brasil, não se estabeleceu o vínculo
formal, não tendo o País recebido cópias dos padrões. Somente em 06 de outubro
de 1921, se deu a adesão do Brasil à Convenção do Metro. Com o decreto de 4 de
agosto de 1938, foram tomadas várias iniciativas para atualizar a legislação
metrológica brasileira. O mesmo decreto criou a Comissão de Metrologia, dando ao
país uma estrutura inteiramente nova para a metrologia científica, industrial e legal.
Em 1961, o Instituto Nacional de Tecnologia (INT), órgão vinculado na época ao
Ministério do Trabalho, Indústria e Comércio, passou a ser responsável, por
intermédio da sua Divisão de Metrologia, pela fiscalização e execução das diretrizes
nacionais para a metrologia.
A lei 5966, de 11/12/1973, criou o Sistema Nacional de Metrologia,
Normalização e Qualidade Industrial, (Sinmetro), cuja entidade de mais alto nível é o
Conselho Nacional de Metrologia Normalização e Qualidade Industrial, (Conmetro).
A mesma lei criou o Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade
Industrial (Inmetro), que é o órgão executivo central do Sistema, executor das
políticas e diretrizes nacionais da metrologia, normalização e qualidade Industrial. O
Inmetro se estruturou e se desenvolveu ao longo dos anos, para, dentre várias
funções, ser um Instituto Nacional de Metrologia (INM), responsável pelos padrões
metrológicos nacionais, por sua aceitação internacional e pela disseminação das
unidades de medidas. Enfim, ser um centro de referência em pesquisa cientifica e
tecnológica no domínio da metrologia e áreas afins. (Tecnologia Industrial Básica,
2005).
2.1.4 Sistema Internacional de Unidades (SI)O SI é gerido pelo CIPM, com o apoio do “Comitê Consultivo das Unidades
(CCU)”. Todas as modificações ao SI são propostas à Conferencia Geral de Pesos e
Medidas (Conférence Générale des Poids ef Mesures – CGPM) para a devida
aprovação a fim de entrarem em vigor.
As unidades de base do SI são: o metro(m), para comprimento; o quilograma
(kg), para massa; o segundo (s), para tempo; o ampère(A), para corrente elétrica; o
kelvin(K), para temperatura; o mol, para quantidade de substância e a candela (cd),
23
para intensidade luminosa ( figura 1 apresenta o diagrama das medidas de base do
SI).
Outras unidades SI que possuem nomes específicos são definidas
algebricamente em termos das unidades de base. O Newton (N), por exemplo, é
definido como a força que acelera uma massa de um quilograma a uma taxa de um
metro por segundo.
Há atualmente, 22 unidades com nomes específicos no SI, como, por
exemplo, o radiano e o estero-radiano, para ângulos planos e sólidos, etc,. Além das
22 unidades, o SI também admite o uso de unidades adicionais, métricas e não
métricas como, por exemplo, grau, minuto e segundo de arco, etc. (Tecnologia
Industrial Básica, 2005).
Figura 1: Diagrama representando original do BIPM, mostrando as seteunidades de base do SI e a interdependência entre elas para a realização, aligação com as constantes fundamentais e a incerteza relativa atualmentealcançada.( Tecnologia Industrial Básica – TIB – p.83)Fonte: Tecnologia Industrial Básica - 2005
24
2.1.5 Tecnologia Industrial Básica – TIBPara conduzir o processo de capacitação institucional, o Governo Brasileiro
concebeu, entre 1982 e 1984, o Subprograma de Tecnologia Industrial Básica,
dentro do PADCT, executado mediante três sucessivos acordos de empréstimo com
o Banco Mundial até 1998. Durante aquele período, o Programa contou com fontes
adicionais de recursos do próprio Ministério, como o Programa RHAE – Programa de
Capacitação de Recursos Humanos para Atividades Estratégicas; do PACDT –
Programa Apoio à Competitividade e Difusão Tecnológica, do CNPq, e com recursos
do FNDCT– Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico, incluindo
a linha AGQ – Apoio à Gestão da Qualidade, da FINEP – Financiadora de Estudos e
Projetos. A partir de 2001, o fomento passa a ser realizado com recursos
provenientes dos Fundos Setoriais sob responsabilidade do MCT – Ministério da
Ciência e Tecnologia, em especial o Fundo Verde Amarelo. Devido ao esforço de
combinação de fontes de fomento, o Programa TIB vem sendo, desde o seu inicio, a
principal fonte de apoio à Metrologia, Normalização, Avaliação da Conformidade,
Tecnologia de Gestão, serviço de suporte à propriedade intelectual e à Informação
tecnológica (Tecnologia Industrial Básica - TIB, 2005).
Investimentos realizados no programa:
O PADCT-TIB investiu, no período de 1985 a 2001, um total de US$ 59,8
milhões em metrologia, normalização, avaliação da conformidade, capacitação de
recursos humanos em gestão da qualidade e informação tecnológica. No período de
2001 a 2004, com recursos provenientes dos Fundos Setoriais, o programa TIB
investiu R$ 114,4 milhões na execução de projetos nas áreas citadas acima..
Com apoio na área da metrologia, base técnica para as atividades de
normalização e de avaliação da conformidade, o programa TIB possibilitou suplantar
graves lacunas, quer no Inmetro, como INM – Instituto Nacional de Metrologia,
responsável pelos padrões metrológicos nacionais, que confere rastreabilidade
internacional do sistema metrológico no Brasil; quer na RBC – Rede Brasileira de
Calibração, que reúne os laboratórios de nível secundário acreditados pela
Cgcre/Inmetro, os quais fornecem serviços diretamente à industria. Possibilitou
também a criação do programa RH-Metrologia, com parceria do CNPq, CAPES e
25
OEA – Organização dos Estados Americanos e do setor privado. (Tecnologia
Industrial Básica, 2005).
Importância da metrologia TIB para o fortalecimento do Inmetro
O apoio técnico e financeiro fornecido pelo programa TIB, destinado a fortalecer
a estrutura da metrologia cientifica, nas áreas de metrologia mecânica, elétrica,
térmica, acústica e óptica, com investimento na ordem de US$ 10 milhões,
provenientes do PADCT, permitiu minimizar carências críticas causadas pela
crescente demanda de serviços prestados à indústria brasileira. Possibilitou ainda
uma grande conscientização sobre o papel da metrologia nos mais diversos
segmentos da sociedade brasileira, principalmente com as comunidades que lidam
com a produção de conhecimento da metrologia.
No período de 2001 a 2004, foram destinados mais de R$ 22,6 milhões,
vindos dos fundos setoriais, para o apoio aos laboratórios do Inmetro e projetos de
pesquisas. Outros programas também foram desenvolvidos objetivando o
fortalecimento da Metrologia, a saber:
• IRD - Metrologia das Radiações Ionizantes
• Observatório Nacional em Metrologia de Tempo e Freqüência
• Rede Brasileira de Calibração - RBC
• Redes Metrológicas Estaduais
2.1.6 Tecnologia Industrial Básica e InovaçãoA tecnologia industrial básica foi de grande importância para a competitividade
das empresas. Ela se torna mais vital hoje, quando o diferencial de competitividade
dos países em escala global é conferido por sua capacidade de desenvolvimento
tecnológico e de inovação. Vários países têm atribuído as estruturas de suporte
tecnológico à metrologia, normalização e regulamentação técnica, avaliação da
conformidade, informação tecnológica, gestão e propriedade intelectual, dentre
outros serviços, às suas respectivas políticas públicas em prol da inovação. De
imediato se reconhece a fundamental necessidade de medir: medir mais, melhor,
medir novas grandezas, medir valores menores, ensaiar. Esta necessidade se
manifesta em cada etapa, da pesquisa cientifica ao controle do processo de
produção, passando pelo desenvolvimento e ensaios do produto,:medir com
confiabilidade é essencial.
26
A preocupação com a medição, cada vez mais presente nos mais variados
setores, levou o Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) e os principais
Institutos Nacionais de Metrologia (INM) a avaliarem as necessidades em termos de
metrologia no mundo.
O cenário que se descortina para a metrologia está intimamente ligado ao
ambiente no qual se processam os avanços científicos e tecnológicos e,
conseqüentemente, à inovação. As áreas de maior potencial inovador são aquelas
de caráter multidisciplinar, que representam a interface entre os vários campos do
conhecimento e, naturalmente, apresentam os maiores desafios em termos de
metrologia. Por outro lado, os avanços na metrologia científica têm permitido a
realização de unidades de medição com base em fenômenos quânticos, utilizadas
em instrumentos já disponíveis comercialmente, a preços acessíveis. (Tecnologia
Industrial Básica, 2005)
2.1.7 Processo de Internacionalização da EconomiaO Brasil experimenta quatro grandes aprendizados no campo da integração
comercial:
• a construção do Mercado Comum do Sul ( MERCOSUL )
• as discussões em torno da Associação de Livre Comércio das Américas
(ALCA)
• a integração do MERCOSUL com a União Européia (UE);
• a participação na Organização Mundial do Comércio - OMC.
Em todos esses processos, há uma grande e objetiva preocupação com as
barreiras técnicas ao comércio. Para a diminuição ou mesmo eliminação das
barreiras não - tarifárias, há uma eventual proteção (legitima ou não) de mercados
que tende a recair sobre as áreas de normalização e regulamentação técnica e a
metrologia. Ou seja, a lógica que orienta esse processo nas transações comerciais é
a qualidade (certificada) de produto e serviços. Há, para isto, o aparato de avaliação
da conformidade, com base nos laboratórios de ensaios. Esta estrutura fundamenta-
se em normas e regulamentos técnicos que, por sua vez, fundamentam-se na
metrologia. A exigência de um aumento da exatidão e diminuição do nível de
incerteza nas medições, por parte de um país comprador (ditadas por razões
técnicas ou mesmo políticas), pode alijar um país fornecedor da competição por
27
mercados.
As estratégias de participação de um país no comércio internacional têm que,
necessariamente, tomar em conta a infra-estrutura de serviços tecnológicos
disponíveis em metrologia, normalização, regulamentação técnica e avaliação da
conformidade.
Nesse contexto, são muito importantes os arranjos sub-regionais, de modo a
permitir que dois ou mais países compartilhem recursos de infra-estrutura
tecnológica, especialmente em áreas como da metrologia cientifica, pois os
investimentos em laboratórios, equipamentos e na formação de pessoal, nos níveis
desde o técnico ao de doutorado, são muito elevados.
Neste cenário, os países e os blocos econômicos têm estimulado as
organizações técnicas nos âmbitos internacional, nacional, regional, e sub-regional,
a buscarem o reconhecimento mútuo dos sistemas de metrologia e avaliação de
conformidade, objetivando reduzir as dificuldades e aliviando o fluxo de comércio
entre os parceiros comerciais. Nos dias atuais, o objetivo é a harmonização dos
sistemas de metrologia, normalização e avaliação da conformidade, tomando-se em
conta as peculiaridades de cada modelo organizacional dessas atividades.
Em 2004, o Inmetro procurou capacitar-se com o objetivo de obter o
reconhecimento junto aos seguintes foros: IAF – International Accreditation Forum,
foro de reconhecimento multilateral de organismo acreditados; ILAC – International
Laboratry Accreditation, que reúne os acreditadores de laboratórios de calibração e
ensaios; BIPM – Bureau Internationale des Poids et Mésures, que congrega os
organismos nacionais de metrologia científica e industrial; EA – European
Accreditation, foro que reconheceu o Inmetro, a partir de 30 de janeiro de 2001,
como instituição que acredita os laboratórios nacionais de acordo com os padrões
internacionais.
Temos que considerar também que a norma é uma fotografia da tecnologia,
estando, portanto, em constante evolução. Da mesma forma, a metrologia que lhe
serve de base também evolui rapidamente, do universo das medidas materializadas
para o universo da física e da química, em escala subatômica, por meio da
realização de experimentos controlados, reprodutívos e repetitivos. Esse processo,
altamente complexo e dinâmico, exige uma considerável capacitação na área das
ciências das medições.
28
Dentro de uma abordagem mais moderna, a tendência hoje observada é a de
encarar-se a metrologia, a normalização e a avaliação da conformidade não como
barreiras técnicas, mas como ferramentas para a construção de relações comerciais
firmes, já que essas deverão resultar, ainda que em longo prazo, de acordos de
reconhecimento mútuo dos sistemas nos diversos países.(Tecnologia Industrial
Básica – 2005).
2.1.8 Requisitos Técnicos para a Confiabilidade MetrológicaSegundo Valente (2004, p. 25 ) a norma NBR ISO/IEC 17025 (2001), em seu
conteúdo, estabelece os requisitos necessários (e que devem ser atendidos por
laboratórios metrológicos) à implementação de um sistema da qualidade que
demonstre competência técnica e que seja capaz de produzir resultados
tecnicamente válidos.
Para cada um destes fatores, a norma apresenta requisitos diversos que
devem ser atendidos na íntegra, juntamente com os requisitos para gerenciamento,
pelos laboratórios metrológicos, evidenciando a capacitação na realização de
serviços de ensaios ou calibrações.
2.2 Aspecto da Gestão da MetrologiaOs laboratórios da Diretoria de Metrologia Cientifica e Industrial - DIMCI
devem sempre buscar a excelência na execução de calibrações para bem atender a
seus clientes, no que diz respeito à exatidão por eles requerida. Assim, os
laboratórios devem possuir equipamentos de medição e padrões que assegurem
resultados, com respectivas incertezas, compatíveis com a necessidade de quem
contrata seus serviços.
Os serviços contratados são em função da Melhor Capacidade de Medição
(MCM), isto é, a menor incerteza que um laboratório pode declarar, associada ao
resultado da calibração, é o parâmetro que deve ser considerado para correlacionar
com a exatidão requerida. Isto é justificável pelo fato de que o cliente concorda em
realizar o serviço naquele laboratório após ser informado sobre sua MCM para o tipo
de serviço de calibração pretendido.
Entretanto, para que o laboratório disponibilize o serviço a clientes com o nível
de qualidade requerido, de modo a situá-lo ou mantê-lo como referência metrológica
29
no País, é necessário que disponha de equipamentos de medição e padrões
adequados, que atendam às especificações e aos critérios de aceitação
estabelecidos. Os critérios de aceitação para seus equipamentos e padrões devem
ser muito bem estabelecidos pelos laboratórios, pois são de fundamental
importância, uma vez que podem influenciar diretamente nas MCM e nas incertezas
de medição dos serviços de calibração realizados.
Os laboratórios devem estar atentos para os limites a considerar os erros
detectados nas calibrações dos equipamentos, padrões de referência ou padrões de
trabalho,como desprezíveis, de modo a reduzirem o risco de os resultados aferidos
serem afetados e não contribuírem significativamente para um aumento no valor de
suas incertezas de medição. O ideal é que, independentemente dos erros obtidos,
estes sejam corrigidos.
Na consideração a respeito dos critérios de aceitação, é igualmente de
grande importância. analisar as incertezas de medição obtidas na calibração de seus
equipamentos e padrões, pois estas influenciam diretamente nos cálculos das
incertezas repassadas para os serviços de calibração dos clientes.
Estas considerações, de acordo com Valente (2004,p. 29), são aplicáveis a
instrumentos ou equipamentos de medição das grandezas de influência, pois
também podem afetar os resultados finais das medições e as respectivas incertezas
emitidas para clientes .
2.2.1 Rastreabilidade da MediçãoConforme definição contida no Vocabulário internacional de termos
fundamentais e gerais de metrologia (INMETRO; SENAI/DN, 2000, p. 62),
rastreabilidade é a “propriedade do resultado de uma medição ou do valor de um
padrão estar relacionado a referências estabelecidas, geralmente a padrões
nacionais ou internacionais, através de uma cadeia contínua de comparações, todas
tendo incertezas estabelecidas”.
Valente ( 2004, p. 30 ) ressalta que os padrões nacionais e internacionais são
normalmente mantidos em INM ( Instituto Nacional de Metrologia), que estão no
topo da hierarquia metrológica em um determinado país e são os responsáveis por
disseminar as unidades de medida entre os usuários, sejam estes instituições de
pesquisa, órgãos governamentais, laboratórios ou indústrias. Se o INM tiver
30
condições de realizar ou reproduzir a unidade do SI para uma determinada
grandeza, o padrão nacional será idêntico ao padrão primário que realiza a unidade.
Se o INM não tiver essa condição, ele precisa garantir que as suas medições sejam
rastreáveis ao padrão primário, calibrando seus padrões de referência em um INM
de outro país que mantenha o padrão primário dessa grandeza. No caso da busca
de rastreabilidade a padrões primários de unidades relativas a grandezas de base,
pode-se também recorrer ao BIPM, órgão responsável por mantê-las e disseminá-
las.
2.2.2 Garantia da Qualidade de Resultados de Ensaio e CalibraçãoO método formal adotado por um INM para evidenciar a qualidade dos
resultados de suas calibrações, com vistas ao MRA, é o da participação em
comparações-chave e comparações suplementares. Porém, observa Valente ( 2004,
p. 31) os laboratórios devem adotar outros meios para avaliar a continuidade de sua
efetiva qualidade na realização de serviços metrológicos de forma periódica, o que
praticamente não é viável por meio das comparações-chave e/ou suplementares,
pelo fato delas não ocorrerem com freqüência e por não cobrirem todo o escopo de
atuação dos laboratórios.
2.2.3 Programa de Apoio à Tecnologia de GestãoNa correlação com a metrologia, a razão essencial do surgimento e aplicação
dos modelos gerenciais e dos sistemas de gestão, decorreu da crescente
complexidade dos processos produtivos e da diversificação dos produtos, permitindo
tratar de forma genericamente simples problemas de natureza complexa. De um
modo simplificado, pode-se dizer que a gestão da qualidade nasce da preocupação
com defeitos e falhas de componentes. (Tecnologia Industrial Básica, 2005).
No Brasil, as ações em tecnologia de gestão começaram a se fortalecer a
partir da década de 80. Até então havia pouca consciência política do papel da
qualidade para o desenvolvimento do País, em particular da sua importância no
ambiente industrial. O interesse pela temática da qualidade gerou a necessidade da
implantação de metodologias e técnicas, e do aumento de especialistas capacitados
nesse tema, dando assim, ao País, condições de competir com os países
31
industrializados e de tradição manufatureira mais consolidada. (Tecnologia Industrial
Básica, 2005).
2.2.4 Fator HumanoTreinamento adequado e a conseqüente qualificação da equipe técnica são
premissas básicas a serem cumpridas pelos laboratórios para atingirem o grau de
excelência que um INM requer. A gerência do laboratório, portanto, deve assegurar
a competência dos que operam equipamentos específicos, realizam ensaios e/ou
calibrações, avaliam resultados e assinam relatórios de ensaio e certificados de
calibração. O técnico que realiza tarefas específicas deve ser qualificado com base
na formação, treinamento e experiência apropriados e/ou habilidades demonstradas.
Sem dúvida, o fator humano pode ter maior ou menor influência na qualidade
do trabalho, dependendo da atividade ou da forma como esta é realizada. Por
exemplo, sistemas de medição automatizados podem minimizar esta influência, o
que não torna desnecessária a humana qualificada a executar esta atividade, para
poder analisar criticamente todo o processo de medição, incluindo os cálculos de
resultados finais.
Já em outras atividades em que se utilizam sistemas de medição não
automáticos, o fator humano pode ter influência. Sendo assim, cada laboratório
deverá definir o espectro de atividades nas quais seus técnicos irão atuar e
estabelecer um programa de treinamento, considerando as suas necessidades
específicas atuais e previstas. ( VALENTE, p.26 2004)
2.2.5 Acomodações e Condições AmbientaisDe acordo com Valente (2004, p. 27) cada laboratório, em função das
grandezas com as quais está envolvido, deve ter a preocupação de monitorar,
controlar e registrar as condições ambientais em seus processos de medição. As
instalações devem estar apropriadas quanto às condições ambientais, para um bom
desempenho da atividade do laboratório.
2.3 ASPECTO DA METROLOGIA DA GRANDEZA TORQUE
O torque é medido através de torquímetros e transdutores de torque. Estes
instrumentos têm a propriedade de controlar os torques aplicados nos apertos dos
32
parafusos em linhas de montagem, como, por exemplo, nas indústrias
automobilística, naval e aeronáutica.
Entretanto, esses instrumentos têm a necessidade de serem calibrados
periodicamente, em função do seu uso diário e manutenção após possíveis quedas.
Daí a necessidade de existirem padrões de torque com confiabilidade metrológica
para garantir os resultados desses instrumentos.
Vejamos alguns conceitos sobre máquinas de padronização de torque:
Gassmann, Allgeier e Kolwinski (2000) ressaltaram que existiu um período em
que o desenvolvimento em Metrologia de Torque foi praticamente abandonado, em
relação ao grande desenvolvimento obtido em Metrologia de Força ao longo dos
tempos. Nos últimos anos, foi dado muito enfoque à Metrologia de Torque nos INM,
seja para o Padrão Primário ou Padrão Secundário, em virtude da grande
necessidade de desenvolver projetos para os novos Padrões.
Conforme Ramirez Ahedo e Torres Guzmàn ( 2001 – p. D4-1,) na escolha da
compra de um Sistema de Padronização Nacional de Torque, o laboratório tem que
realizar vários estudos para saber qual o melhor modelo de máquina para realização
da unidade de grandeza. Esta deverá atender a exigências em função do nível da
exatidão e incerteza de medição, requeridos para laboratórios de padronização
nacional.
Existem vários métodos para se realizar um projeto de Padrão Primário de
Torque . A escolha do método terá fundamental importância no desempenho do
Projeto, já através dele se realiza a disseminação de grandeza para as indústrias
nacionais através da rede de laboratórios acreditados. Dentre estes tem-se:
• Método direto sem apoio, que é projetado utilizando-se um braço e massas
aplicadas diretamente ao transdutor de torque em calibração. Este sistema
apresenta a vantagem de eliminar o atrito devido ao fato de não ter ponto de
apoio, pois o braço é introduzido diretamente no transdutor de torque em
calibração. Este sistema é muito utilizado por laboratórios acreditados e nas
indústrias, apresentando, no entanto, uma desvantagem por transmitir forças
transversais e momentos fletores no eixo do transdutor de torque, devido ao
momento resultante da aplicação de massa, no ato de uma calibração.
Portanto, este sistema introduz erro de indicação em uma calibração( fig. 2)
33
• Método direto utilizando transdutor de força em uma das extremidadesdo braço e na outra um ponto de apoio onde é introduzido o transdutorde torque (este sistema encontra sua limitação na incerteza de medição
apresentada pelo transdutor de força, causada pela variabilidade de
influências, quando em uma calibração. A figura 3 apresenta um desenho
esquemático do método direto utilizando transdutor de força em uma das
extremidades do braço e ponto de apoio onde é introduzido o transdutor de
torque).
• Método direto utilizando braço e massas com um ponto de apoio ( neste
sistema é utilizado um rolamento no ponto de apoio, através do qual pode-se
medir torque com uma incerteza de medição relativa na ordem de ± 1,0.
10-4 da leitura, quando na utilização de um rolamento de esfera e até o
mínimo de ±1. 10-8 da leitura, quando na utilização de mancal aerostático (air
bearings ). ( fig.3)
A figura 2: Método direto sem apoioFonte: XVII IMEKO WORLD CONGRESS, 2003
34
2.3.1 Padrão Primário de TorqueTorque, ou momento de uma força, é uma grandeza física derivada da força
aplicada a um corpo, a uma distância perpendicular a um eixo desse corpo, de tal
modo que seja produzida uma rotação em torno desse eixo.. O símbolo T é
empregado para representá-lo sendo específico para momento de movimento ou
torcional.
T=F.L
T= torque
F= força
L= comprimento (distância)
Na máquina Padrão de Torque é realizada calibração através de pesos-
mortos de massas conhecidas, submetidas ao efeito da aceleração local da
gravidade. Se a aceleração local da gravidade e o conjunto de massas forem
determinados com a adequada exatidão, se forem realizadas correções com relação
ao empuxo do ar, se o comprimento do braço for medido com a adequada exatidão e
correções forem realizadas em função da temperatura, o torque gerado por esta
máquina padrão primário de torque será conhecido com elevada exatidão e alta
reprodutibilidade. Ramirez Ahedo e Torres Guzmàn (2001)
A figura 3: Métodos direto utilizando transdutor de torque em uma dasextremidades do braço e na outra um ponto de apoio onde é introduzido otransdutor de torque e Método direto utilizando braço e massas com um pontode apoio. Fonte: : XVII IMEKO WORLD CONGRESS, 2003
35
2.3.2.1 Sistemas de Apoio para o Braço
Segundo Allgeier e Kolwinski (2000), nos projetos desenvolvidos na
fabricação de braços para a montagem de uma máquina Padrão Primário de Torque
- PPT, são utilizados equipamentos chamados de apoio. Eles facilitam o movimento
transversal ao eixo do transdutor de torque, que está sendo calibrado nos sentidos
horário ou anti-horário.
• Um tipo de apoio muito utilizado nesses projetos é o mancal aerostático (air
bearings ) devido a seu projeto estrutural apresentar um baixo coeficiente de
atrito, que fica na ordem de < 1. 10-7 (0,00001%), com o eixo medido na
horizontal (A figura 4 apresenta o desenho de um mancal aerostático e a
figura 5, apresenta a foto de um mancal aerostático). Porém, o cálculo de um
projeto final de uma máquina (PPT) pode se tornar muito caro devido ao
custo muito alto no emprego do mancal aerostático (air bearing). Apesar do
sucesso do projeto do mancal aerostático, ele também apresenta algumas
desvantagens com relação a sua operacionalidade e manutenção, por possuir
características técnicas muito especificas, tornando-se muito delicado de se
trabalhar. Por causa dos fatores apresentados, em longas jornadas de
trabalho podem apresentar problemas em sua instalação, devido ao próprio
peso do braço.Um outro motivo, está no uso da máquina, quando for realizar
trocas dos pesos constantemente em uma calibração.
Figura 4: mancal aerostático.Fonte: KUGLER GmbH
Figura5: Foto de um mancalaerostático. Fonte: KUGLER GmbH
36
• Foi também apresentado por Aimo Pusa ( 2005, p. 2) um outro tipo de
apoio utilizado nesses projetos, que é o mancal de rolo cilíndrico do tipo
60 (figura 6: apresenta a montagem de um mancal utilizando esferas
cilíndricas). Este rolamento apresenta um atrito pequeno, de acordo com
métodos de cálculo apresentados pela SKF. O atrito neste mancal para
torque de 2 kN.m é menor que 100 N.mm e 500 N.mm para torques de 20
kN.m. Este rolamento pode ser utilizado de diversas formas e é o ideal
para ser utilizado em projetos de (PPT) até 2 kN.m adaptando-se 2
mancais em ambos os lados do braço. Com este tipo de apoio, foi
mostrado que pode ser uma alternativa boa, pois se consegue chegar a
uma incerteza de 10-4, ou seja, reduzir a incerteza em até 40 %,
comparados a outros tipos de apoio com o uso na vertical.
• Allgeier e Kolwinski (2000) apresentam um outro tipo de apoio chamado de junta
elástica instrumentada (fig. 7) que também pode ser utilizado nesses projetos. A
figura 8, apresenta a foto de um sistema de junta elástica instrumentada, que não
tem formato de mancal, porém facilita o movimento do braço nos sentidos horário
e anti - horário.
O sistema de junta elástica é instrumentado por um circuito com extensometro
elétrico chamado de ponte de Wheatstone para detectar através da medida de
deformação o torque solicitado pelo braço. A indicação deste torque é obtida do
sinal combinado da ponte de Wheatstone que é de aproximadamente de 2 mV/V
para um torque de aproximadamente 0,5 N.m, de forma que, mudanças
Figura 6: Desenho de uma montagem, de um mancal utilizando esferas -
Fonte: Imeko – 2005 - 70
Figura 6: Desenho de uma montagem, de um mancal utilizando esferas -Fonte: Imeko – 2005 - 70
37
apresentadas de 5 N.m a 10 N.m , poderão ser detectadas e amplificadas com
exatidão. Este sistema apresentou uma incerteza de 50 partes por milhão –
(ppm) medidos de 1 % a 100 % da Faixa Nominal.
2.3.3 Influência da Temperatura Ambiente no BraçoDesde 1997, Koji OHGUSHI, et alli (2001), acompanharam o projeto do PPT e
estudaram as fluências de temperaturas para determinar uma metodologia que
calculasse a Melhor Capacidade de Medição - (MCM), e, assim, colocá-la em
prestação de serviço de calibração de instrumento de medição de torque.
A metodologia começou pelo controle das temperaturas . Foram utilizados 12
(doze) termômetros de resistência de platina de referência, localizados em pontos
distribuídos, conforme mostra a figura 9. O Ponto 0 (zero) foi utilizado para controlar
a temperatura ambiente próximo à PPT; os pontos 9,10 e 11 foram instalados no
ambiente mais próximo do momento do braço; e os pontos de 1 até 8 foram fixados
no braço.
Para reproduzir as condições de calibração de torque, as medidas das
temperaturas foram lidas no momento em que o mancal de ar estava ligado. As
medidas foram realizadas continuamente durante 9 horas por dia, no período de 4
dias.
A conclusão a que se chegou foi que a temperatura lida no ponto 0(zero) não
é muito diferente das temperaturas lidas nos pontos de 1 até 8. Entretanto, a
figura 8: Foto de um sistema de juntaelástica instrumentada –Fonte: foto fornecida pelo fabricante GTM
figura 7: apresenta o desenho deuma montagem para um sistemade junta elástica - Desenho dofabricante GTM Fonte: Imeko 2000
38
diferença de temperaturas lidas nos pontos 9 até 11, em relação às temperaturas
lidas nos pontos 1 até 8, tinha um acréscimo de 0,4 ºC, durante a PPT em operação.
Este resultado se manteve inalterado por um período de 4 dias. Onde se conclui
que a temperatura no braço poderá ser estimada pela temperatura lida no ponto 0
(zero)
2.3.4 Metodologia para o controle da variação do comprimento do braçoO PPT de 1 kN.m tem a função de levar a resposta de controle do braço
inclinado devido à carga de peso - morto na posição horizontal, usando um servo
motor ao lado do mancal. O controlador de seqüência sempre observa o
deslocamento nas extremidades do braço auxiliar por meio de reflexão fotoelétrica
com codificadores lineares (1R,1L). Não há carga no braço auxiliar (a figura 10
apresenta um desenho do sistema de montagem de medição do braço)
Primeiro, o transdutor de torque com capacidade de 1 kN.m foi montado no
PPT de 1kN.m. Depois ambos os torques horário e anti-horário foram carregados em
intervalos de 100 N.m até 1kN.m em uma série. A flexibilidade e a variação do
comprimento foram medidos a partir de codificadores lineares (2R,2L) e um sistema
interferométrico respectivamente. (OHGUSHI, 2001)
figura 9 Desenho da montagem eletrónica utilizada para medição das temperaturas dobraço.Fonte: Imeko – sept. 2001
39
2. 3.5 Influência do acoplamento na máquina padrão primário de torqueA influência do desvio de um transdutor de torque no seu resultado foi
investigada por Brüge et al em detalhes. Nesse estudo, os autores investigaram o
quanto a sensibilidade do resultado apresentado pelo transdutor poderia ser afetada
pelo desvio do próprio Padrão Primário de Torque de 1kN.m – PPT. O desvio do eixo
de medição do PPT - 1kN.m foi ajustado para uma margem de 10µm, para mais ou
para menos. No entanto, um rolamento aerostático é usado para o ponto de apoio do
PPT de 1kN.m, e por causa do pequeno espaço de menos que 27 µm entre a haste
e a carenagem, há um risco de contato direto causado pelo desvio na montagem do
transdutor de torque. Desse modo, flanges em forma de diafragma foram colocadas
entre o transdutor e o PPT.
A influência desses flanges em diafragma, que não são adaptadas, mas sim partes
do PPT - 1kN.m, no resultado apresentado pelo transdutor de torque, foi
investigada.
As variações dos resultados do transdutor foram examinadas sob três
condições:
Figura 10: Calibração dimensional por interferometria de um braçoFonte: Imeko – sept.2001
40
• Rígida conexão sem os flanges (RC)
• Flanges de um lado (OD), e
• Flanges dos dois lados.
Um fino disco e um transdutor de alta eficiência TF 1000 foram usados para
este experimento. Como uma seqüência de torque, após três pré-cargas até a
capacidade de 1kN.m, os torques horário e anti-horário foram carregados,
respectivamente, sob as condições de 100 Nm/pré-carga. Duas séries, crescente e
decrescente, foram realizadas sem trocar a posição do arranjo experimental. Esta
seqüência foi então repetida quatro vezes com mudança da montagem rotacional de
posições incluindo 360 graus em intervalos de 120 graus Para remover a influência
do creep (= arrasto), a aquisição de dados foi tomada de acordo com uma rotina
predeterminada. A figura 11 apresenta desenhos com 3 tipos de flanges.
Segundo pesquisas realizadas por Bruge e Peschel (2000), a montagem do
Transdutor de Torque no (PPT) pode apresentar dois tipos de desalinhamentos, que
são identificados como: deslocamento radial (d) e deslocamento angular (b). A figura
12 apresenta desenho com o tipo de desalinhamento radial e a figura 13, apresenta
desenho com o tipo de desalinhamento angular.
figura 11: 3 tipos de modelos de conexão com flangeFonte: Imeko TC3,2001 -
41
2.3.6 Comparações Chaves em Metrologia de TorqueDe acordo com Disk Rosk (2005) , na última década foi dado um grande
passo na Metrologia de Torque. Uma das principais tarefas dos Institutos Nacionais
de Metrologia (INMs), além de realizar a melhoria dos seus Padrões de Referências
e realizar comparações entre si, é participar de comparações com outros (INMs).
Em 2004, nas reuniões dos grupos de trabalho de força do Comitê
Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) e Melhor Capacidade de Medição (MCM),
tomou-se a decisão de realizar a primeira comparação - chave na grandeza torque.
Então, houve a necessidade de realizar uma pesquisa nos INMs, para atualizar as
diversas faixas nominais dos padrões de referência de torque existentes nos
laboratórios. Como há diversos modelos de máquinas Padrão de Torque nos INMs,
com diversos tipos de projetos e de faixas nominais e incertezas (absoluta ou
relativa), criou-se uma tabela, (tabela 1 apresenta a Melhor Capacidade de Medição
dos Institutos Nacionais de Metrologia) que indica os laboratórios que realizam
comparações chaves. Conforme apresentado no Apêndice C, do Documento do
Reconhecimento Mútuo para as Calibrações e Comparações de medidas (MCMs),
na tabela 1, e declarado pelos próprios Institutos Nacionais de Metrologia de cada
país, esta tabela deverá estar sempre atualizada, uma vez novas máquinas, recém
- qualificadas, devem entrar em operação apresentando desenvolvimentos e
características técnicas mais recentes.
O que se espera das comparações é obter uma boa relação entre os
diferentes projetos de máquinas existentes.
Figura 12 : O tipo de desalinhamentoradialFonte: Imeko 2000
Figura 13: O tipo de desalinhamentoangularFonte Imeko 2000
42
Para a realização das medidas, cada laboratório recebe uma descrição da
metodologia a utilizar em planilhas Excel, com informações sobre os passos para a
realização da calibração.
Tabela 1:Países, Laboratórios, Faixas nominais e a Melhor Capacidade de Medição que declaram noApêndice C,do Documento de Reconhecimento Mútuo para as Calibrações e Comparações
País Membro do NMI/CCM Faixa nominalIncerteza expandida (em N.m) ou
relativa (k=2 para um nível deconfiança de 95%)
China NIM (Natinal Institute ofMetrology 0,5 N.m até 5000 N.m 1.10-4 T, T em N.m
Czech Rep. CMT(Czech Metrolog.ylnstitute) 10 N.m até 1000 N.m 5.0.1-4
20 N.m até 2000 N.m 5,0.10-4
FinlandMIKES (Mitatekniikan Keskus,
Centro for Metrology andAccreditation) 4 N.m até 20 N.m 8,0.10-4
1Nm até 40N.m (2,0.10-4 M + 0,005), M em N.m
5N.até 300N.m (2,0.10-4 M + 0,015), M em N.m
5N.m até 2000 N.m (2,0.10-4 M + 0,04), M em N.m
2 k.N.m até 10kN.m (2,0.10-3 M + 2,0), M em kN.m
France BNM(Bureau National deMetrologie)
10kN.m até 200 kN.m 2,0.10-3
0,1N.m até 5000 N.m 2.0.10-4
0,01N.m até 1N.m 2.0.10-4
1N.m até 20000 N.m 2,0.10-5Germany PTB(Physikalisch -TechnischeBundesanstali
0,01 N.m até 1000 N.m 2,0.10-3
0,05N.m até 0,1N.m 2.10-3 T,T em N.m0,1N.m até 0,5 N.m 1.10-3 T,T em N.mHong Kong, China SCL (Standards and Calibration
Laboratory)0,5N.m até 1000 N.m 1.10-3 T,T em N.m
Japan NMJJ(National MetrologyInstitute of Japan) 0,005 até kN.m até 1 kN.m 5.10-4
1N.m até 100N.m 0,001T, T em N.mKorea, Republic of KISS(Korea Research Institute
of Standard and Science) 0,1 kN. Até 1 kN.m 0,54 T, T em kN.m
1N.m até 10N.m 0,00055N.m até 50 N.m 0,0005
20N.m até 200N.m 0,0005México CENAM (Centro Nacional deMetrology )
2000 N.m até 2000 N.m 0,0005
1N.m.até 9N.m 2,50.10-4
Switzerland METAS(Metrology andAccreditation Switzerland) 10N.m até 1000N.m 5,00.10-2
Fonte: - Imeko 2005 – 36
Foi apresentada por Jorge Luis Robles Verdecia, et alii (2005), uma
intercomparação, realizada na Espanha, em 2003, utilizando como mensurando um
transdutor de torque e um torquímetro para serem calibrados entre os 17
laboratórios acreditados. O laboratório piloto da intercomparação foi o Centro
Espanhol de Metrologia (CEM). A intercomparação foi organizada pelo subcomitê n°
5, que está vinculado à Entidade Nacional de Acreditação – (ENAC), a qual
43
elaborou uma metodologia de calibração a ser seguida pelos laboratórios
participantes da intercomparação.
O resultado final da comparação obteve uma boa concordância nas medidas
efetuadas, onde se pôde concluir que a disseminação da unidade da grandeza
torque tem uma rastreabilidade adequada.
Esta intercomparação serviu como um grande exercício para detectar que as
incertezas declaradas por laboratórios, com respeito a seus sistemas de geração de
torque, são em geral baixas. O erro normalizado de alguns laboratórios apresentou
certa diferença, o que não foi detectado como problema. Isto levará a realizar um
estudo prático (caracterização) dos sistemas de calibração. Com este estudo se
chegará a uma forma mais realista da melhor capacidade de medição daquele
sistema.
Dentro do subcomitê de número 5 do ENAC, estão estabelecidos os limites
ideais como referência para a melhor capacidade de medição dos serviços de
calibração de torques:
O valor ideal para a Melhor Capacidade de Medição das medidas de
Torquímetros: 1.10-3 M (k=2)
O valor ideal para a Melhor Capacidade de Medição das medidas de
Transdutores de Torque.
- Máquina Padrão Primária de Peso Morto: 1.10-4 M (k=2)
- Máquina Padrão Secundária: 4.10-4 M (k=2)
Através deste estudo, obtém – se dados relevantes para a
compreensão da importância do Padrão Primário de Torque, que deverá atender
a exigências em função do nível da exatidão e incerteza de medição, requeridos
para laboratórios de padronização nacional.
44
3. METODOLOGIA DA PESQUISANeste capítulo será apresentada a metodologia e classificação da pesquisa,
utilizadas ao longo do desenvolvimento da dissertação, de acordo com a autora
Sylvia Vergara (2005)
3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA
Segundo Vergara, há dois critérios básicos para se classificar uma pesquisa:
quanto aos fins e quantos aos meios.
Quanto aos fins, a presente pesquisa é aplicada, apresenta uma proposta de
mecanismo para aprimorar o instrumento de calibração.
Quanto aos meios, é documental e de campo:
a) documental, através de uma análise dos certificados emitidos pelo Lafor desde o
ano de 1982
b) de campo, pelo levantamento, através de questionários, em laboratórios
acreditados pela Dicla, para identificar a melhor capacidade de medição do
laboratório e quantidades de calibrações realizadas nos períodos de 1999 até 2004,
para Sistema de Calibração de Torque, Transdutores de torque e torquímetros,
entre os diversos laboratórios acreditados pela Dicla.
3.2 LIMITAÇÕES DA METODOLOGIAA abrangência da pesquisa limitou-se ao Laboratório de Força, Torque e
Dureza, deixando à parte outras áreas do Lafor, como, Calibração Secundária de
Torque e Calibração Secundária Dinâmica de Torque.
3.3 FASES DO DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA
A pesquisa aplicada é fundamentada pela necessidade de resolver o
problema da melhor capacidade de medição das calibrações na área de torque, pois
apresenta uma proposta de mecanismo para aprimorar o instrumento de calibração.
Na pesquisa documental, analisaram-se documentos relativos a
planejamentos estratégicos do Lafor e análise dos certificados emitidos pelo Lafor
desde do ano de 1984, conservados no ambiente interno do laboratório.
45
Na pesquisa de campo, que é investigativa, foi realizado um levantamento,
através de questionários, para identificar a melhor capacidade de medição do
laboratório e números de calibrações realizadas nos períodos de 1999 a 2004, para
Sistema de Calibração de Torque, Transdutores de Torque e Torquímetros e
tipos/modelos de Sistemas de Calibração usados entre os diversos laboratórios
acreditados pela Dicla.
A coleta dos dados dos questionários, foi obtida através de respostas
enviadas por e-mail . A pesquisa se deu somente com uma classe,a dos laboratórios
acreditados pelas Cgcre/Inmetro,
O objetivo específico da pesquisa era realizar um levantamento das Melhores
Capacidades de Medição e dos números de calibrações realizadas pelos
laboratórios acreditados.
Foram distribuídos 32 questionários, sendo 16 se referindo ao levantamento
do MCM e os outros 16 aos números de calibrações realizadas para o período de
1999 até 2005.
Delineamento da pesquisa:
Introdução
Revisão bibliográfica
Metodologia
Aquisição deinformações
(Laboratóriosacreditados pela
Dicla)
Avaliaçãodocumental(certificadosemitidos pelo
Lafor)
Análise dosresultados
Conclusão e Consideraçõesfinais
46
4 - RESULTADO DO ESTUDO NA IMPLANTAÇÃO DO PADRÃO DE MAIS ALTAMAGNITUDE: ESTUDO DO CASO EM METROLOGIA DE FORÇA
4.1 INTRODUÇÃO
Neste item serão apresentadas as normas utilizadas pelo laboratório para
realizar a calibração da grandeza torque, desde a década de 80. Serão abordados,
os resultados da coleta de informações e também os critérios para obtenção dos
resultados, conforme as normas e as fases do desenvolvimento dos calibradores de
torquímetro, já registrados em seu planejamento estratégico no ano de 1983 , assim
como a implantação do Padrão Primário de Torque no Laboratório.
4.2 ESTRUTURA ORGANIZACIONAL DA DIRETORIA DE METROLOGIA
CIENTIFICA E INDUSTRIAL - DIMCI
O INMETRO é o organismo nacional de metrologia, responsável pela
realização, manutenção e disseminação das unidades do Sistema Internacional de
Unidades (SI), por meio de seus laboratórios pertencentes às Divisões de Metrologia
nas áreas de Acústica e Vibrações (DIAVI), Mecânica (DIMEC), Eletricidade
(DIELE), Térmica (DITER), Óptica (DIOPT) e Química (DQUIM). Neste complexo
laboratorial,conforme mostrado à figura 14 e pertencente à DIMCI, está a base
metrológica do País para as diversas grandezas físicas e químicas relativas às áreas
citadas.
47
Figura 14: Organograma da Diretoria de Metrologia Científica e Industrial – DIMCI Fonte: Diretoria de Metrologia Cientifica Industrial
DIAVI - Divisão de Metrologia Acústica e de Vibrações
LAENA - Laboratório de Ensaios Acústicos
LAETA - Laboratório de Eletroacústica
LAVIB - Laboratório de Vibrações
DIELE - Divisão de Metrologia Elétrica
LACIN - Laboratório de Capacitância e Indutância
LAPEN - Laboratório de Potência e Energia
LATRA - Setor de Laboratório de Transformadores
LARES - Laboratório de Resistência
LATCE - Laboratório de Tensão e Corrente Elétrica
DIMEC - Divisão de Metrologia Mecânica
DIMCI
Diretor
Auxiliar
DIAVI DIELE DITER DIMEC DIOPT
SENGI
LAENA
LAETA
LAVIB
LAFLULACIN
LAPEN
LARES
LATCE
LAFOR
LAMAS
LAMIN
LAPRE
LAHIG
LAPIR
LATER
LAFOT
LAINT
LARAD
SAMCI
LATRA
DQUIM
Gerente
48
LAFLU - Laboratório de Fluidos
LAFOR - Laboratório de Força, Torque e Dureza
LAMAS - Laboratório de Massa
LAMIN - Laboratório de Metrologia Dimensional
LAPRE - Laboratório de Pressão
DIOPT - Divisão de Metrologia Óptica
LAFOT - Setor Laboratório de Fotometria
LAINT - Equipe de Laboratório de Interferometria
LARAD - Equipe de Laboratório de Radiometria
DITER - Divisão de Metrologia Térmica
LAHIG - Equipe de Laboratório de Higrometria
LATER - Laboratório de Termometria
LAPIR - Laboratório de Pirometria
DQUIM - Divisão de Metrologia Química
Por ser uma Divisão criada recentemente, não está ainda estruturada em
laboratórios.
SENGI - Serviço de Engenharia de Instrumentação e Inovação Tecnológica
SAMCI - Seção de Apoio Operacional
AUXILIAR DA DIMCI - Congrega a assessoria da Diretoria e sua Coordenação da
Qualidade
4.2.1 Atividades do LaforO Lafor tem como atividade principal a realização de serviços de calibrações
de instrumentos de medição inerentes às grandezas Força, Torque e Dureza. É
apresentada a seguir a relação dos principais serviços de calibração realizados pelo
Lafor:
a) Padrões Primários de Força com ação nos sentidos de Compressão e Tração.
Transdutores de força com faixa nominal de 1kN até 1000 kN são calibrados nos
sentidos de tração e compressão pelos Padrões Primário de Força.
- Transdutores de Força/células de cargas
- Anel/Arco Dinamométrico
- Dinamômetro de Uso Geral
- Caixa de Taragem
49
b) Padrões Secundários de Força com ação nos sentidos de Compressão e Tração.
Transdutores de força com faixa nominal de 1000 kN até 5000 kN são calibrados
no sentido de compressão, através do processo comparativo através dos
transdutores de força de transferência, calibrados em institutos internacional.
- Transdutores de Força
- Anel/Arco Dinamométrico
- Dinamômetro de Uso Geral
- Escalas de Máquinas de Ensaios
- Caixa de Taragem
c) Calibração de escalas de máquinas de ensaios de materiais com ação nos
sentidos de Compressão e Tração.
Escalas de máquinas nas faixas nominais de 1kN até 5000 kN nos sentidos
de tração e compressão são calibradas através dos transdutores de força.
d) Padrão Primário Torque com ação nos sentidos Horário e Anti-horário.
Transdutores de torque e chave de torque com faixa nominal de 20 N.m até
3000 N.m são calibrados nos sentidos horário e anti-horario pelo Padrão Primário
de torque.
- Transdutores de Torque
- Transdutores de torque Dinâmico
- Torquímetros do tipo TTS (especial)
e) Padrão Secundário de Torque com ação nos sentidos Horário e Anti-horário.
Torquímetros com faixa nominal de 10 N.m até 3000 N.m são calibrados nos
sentidos horário e anti-horário através do processo comparativo utilizando como
Padrão de transferência chaves de torque, calibradas no Padrão de Torque do
Lafor.
- Sistemas de Calibração de Torque
- Torquímetros
f) Padrões Primário e Secundário de Dureza.
- Blocos Padrões de Dureza Brinell, Vickers e Rockwell
- Calibração de Penetradores esferocônico Rockwell e Penetrador Vickers
- Máquina de medição de dureza Rockwell
50
O Lafor também tem atuado em programas de treinamento da área de força , e
projetos de pesquisa e desenvolvimento, tendo assento em fóruns internacionais no
âmbito da metrologia de Força, Torque e Dureza.
4.3 NORMAS APLICADAS PARA UTILIZAÇÃO DAS CALIBRAÇÕES
Os laboratórios de calibração acreditados na área de torque, prestam serviços
de calibração para o Sistema de Calibração de Torquímetros, Transdutores de
Torque, Torquímetros e Verificação de Apertadeiras. Os relatos dos resultados de
calibração (os erros de indicação, erros de repetibilidade, erros de reprodutibilidade,
erros de reversibilidade e Incerteza de medição) são apresentados por parâmetros
pré - estabelecidos em Normas.
• Repetitividade (de resultados de medições) Grau de concordância entre os
resultados de medições sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob
as mesmas condições de medição.
• Reprodutibilidade (dos resultados de medição) Grau de concordância entre os
resultados das medições de um mesmo mensurando, efetuadas sob
condições variadas de medição
• Incerteza de medição – Parâmetro, associado ao resultado de uma medição,
que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser fundamentalmente
atribuídos a um mensurando.
A norma NBR 12240:1989 (Aferição de Torquímetros) foi utilizada, como
base para realização de calibração de instrumentos de medição de torque, até
dezembro de 2000. No ano de 2001,esta foi substituída pela revisão NBR
12240:2000 (Materiais metálicos – Calibração e Classificação de Instrumentos de
Medição de Torque, que passou a ser referência para a realização de calibração de
Padrão Secundário de Torque (calibradores de torquímetros e transdutores de
torque).
A norma ISO 6789:1992 (Assembly tools for screws and nuts – Hand torque
tools Requirements and test methods) que era utilizada para a realização de
calibração de torquímetros, foi então substituida pela revisão, ISO 6789:2003
51
(Assembly tools for screws and nuts – (Hand torque tools Requirements and test
methods for design conformance testing, quality conformance testing and
recalibration procedure)
Os resultados de calibrações apresentaram processos evolutivos, ao longo
das décadas, devido à melhorias contínuas das normas e aos contínuos
desenvolvimentos nos estudos da ciência da metrologia. A incerteza de medição,
com variáveis significativas, se aprimora cada vez mais para ajudar nas
interpretações dos resultados dos instrumentos.
Nos gráficos 1 e 2 são apresentados os parâmetros usados para calcular os
resultados da calibração de calibradores de torquímetros e calibração de
torquímetros, mais freqüentes para as calibrações de calibradores de torquimetros e
calibração de torquímetros, nos períodos de 1982 até 2004.
Este gráfico apresenta os parâmetros usados para avaliar a calibração de
calibradores de torquímetros no período de 1982 até 2004. Até 1999, as calibrações
eram avaliadas para os erros de repetibilidade e indicação. A partir deste ano,,
passou-se avaliar, além desses, os erros de medição, e a partir de 2001 os erros de
reprodutibilidade. Portanto é notório o avanço no estudo das normas, de modo que
novos parâmetros foram adicionados à avaliação metrológica do instrumento.
Gráfico1: Freqüência de tipos de erros e incerteza de medição para calibraçãode calibradores de torquímetros.Fonte: adaptado dos certificados de calibração do Lafor.
Calibração de calibradores de torquimetros
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
E. de indicação erepetitividade -Procedimento interno doLaforErro de indicação-NBR12240:89
Erro repetitib.- NBR12240:89
Erro de reprodut.- NBR12240:00
lncerteza de medição -Procedimento interno doLafor
Incerteza de medição -Doc. EA-4/02
52
No gráfico 2, apresentam-se os parâmetros estabelecidos para calcular os
resultados da calibração de torquímetros e incerteza de medição, para o período de
1982 até 1989, os resultados dos erros de indicação e repetitividade. Os cálculos
eram baseados em um procedimento interno do Lafor; durante o período de 1989
até 2000, os resultados dos erros de indicação e repetitividade eram baseados na
norma NBR 12240:89, no período de 2000 até 2001 os resultados dos erros de
indicação, repetitividade e reprodutibilidade eram baseados na norma NBR
12240:00; no período de 2001 até 2003, o erro de indicação passou a ser baseado
na norma ISO 6789:92, para os resultados dos cálculos de incerteza de medição; no
período de 1987 até 1989 os cálculos eram baseados em um procedimento interno
do Lafor e no período de 2000 até 2003, os cálculos eram baseados na Versão
Brasileira do Documento de Referência EA-4/02 - Expressão da Incerteza de
Medição na Calibração. Conclui -se que, no período de 1982 até 2003, houve muitas
mudanças em busca uma melhor forma de se expressar os resultados metrológicos
da calibração de torquímetros, que foi saindo do uso de procedimento interno do
Lafor e passou a ter como base a norma NBR 12240:89. Esta norma passou por
uma revisão pela ABNT passando a se chamar NBR 12240:00. Logo depois, esta
norma deixou de ser a base de cálculos para os resultados de calibração de
torquímetros, devido ao fato de o Lafor ter identificado a existência da norma ISO
Gráfico 2: Freqüência de tipos de erros e incerteza de medição para o períodode 1982 a 2004. Fonte: adaptado dos certificados de calibração do Lafor
Calibração de torquimetros
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
E. de indicação erepetitividade -Procedimento internodo Lafor
E. indicação erepetitividade - NBR12240:89
E. indicação,repetitividade ereprodutibilidade -NBR 12240:00
E. de indicação -ISO 6789:92
lncerteza de medição- Procedimentointerno do Lafor
lncerteza de medição- Doc. EA-/02
53
6789:92, específica para calibração de torquímetros. Não foi possível identificar
claramente a forma de procedimento dos cálculos de incerteza de medição do
período de 1987 até 1989, porém já era identificada uma necessidade. No ano de
2000, passou-se a calcular a incerteza de medição com base no documento do EA-
4/02.
4.4 CALIBRAÇÕES REALIZADAS DESDE A DÉCADA DE 80
No ano de 1983, o Inmetro realizou mudanças no Setor de Metrologia
Científica Industrial – SMCI, Setor de Mecânica, tornando independentes os
Laboratórios de Massa, Pressão e Força.
A partir desta data, o Lafor (Laboratório de Força) manteve a metodologia
primeiramente implantada e deu início a suas atividades de calibração de
torquímetros, na oficina mecânica do Inmetro, utilizando uma prensa como apoio
para fixar o torquímetro e conjuntos de massas de vários modelos do tipo Carmec,
Toledo, Amesler, etc. Mais tarde, por necessidade de controle ambiental, as
calibrações dos torquímetros foram transferidas para o laboratório de força, porém,
utilizando-se a mesma metodologia de calibrar, pela norma NBR 12240:1989.
Esta metodologia foi realizada até meados do ano 2000, quando existiu um
período de retardo da metrologia de Torque, mencionado na Revisão da
Literatura,devido ao desenvolvimento obtido em metrologia de Força.
A metodologia utilizada para calibração de torquímetros, era necessária na
realização da correção do braço do torquímetro, devido a sua deformação quando
na colocação dos pesos no suporte, fixado na extremidade .
A figura 15 apresenta um desenho esquemático da deformação do braço e a
figura 16 apresenta uma foto de um torquímetro em calibração.
54
4.5 CALIBRAÇÕES REALIZADAS NO PERÍODO DE 1982 A 2004
Foi realizada uma pesquisa em 205 certificados de calibração de calibradores
de torquímetros e torquímetros, para saber a progressão do número de certificados
emitidos pelo Lafor, no período de 1982 a 2004.
figura 15: Desenho esquemático exemplificando a deformação de um braçode torquímetro em calibração.Fonte: norma NBR 12240:89
figura 16: Foto apresentando a realização da calibração de um torquímetro deindicação analógica.Fonte: Laboratório de força
55
A pesquisa foi realizada através dos certificados de calibração emitidos pelo
Lafor, que foram retirados do arquivo inativo e pesquisados por ano de emissão,
Foram inclusos na pesquisa os certificados emitidos para clientes e concluiu-se que
a pesquisa foi satisfatória, devido ao fácil acesso aos certificados e tempo disponível
para a pesquisa.
O número de calibrações de torquímetros realizados pelo Lafor, foi diminuindo
gradativamente ao longo dos anos, em função do crescente número de laboratórios
acreditados pela Rede Brasileira de Calibração – RBC.
O Lafor ficou prestando serviço de calibração aos Padrões de Torque dos
laboratórios acreditados e calibração de torquímetros com faixas nominais acima de
1000 N.m, ainda não acreditados pela RBC. O gráfico 3 apresenta a freqüência de
números de Calibradores de torquímetros e torquímetros calibrados pelo Lafor.
Na pesquisa realizada no Lafor em certificados de calibração de torquímetros,
observa-se, entre 1982 e 1984, um crescimento da freqüência de calibrações até
23%. Entretanto, a partir de 1984, houve um decréscimo acentuado da freqüência
chegando a 0,5 % em 1988 , quando houve um crescimento até 7% seguido de
queda; em 1989, retomou-se o crescimento para 4,5 % até 1991. Após um intervalo
de 7 (sete) anos sem indicação de realização de calibrações, 1999 apresenta uma
O gráfico 3: Indicação do número de Calibrações, para Calibradores deTorquímetros e Torquímetros.Fonte: adaptado dos certificados de calibração do Lafor
CALIBRAÇÕES REALIZADAS NO PERIODO DE 1982 ATÉ 2004
-
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004
Periodo
Freq
uênc
ia p
erce
ntua
l (n
º de
calib
raçõ
es)
Calibração dtorquimetrosrealizadaspelo Lafor
Calibração dcalibrador detorquimetrosrealizadaspelo Lafor
56
freqüência de 0,5% crescendo até 2% em 2003. Para a pesquisa realizada nos
certificados emitidos para calibrações de calibradores de torquímetros, observa-se
uma freqüência estável de 4% entre 1982 e 1987, quando sobe para 8%, e
permanece desse modo até 1991. Apesar do intervalo de 4(quatro) anos sem
indicação de realização de calibração, entre 1995 e 1997 ainda houve um
crescimento chegando a 19%, e em seguida apresenta um declínio de 8% até o ano
2000. Percebeu - se que o laboratório apresentou um alto índice de calibrações de
torquímetros até o ano de 1984, e houve um declínio até o ano de 1988, quando se
manteve mais estável até o ano de 2003, para as calibrações de calibradores de
torquímetros. O ano de 1982 apresenta um índice de 4%, mantendo-se um
crescimento das calibrações até o ano de 2003.
4.6 CAPACIDADE DE MEDIÇÃO DOS LABORATÓRIOS ACREDITADOS
Foi realizada uma pesquisa, nos laboratórios acreditados, para identificar a
melhor capacidade de medição dos seus padrões de referência como Sistema de
Calibração de Torquímetros, Calibração de Transdutor de Torque, Calibração de
Torquímetro e verificação de Apertadeiras, os quais são declarados na lista de
serviço prestado aos clientes.
A pesquisa foi realizada através da página do Inmetro na Internet, em 16
laboratórios listados para realizar calibração de torque. As melhores capacidades de
medição estão listadas por tipo de serviço prestado e faixa nominal do instrumento.
Concluiu-se que a pesquisa foi satisfatória para cada tipo de serviço apresentado na
lista.
Os laboratórios acreditados prestam serviços de calibração com os vários
tipos de sistemas de calibradores (a tabela 2, a seguir, apresenta os tipos de
calibradores usados para calibrações)e buscam a calibração de seus padrões de
referência, junto aos Institutos Nacionais de Metrologia, para obter como resultado
uma incerteza de medição mais baixa e, conseqüentemente, a declaração da sua
melhor capacidade de medição – MCM.
Os gráficos 4,5,6 e 7 apresentam a MCM de laboratórios de calibração
acreditados pela Dicla para: Sistema de Calibração de Torquímetros, Calibração de
Transdutor de Torque, Calibração de Torquímetro e Verificação de Apertadeiras.
57
Foi realizada uma pesquisa através de questionário em laboratórios
acreditados pela Dicla, para identificar o tipo do Padrão de Referência utilizado nas
calibrações, dos instrumentos de medição dos clientes, como calibradores de
torquímetros, transdutores de torque e torquímetros.
A pesquisa foi realizada através de questionário enviado em anexo, via e-
mail, a 16 laboratórios, para identificar os tipos de Padrões de Referência utilizados
em calibrações de calibradores de torquímetros, transdutores de torque e
torquímetros. Apenas 7 laboratórios responderam. Concluiu-se que, apesar do
número baixo de respostas, foi considerada satisfatória a pesquisa, devido haver
um número reduzido de equipamentos e pouca diversificação de modelos, seja por
sistema com aplicação de massas ou aplicação da força (manualmente ou
automatizado, via suporte com manivela).
Tabela 2: Tipos de instrumentos de medição e tipos de apoio de braços utilizados pelos laboratóriosTipos Tipos de apoio
do braçoTipo de aplicação
da forçaTipos de
instrumentos quecalibra
Sistema deCalibração de
Torque
Rolamento de
esfera ou cilíndrico
Aplicação diretacom massas
Calibradores detorquímetro,
Transdutores detorque e
torquímetrosTransdutor de
torque-------- Manualmente
ou automatizadoTransdutores de
torque eTorquímetros
Calibrador detorquímetro
--------- Manualmente Torquímetros
Na tabela acima são apresentados sistemas utilizados por laboratórios
acreditados para realizarem calibrações de Calibradores de Torquímetros,
Transdutores de Torque e Torquímetros. Esses sistemas têm sua rastreabilidade
baseada na norma NBR 12240:00.
- Sistema de Calibração de Torque - SCT
O Sistema de Calibração de Torque é utilizado para realizar calibração de
Calibradores de Torquímetro, transdutor de torque e torquímetro nos sentidos
58
horário e anti-horário. Esse sistema é composto por um braço de alavanca com
apoio em rolamentos esféricos ou cilíndricos.
A unidade de torque é realizada através de aplicação de massas conhecidas
submetidas ao efeito da aceleração local da gravidade e o comprimento do braço
conhecido.
- Sistema com Transdutor de Torque (Banco de torque)
O sistema com transdutor de torque é utilizado para realizar calibração em
transdutores de torque e torquímetro nos sentidos horário e anti-horário. Esse
sistema utiliza transdutor de torque de referência, e é fixado em uma estrutura
metálica, que possui um sistema com suporte e manivela para movimento manual ou
automático, para evitar oscilações que aparecem durante o processo de calibração
do torquímetro.
- Calibrador de torquímetro
O calibrador de torquímetro é utilizado para realizar calibração em torquímetro
nos sentidos horário e anti-horário. Esses calibradores apresentam os mais diversos
tipos de sensores na aplicação da força, como exemplo, o transdutor de força. Eles
são operados manualmente ou com sistema de suporte com manivela.
59
O gráfico acima representa a porcentagem de laboratórios acreditados pela
DICLA que possuem incertezas de medição de 0,01%, 0,06% e 0,02%
respectivamente. Esses valores estão baseados em calibrações realizadas pelos
próprios laboratórios em Sistemas de Calibração de Torque (Máquina de Peso
Morto) e referente à faixa nominal de 500N.m até 2000N.m. A primeira representa
coluna o valor percentual de 0,01%, que é compatível com o valor da máquina
Padrão Primário de Torque do Lafor; a segunda coluna indica um valor percentual de
0,02%, que é um valor duas vezes maior do que o valor da máquina Padrão Primário
de Torque do Lafor; e a terceira coluna indica um valor percentual seis vezes maior
que o solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque do Lafor.
Gráfico 4: Melhor capacidade de medição para o Sistema de Calibração deTaquímetros.Fonte: adaptado da lista de serviço dos laboratórios acreditados
MelhorCapacidade de Medição (Sistema de Calibração de Torque)
44,4
33,3
22,2
0
10
20
30
40
50
Incerteza de medição de0,01%
Incerteza de medição de0,02%
Incerteza de medição de0,06%
Valo
res
perc
entu
ais
(%)
(nº d
e la
bora
tório
s)
60
O gráfico acima representa a porcentagem de laboratórios acreditados pela
DICLA que possuem incertezas de medição de 0.01%, 0,03%, 0,06% e 0,1%
respectivamente. Esses valores estão baseados em calibrações realizadas pelos
próprios laboratórios em transdutores de torque e referem-se à faixa nominal de 0,60
N.m até 10000 N.m. Na primeira coluna está o valor percentual de 0,01% que é
compatível com o valor solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque
do laboratório de força. A segunda coluna indica um valor percentual que é três
vezes maior do que o solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque
do Lafor; a terceira coluna indica um valor percentual seis vezes maior que o
solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque do Lafor. A quarta
coluna indica um valor percentual cem vezes maior que o solicitado no projeto da
máquina Padrão Primário de Torque do Lafor.
Gráfico 5: Melhor capacidade de medição para calibração de Transdutor de torque.Fonte: : adaptado da lista de serviço dos laboratórios acreditados
Melhor Capacidade de Medição (Calibração de Transdutor de Torque)
22,22
44,44
22,22
11,11
05
101520253035404550
Incerteza demedição de
0,01%
Incerteza demedição de
0,03%
Incerteza demedição de
0,06%
Incerteza demedição de
0,1%
Valo
res
em p
erce
ntua
l (%
) (n
º de
labo
rató
rios)
61
O gráfico acima representa a porcentagem de laboratórios acreditados pela
DICLA que possuem incertezas de medição de 0.01%, 0,04% e 0,86%
respectivamente. Esses valores estão baseados em calibrações realizadas pelos
próprios laboratórios em torquímetros e referem a faixa nominal de 5 N.m até 3200
N.m. Na primeira coluna está o valor percentual de 0,01% que é compatível com o
valor solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque no Lafor. A
segunda coluna indica um valor percentual de 0,04%, que é um valor quatro vezes
maior do que o solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque no
Lafor; e a terceira coluna, indica um valor percentual oitenta vezes maior que o
solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque do Lafor.
Gráfico 6: Melhor capacidade de medição para calibração de Torquímetro.Fonte: : adaptado da lista de serviço dos laboratórios acreditados
Melhor Capacidade de Medição (Calibração de Torquímetro)
7,7
30,8
61,5
0
10
20
30
40
50
60
70
Incerteza de mediçãode 0,01%
Incerteza de mediçãode 0,04%
Incerteza de mediçãode 0,86%
Valo
res
em p
erce
ntua
l (%
) (n
º de
labo
rató
rios)
62
O gráfico acima representa a porcentagem de laboratórios acreditados pela
DICLA que possuem incertezas de medição de 0.33% e 0,86%, respectivamente.
Esses valores estão baseados em calibrações realizadas pelos próprios laboratórios
em verificação de Apertadeira e referem-se à faixa nominal de 10 N.m até 4065
N.m. A primeira coluna indica um valor percentual que é trinta e três vezes maior do
que o solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque do Lafor e a
segunda coluna indica um valor percentual de oitenta e seis vezes maior que o
solicitado no projeto da máquina Padrão Primário de Torque do Laboratório de
Força.
Conclui-se, através dos gráficos acima apresentados, que os laboratórios que
apresentam valores até 0,01% da melhor capacidade de medição, poderão participar
de comparação junto ao Lafor, pelo motivo do Lafor apresentar também este valor
de MCM. E aqueles que apresentam valores acima do valor de 0,01% da melhor
capacidade de medição poderão buscar sua rastreabilidade junto ao Lafor.
O crescimento de prestação de serviços de calibração no país
Foi realizada uma pesquisa, através de questionário, em laboratórios
acreditados pela Dicla, para identificar o número certificados de calibrações emitidos
Gráfico 7: Melhor capacidade de medição para verificação de Apertadeiras.Fonte: adaptado da lista de serviço dos laboratórios acreditados
Melhor Capacidade de Medição (Verificação de Apertadeira)
66,67
33,33
0
10
20
30
40
50
60
70
Incerteza de medição de 0,33% Incerteza de medição de 0,86%
Valo
res
em p
erce
ntua
l (%
) (n
º de
labo
rató
rios)
63
para Sistema de Calibração de Torquímetros metros, Calibração de Transdutores de
torque e Calibração de Torquímetros, para o período de 1999 a 2004.
A pesquisa foi realizada através de questionário enviado em anexo, via e-
mail, para 16 laboratórios, com o objetivo de identificar o número de calibrações
realizadas para calibradores de torquímetros, transdutores de torque e torquímetros,
mas apenas 7 laboratórios responderam. Com isso, foi possível identificar o
crescimento do número de calibrações.
A prestação de serviços de calibração pelos laboratórios acreditados vem
crescendo exponencialmente no atendimento de calibração de Sistema de
Calibração de Torque, Transdutores de torque, Torquímetro. O gráfico 8 apresenta o
número de certificados emitidos pelos laboratórios acreditados.
O gráfico acima representa os números de calibrações realizadas pelos
laboratórios acreditados pela DICLA no período de 1999 até 2004, para instrumentos
como: Calibradores de Torquímetros , Torquímetros e Transdutores de Torque. A
linha que representa os calibradores de torquímetros apresenta estabilidade no
número de calibrações neste período. Esses instrumentos apresentam um número
baixo de calibrações devido à inexistência de produção em escala, porém são
utilizados como referência nos laboratórios de calibração, pois o importante é a
estabilidade apresentada no período, o que representa manutenção da
Gráfico 8: Número de calibrações realizadas por laboratórios acreditados.Fonte: construção do autor
Números de calibrações realizadaspor laboratorios acreditados pela Dicla
0500
10001500200025003000350040004500
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Periodo (ano)
Núm
eros
de
calib
raço
es
Calibradores detorquimetros
Calibração detorquimetros
Calibração detransdutores detorque
64
rastreabilidade dos instrumentos. A linha que demostra calibração de torquímetros,
apresenta um ritmo de crescimento a partir de 1999. Esse crescimento ocorreu em
função do aumento da procura do mercado produtivo brasileiro pela rastreabilidade
de seus instrumentos de medições e do número crescente de laboratórios buscando
a acreditação neste serviço. Finalmente, a linha que demostra calibração de
transdutores de torque, apresenta uma estabilidade no número de calibrações.
Esses instrumentos ainda são relativamente novos no cenário produtivo do
Brasil, mesmo assim, nota-se estabilidade acompanhada de um pequeno
crescimento a partir do ano 2000, reflexo da busca dos laboratórios pela
rastreabilidade de seus instrumentos. Assim, a cadeia de rastreabilidade vem
crescendo dentro do cenário produtivo do Brasil, fazendo com que o Lafor, realizador
da Pradronização da Grandeza Torque, mantenha a rastreabilidade dos laboratórios
acreditados e a realização das intercomparações.
4.7 ESTUDO DE DESENVOLVIMENTO DE UM PROJETO DA MAIS ALTA
EXATIDÃO DE MEDIÇÃO DE TORQUE
Com o objetivo de melhorar o seu atendimento nas calibrações e na
produtividade, o Laboratório de Força deu início, no ano de 1983, ao projeto de um
calibrador secundário de torque, com a faixa nominal de 1800 N.m e incerteza de
medição 0,5%. Neste caso a calibração seria realizada por comparação, nos
sentidos horário e anti-horário. Este projeto ficou parado por um período, pelo
motivo do quadro de técnicos do laboratório estar reduzido.
No ano de 1987, foi reiniciado o projeto do calibrador de torquímetro
secundário com alteração da faixa nominal para 800 N.m
Para a caracterização do calibrador de torquímetros utilizou-se como base a
classificação e a determinação da incerteza de medição da norma 6674:89
(Máquinas de Ensaios – Aferição de Instrumentos de Medição de Força Adequados
a Verificação).
Para a classificação, foi denominada a Classe I, uma vez que esta classe se
aplica ao Padrão secundário. A especificação desta norma se deveu ao fato de não
haver uma norma especifica para a caracterização de instrumento de torque.
65
O principio de leitura do calibrador mecânico era indicado através de um
instrumento de indicação analógica (relógio comparador centesimal), fixado no
sensor torsional.
O Laboratório de Força dividiu este projeto em três fases até a atualidade:
- Desenvolvimento na fase 1
A construção do calibrador de torquímetro de faixa nominal de 800 N.m,
objetivando a elevação do nível de calibrações e a melhoria da produtividade que
permitiria calibrar torquímetros pela técnica de comparação nos sentidos horário e
anti-horário, e utilizando a norma NBR 12240:1989 (Aferição de Torquímetros), como
base para realização de calibração de torquímetros.
Os resultados da calibração nesta fase não foram o que se esperava, devido
não haver mobilidade no sensor torsional, ou seja, o movimento de torção do eixo,
apresentou uma intensidade baixa de torção, então não foi satisfatória a resposta
apresentada pelo indicador de leitura (relógio comparador) devido aos atritos
internos das engrenagens.
- Desenvolvimento na fase 2
O projeto da fase 1 foi modificado, retirando- se todo o procedimento
mecânico e empregando o desenvolvimento eletrônico com a técnica de colagem de
extensômetro (strain gauges) no sensor torsional. Desenvolveu-se também um
instrumento de indicação digital para realizar as leituras indicadas pelo sensor e
manteve-se a norma NBR 12240:1989, como base para realização de calibração de
torquímetros.(fig.17)
Os resultados obtidos do calibrador de torquimetro não foram satisfatórios,
devido à instabilidade da estrutura de sustentação de torque aplicado, ou seja, a
estrutura não apresentou solidez depois de um certo tempo de exercício.
66
- Desenvolvimento na fase 3
Após várias análises realizadas, em função da demanda de calibração de
torquímetros e das recentes solicitações de calibração de transdutores de torque,
associadas ao nível de incerteza no atendimento aos laboratórios acreditados e às
indústrias, surgiu a necessidade de se desenvolver um outro projeto, visando
atender à calibração de torquímetro e transdutor de torque, nos sentidos horário e
anti-horário.
Neste fase foram utilizadas as normas NBR 12240:2000 (Materiais metálicos
– Calibração e classificação de instrumentos de medição de torque), como base para
a realização de calibração de transdutores de torque, e a norma ISO 6789:1992
(Assembly tools for screws and nuts – Hand torque tools Requirements and test
methods), para calibração de torquímetros.
Deu-se início ao novo projeto com faixa nominal de 400 N.m.
A figura 18 apresenta o desenho esquemático do novo projeto, chamado de
Sistema de Calibração de Torque – SCT.
A figura 17: Foto do calibrador de torquímetro, calibrando um torquímetro.Fonte: Laboratório de força
67
4.8 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO PROJETO DO SCT
O Sistema de Calibração de Torque é uma máquina composta de um braço
com apoio em rolamentos cilíndricos cônicos e um dispositivo para realizar
contratorque no braço.
A unidade de torque é realizada através de pesos-mortos de massas
conhecidas, submetidas ao efeito da aceleração da gravidade local e ao
comprimento do braço. Se as massas, aceleração da gravidade local e o
comprimento do braço forem determinados com a adequada exatidão e correções, o
torque gerado pela SCT, será conhecido com elevada exatidão e alta
reprodutibilidade.
4.9 ANÁLISE DO DESENVOLVIMENTO DA FASE 3
Em 2001, o Lafor recebeu a vista do, chefe do Laboratório de Torque do PTB
Alemanha, que analisou o projeto da máquina SCT, de faixa nominal de 400 N.m. A
figura 19 apresenta o desenvolvimento do sistema de calibração de torque. A partir
de sua analise, o projeto não atenderia à norma EA 10/14 rev. 06/2000 (EA
Guidelines on the Calibration of Static Torque Measuring Devices), utilizada para
realizar caracterização de máquinas de laboratório de Instituto Nacional de
Metrologia – INM, por não ter sistema de compensação de alinhamento do
mensurando (transdutor de torque) em relação ao braço, alto nível de atrito em
Figura 18:Desenho esquemático da definição da máquina padrão de torque. MétodoPrimário.Fonte: Simposio de Metrología/CENAM
68
função do sistema de apoio do braço no rolamento cilíndrico, sistema visual de
verificar o nivelamento do braço de baixa resolução (nível) e aplicação de massas
descentralizadas.
Na ocasião, foi sugerido que, para atender a norma EA 10/14 e chegar-se ao
nível de incerteza de medição de outros Institutos Nacionais de Metrologia
internacionais, teria-se que partir para o desenvolvimento de um projeto mais
inovador, de alta tecnologia, ou adquirir uma máquina sob encomenda de algum
fabricante que atendesse as exigências. O projeto deveria ser desenvolvido
preferencialmente com um sistema de automação da mais alta inovação existente no
mercado, para se obter uma alta reprodutibilidade nas medições e atender as
exigências da EA 10/14 rev. 06/2000 (EA Guidelines on the Calibration of Static
Torque Measuring Devices) visando o atendimento ao mercado nacional e
internacional, ou seja, buscar o acordo do reconhecimento mútuo.
Também seria necessário comprar Transdutores de Torque Referência, para
servirem de transferência e comparação interlaboratorial, além de um Sistema
Secundário para realizar a calibração de torquímetros. Fazia-se necessário, além
disso, que um técnico do laboratório de força, com conhecimento em metrologia de
torque, fosse realizar intercâmbio técnico no laboratório de torque do PTB.
A Figura 19 foto do Sistema de Calibração de Torque com faixa nominal de 400N.m.Fonte: Laboratório de força
69
4.10 ANÁLISE DA SITUAÇÃO DO LAFOR NA GRANDEZA TORQUE
O Lafor, até então, encontrava-se em situação igual ou inferior a seus
principais clientes, que na concepção da hierarquia metrológica nacional, são os
laboratórios de calibração secundária. Isso faria com que alguns laboratórios
nacionais buscassem sua rastreabilidade fora do país, o que submeteria o
laboratório a uma condição metrológica submissa, não gerando a credibilidade
necessária a uma instituição com a responsabilidade do Inmetro. O Lafor deveria
tomar uma ação mais ampla, em função da análise apresentada pelo chefe do
laboratório de torque do PTB. Seria necessário realizar uma análise profunda do
projeto do Sistema de Calibração de Torque – SCT.
4.11 ANÁLISE TÉCNICA E FINANCEIRA PARA ORÇAR PROJETO DA
GRANDEZA TORQUE
Em novembro de 2001, os técnicos do Lafor realizaram estudos para
apresentar um projeto de desenvolvimento e fabricação de uma máquina Padrão
Primário de Torque da mais alta magnitude para atender a RBC. Com isso, o Lafor
poderia buscar o reconhecimento mutuo e obter Padrões de Transferência de
Torque (Transdutores de Referencia Torque), Padrão de Referência Secundário de
Torque (Sistema de Calibração de Torquímetro).
Também se fazia necessária a ida de um técnico ao PTB/Alemanha para
realizar intercâmbio técnico no laboratório de torque e receber treinamento do
fabricante da máquina PPT.
Foram realizados contatos com fornecedores para discutir as exigências
quanto aos atendimentos dos equipamentos que foram as seguintes:
- Padrão Primário de Torque - PPT
Uma Máquina Padrão Primário de Torque - PPT, que calibre nos sentidos
horário e anti-horário,com faixa nominal de 5000 N.m, com sistema automatizado e
que realize a grandeza torque através de pesos mortos, com incerteza de medição
expandida de no máximo ±0,01%.
- Padrões de transferência de torque
Transdutores de torque de alta exatidão, com faixas nominais de 50 N.m; 100
N.m; 1000 N.m e 5000 N.m, com incerteza de medição expandida de 0,02%,
serviram para participar de programa de comparação intelaboratorial.
70
- Padrão de referência secundário de torque
Transdutores de torque (tipo torquímetro) de alta exatidão, que serão
utilizados para calibrar torquimetros com faixas nominais de 100 N.m; 1000 N.m e
3000 N.m, com incerteza de medição expandida de 0,03%.
O Lafor levou este projeto, com orçamento de R$ 1.253.117,23 (U$$
23.768,00) para ser concorrido em edital na FINEP.
O projeto foi aprovado com o nome de CTENERG/FINEP de nº 01/2001/49.
- Contratação da fabricação da PPT
Na encomenda do projeto/fabricação do PPT, o Lafor deparou com um
grande problema que afetaria a compra da máquina: o projeto estava orçado em
dólares, havendo uma grande variação do dólar para cima. O Lafor viu-se, então,
numa difícil situação para dar novos caminhos para o projeto. Era necessário
redirecionar o projeto, baixar o custo. Por decisão técnica, resolveu-se reduzir a
faixa nominal de 5000 N.m para 3000 N.m e a máquina não seria mais
automatizada. Porém, o projeto estrutural se manteria no original para a faixa
nominal de 5000 N.m, havendo assim, no futuro, em função das solicitações de
serviços de calibrações, condições de elevar a faixa nominal para 5000 N.m e
automatizá-la.
4.12 INSTALAÇÃO DO PADRÃO PRIMÁRIO DE TORQUE – PPT
- Acomodação Ambiental Do Laboratório
Para garantir que as condições ambientais do laboratório se mantivessem
ideais para a instalação e funcionamento da máquina, o Padrão Primário de Torque
foi isolado através de uma campânula, que teve o objetivo de garantir as variações
de temperatura do ambiente e minimizar os efeitos de turbulência do ar, para
minimizar o movimento do braço da máquina, quando houvesse forças aplicadas em
transdutores de torque de baixa capacidade. A temperatura no interior da
campânula seria de 20 º C ± 0,2 º C em função do resultado da calibração do braço
da máquina.
O gráfico 9 apresenta as temperaturas dos quatro pontos controlados por um
71
período de dois meses no interior da campânula e a figura 20 apresenta a foto da
vista externa da campânula da máquina PPT.
Uma condição para que a calibração seja realizada com alta exatidão, é que as
influências ambientais e a temperatura sejam suficientemente estáveis em função do
tempo, ou seja, as variações devem ser tão pequenas quanto possíveis durante as
séries de medições. Conforme a norma NBR 12240:2000 a calibração deve ser
executada a uma temperatura estável entre a faixa nominal de 18 ºC a 28 ºC. A
temperatura não deve variar mais que ± 1 º C durante as séries de medição.
O gráfico acima representa o controle da temperatura ambiental do Lafor,
necessário devido ao fato da máquina Padrão Primário de Torque estar instalada
no interior de uma campânula. Foram registrados no período de 20/04/04 a
31/05/04 um total de 132 leituras, com intervalo aproximadamente de 1 hora, em
5 pontos diferentes. A distribuição dos termômetros foi feita da seguinte forma: os
pontos 2, 3, 4 e 5 foram posicionados no interior da campânula, formando um
retângulo, e o ponto 1 foi instalado num ponto externo próximo a campânula. Em
seguida, termômetros foram instalados em cada um desses pontos
separadamente, para que realizassem leituras durante o período mencionado.
Foram então calculadas as médias dos resultados obtidos em cada um dos
termômetros. Os valores de 19,50 0C e 20,50 0C representam o mínimo e o
Gráfico 9: Controle ambiental para a instalação do Padrão Primário deTorque.Fonte: adaptado dos registros de medição de temperaturas do Lafor
Controle ambiental interno e externo da campânula
18,8019,0019,2019,4019,6019,8020,0020,2020,4020,60
20/4/04 30/4/04 10/5/04 20/5/04 30/5/04
Periodos das leituras em dias
Tem
pera
tura
em
ºC
Media externa ponto 1 Media interna dos pontos 2,3,4 e 5
Media ponto 2 Média ponto 3
Média ponto 4 Média ponto 5
Temp.máxima(20,50ºC) Temp.mínima(19,50ºC)
72
máximo da temperatura no interior da campânula, concluindo-se que os valores
de temperatura do interior da campânula se mantiveram no limite estabelecido.
4.13 CARACTERIZAÇÃO DO PADRÃO PRIMÁRIO DE TORQUE - PPT
A caracterização da máquina foi realizada pelos técnicos do Lafor e o Chefe
do laboratório de torque do PTB/Alemanha.
- Metodologia utilizada na caracterização
Para a caracterização do Padrão Primário de Torque – PPT, utilizou-se como
base o guia EA 10/04 (EAL – G22). Este documento foi produzido com objetivo de
promover a harmonização na determinação das incertezas em medição de força e
fornecer informação sobre a capacidade de medição de máquinas de calibração.
Na obtenção das medições da caracterização do Padrão Primário de Torque
– PPT, utilizou-se o guia EA 10/14 rev. 06/2000 (EA Guidelines on the Calibration of
Static Torque Measuring Devices). Este guia é aplicável a dispositivos de medição
de torque onde o torque é definido pela medição da deformação elástica de um
corpo elástico ou de um mensurando proporcional a ele.
A caracterização foi realizada utilizando-se 3 (três) Padrões de Transferência
de Torque, nas faixas nominais de 20 N.m, 200 N.m e 2000 N.m pertencente ao
laboratório de torque do PTB/ Alemanha, e tendo sua rastreabilidade ao Padrão
Primário de Torque, com incerteza expandida de 0,002%, também pertencente ao
Figura 20: Foto da vista externa da campânula da máquina PPT.Fonte: Laboratório de força
73
laboratório de torque do PTB/ Alemanha. A faixa de trabalho utilizada nos Padrões
de Transferência foi acima dos 40 % da suas faixas nominais, visando minimizar a
influência do efeito de interação entre o transdutor e a máquina PPT.
Para se obter os valores para efeito de cálculos, foram realizadas calibrações
utilizando-se os transdutores nos sentidos horário e anti-horário.
A figura 21 apresenta fotos dos transdutores de torque de transferência
utilizados na caracterização da PPT.
4.14 AVALIAÇÃO DA MELHOR CAPACIDADE DE MEDIÇÃO DA PPT
Na avaliação da melhor capacidade de medição do Padrão Primário de
Torque, utilizaram-se os valores da incerteza expandida, fornecida pelo certificado
de calibração do PTB/Alemanha. O gráfico 10 demonstra o comparativo da melhor
capacidade de medição do Padrão Primário de Torque entre o PTB e EA 10/04(EAL-
G22).
A figura 21: Fotos dos transdutores de torque de transferência.Fonte: Laboratório de força
74
O gráfico acima representa a melhor capacidade de medição estabelecida
pelo documento EA 10/04(EAL - G22), para o valor mínimo estabelecido de 0,005 %
e o valor máximo estabelecido de 0,01 %. O MCM – PTB (Alemanha) representa a
melhor capacidade de medição de 0,002%; o MCM – Inmetro (Brasil) representa a
melhor capacidade de medição de 0,01%; o MCM - EA 10/04(EAL - G22) representa
o mínimo para a melhor capacidade de medição de 0,005% e o MCM - EA
10/04(EAL - G22) representa o máximo para a melhor capacidade de medição de
0,01%. Desse modo, a melhor capacidade de medição da máquina do PTB
apresenta um valor favorável, que fica abaixo do mínimo estabelecido pelo
documento EA 10/04 (EAL - G22), já a máquina do Inmetro apresenta um valor
favorável, porém, está no limite máximo estabelecido pelo documento EA 10/04(EAL
- G22).
4.15 APRESENTAÇÃO DOS ERROS DE INDICAÇÃO ENTRE AS MÁQUINAS
Na avaliação dos erros de indicação dos Padrões Primários de Torque, para
os sentidos horário e anti-horário, utilizaram-se os cálculos dos erros entre as
máquinas nas faixas nominais de 20 N.m, 200 N.m e 2000 N.m dos Padrões do
PTB/Alemanha e do Lafor/Inmetro. Os gráficos 11,12 e 13, demonstram os erros
entre as máquinas.
Gráfico 10: Gráfico comparativo da melhor capacidade de medição da PPT entreo PTB e EA 10/04.Fonte: adaptado pelo autor da norma EA 10/04.
Comparativo da Melhor Capacidade de Medição
0
0,002
0,004
0,006
0,008
0,01
0,012
0 200 400 600 800 1000
Faixa nominal (N.m)
Ince
rtez
a ex
pand
ida
(%) MCM - PTB
MCM - Inmetro
MCM-EAL-G22(min)
MCM-EAL-G22(max)
75
O gráfico acima representa o erro de indicação entre as máquinas do PTB e
Inmetro para a faixa nominal de 20 N.m, nos sentidos horário e anti-horário para o
carregamento e descarregamento das forças. As linhas cheias e tracejadas na
escala positiva representam o carregamento e descarregamento da força no sentido
horário; e na escala negativa, representam o carregamento e descarregamento da
força no sentido anti-horário.
O gráfico 11: erros de indicação para a faixa nominal de 20 N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
DESVIOS APRESENTADO ENTRE O INMETRO-PTB
-0,010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
Torque (N m)
Des
vio
rela
tivo
(%)
desvio docarregamentoda força (%)
desvio dodescarregamento da força(%)
76
O gráfico acima representa o erro de indicação entre as máquinas do PTB e
Inmetro para a faixa nominal de 200 N.m, nos sentidos horário e anti-horário para o
carregamento e descarregamento das forças. As linhas cheias e tracejadas na
escala positiva representam o carregamento e descarregamento da força no sentido
horário; e na escala negativa, representam o carregamento e descarregamento da
força no sentido anti-horário.
Gráfico 12: Gráfico des erros de indicação para a faixa nominal de 200 N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
DESVIO APRESENTADO ENTRE O INMETRO-PTB
-0,020-0,018-0,016-0,014-0,012-0,010-0,008-0,006-0,004-0,0020,0000,0020,0040,0060,0080,010
-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
Torque (N m)
Des
vio
rela
tivo
(%)
desvio decarregamentoda força (%)
desvio dodescarregamento da força(%)
Gráfico 12: Gráfico de erros de indicação para a faixa nominal de 200 N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
77
O gráfico acima representa o erro de indicação entre as máquinas do PTB e
Inmetro para a faixa nominal de 2000 N.m, nos sentidos horário e anti-horário para o
carregamento e descarregamento das forças. As linhas cheias e tracejadas na
escala positiva representam carregamento e descarregamento da força no sentido
horário; e na escala negativa, representam o carregamento e descarregamento da
força no sentido anti-horário.
Conclui-se que os gráficos acima apresentados demonstraram os
resultados dos erros de indicação abaixo de 0,01%, para faixa nominal de 20 N.m
até 2000 N.m. Este resultado torna-se favorável porque os erros de indicação são
compatíveis com o valor da melhor capacidade de medição.
O resultado da caracterização foi o que se esperava: o sistema de apoio do
braço com junta articulada instrumentada apresentou mobilidade; o indicador de
nivelamento do braço apresentou sensibilidade com relação aos movimentos do
braço em operação e o projeto estrutural da máquina apresentou estabilidade para
os torques aplicados. A figura 22 apresenta uma foto do Padrão Primário de Torque
instalado e a figura 23 apresenta uma foto do braço de aplicação de força.
Gráfico 13:Gráfico de erros de indicação para a faixa nominal de 2000 N.mFonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
DESVIO APRESENTADO ENTRE O INMETRO-PTB
0 010
-0,008
-0,006
-0,004
-0,002
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
-2000 -1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 2000
Des
vio
real
ativ
o (%
)
decada
dedento(%
78
4.16 AVALIAÇÃO DO ERRO NORMALIZADO
Na avaliação, os cálculos dos erros normalizados – EN, entre as máquinas do
PTB e do Inmetro, para as faixas nominais de 2 N.m até 20 N.m, 20 N.m até 200
N.m e 200 N.m até 2000 N.m, apresentaram-se satisfatórios, com valores menores
que 1 (um), sendo este o máximo adotado para a avaliação de comparações entre
laboratórios.
Figura 22: Foto do Padrão Primário de torqueFonte: Laboratório de força
Figura 23: braço de aplicação de força para os sentidos horários e ant horário.Fonte: Laboratório de força
79
Os gráficos: 14,15 e 16 demostram os resultados dos erros normalizados das
faixas nominais.
O gráfico 14 demonstra o cálculo do erro normalizado entre as máquinas do PTB e
Inmetro, para a faixa nominal de 20 N.m nos sentidos horário e anti-horário. A linha
cheia representa o valor máximo estabelecido pelo cálculo do erro normalizado; a
linha tracejada com ponto representa os valores dos erros normalizados para o
sentido horário; e a linha tracejada representa os valores dos erros normalizados
para o sentido anti-horário.
Gráfico 14: Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 2 N.m até 20N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
Erro normalizado calculado
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
2 7 12 17 22
Faixa nominal (N.m)
Err
o no
rmal
izad
o
Erronormalizadomax.
Sentidohorário
Sentidoant.hor.
80
O gráfico 15 demonstra o cálculo do erro normalizado entre as máquinas do
PTB e Inmetro, para a faixa nominal de 200 N.m nos sentidos horário e anti-horário.
A linha cheia representa o valor máximo estabelecido pelo cálculo do erro
normalizado; a linha tracejada com ponto representa os valores dos erros
normalizados para o sentido horário; e a linha tracejada representa os valores dos
erros normalizados para o sentido anti-horário.
Gráfico15: Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 20 N.m até 200 N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
Calculo do erro normalizado
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
20 70 120 170 220Faixa nominal(N.m)
Erro
nor
mal
izad
o
Erronormalizado max.
sentidohorário
sentidoant.hor.
81
O gráfico 16 demonstra o cálculo do erro normalizado entre as máquinas do
PTB e Inmetro, para a faixa nominal de 2000 N.m nos sentidos horário e anti-horário.
A linha cheia representa o valor máximo estabelecido pelo cálculo do erro
normalizado;a linha tracejada com ponto representa os valores dos erros
normalizados para o sentido horário; e a linha tracejada representa os valores dos
erros normalizados para o sentido anti-horário.
Concluindo: os gráficos acima apresentados, indicaram os valores dos erros
normalizados menores que 1. Entretanto, esse método é usado para avaliar os
resultados de comparações interlaboratoriais, para as mais diversas grandezas.
4.17 OBTENÇÃO DO RECONHECIMENTO MÚTUO
Este resultado apresentado, contribuirá para a busca do reconhecimento
mútuo do Inmetro e consolidação como referência metrológica no Brasil e como o
único das Américas a oferecer serviço de calibração na faixa nominal de 20 N.m até
3000 N.m nos sentidos horário e anti-horário, colocando-se em condições de estar
entre os países que declaram sua melhor capacidade de medição no apêndice C do
reconhecimento mútuo.
Gráfico 16: Gráfico do erro normalizado da faixa nominal de 200 N.m até 2000 N.m.Fonte: adaptado da planilha de cálculo da caracterização da máquina
Calculo do erro normalizado
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
200 700 1200 1700 2200
Faixa nominal (N.m)
Erro
nor
mal
izad
o
Erronormalizado max.
SentidoHarário
Sentidoant.hor.
82
A tabela 3 apresenta a melhor capacidade de medição do Brasil entre outros
Institutos de Metrologia Nacionais declarados no apêndice C.
Tabela 3: melhor capacidade de medição entre outros Institutos de Metrologia Nacionais declaradosno apêndice C.País Faixa nominal Incerteza expandidaAlemanha - PTB 1 N.m até 20000 N.m U = 0,002%Suíça – METAS 10 N.m até 1000 N.m U = 0,005 %México - CENAM 1 N.m até 2000 N.m U = 0,05 %Brasil - Inmetro 20 N.m até 3000 N.m U = 0,01 %China, NIM 0,5 N.m até 5000 N.m U = 0,01 %Republica Tcheca 10 N.m até 1000 N.m U = 0,05 %Finlândia - MIKES 20 N.m até 2000 N.m U = 0,05 %Japão - NMJ 0,005 N.m até 1000 N.m U = 0,05 %França - BNM 5 N.m até 2000 N.m U = 2,0E- 04M + 0,04Coréia do Sul 0,1 N.m até 1000 N.m U = 0,54*T
4.18 PROPOSTA DE METODOLOGIA DE DISSEMINAÇÃO DA PADRONIZAÇÃO
NOS ORGANISMOS ACREDITADOS NO BRASIL
Dar continuidade ao estudo da grandeza Torque, através da realização do
ciclo do PDCA.
Para tanto, se faz necessário:
• planejar uma intercomparação na área de torque entre os laboratórios
acreditados pela Dicla, a fim de obter um levantamento do erro
normalizado ( EN ) entre laboratórios;
• executar a intercomparação mediante a escolha do mensurando e a
faixa nominal a ser calibrada, como também do procedimento de
medição, definindo os parâmetros para a realização da calibração;
• verificar a análise dos resultados pelo cálculo do EN e concluir as
análises dos resultados tomando-se ações corretivas ou a melhoria
do processo de calibração.
Concluindo, para que o Inmetro atinja uma evolução em metrologia de torque
no contexto internacional, é preciso que haja um contínuo investimento no estudo
da grandeza Torque.
Fonte: construção do autor
83
5. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAISConforme pôde ser evidenciado em todo levantamento/análise (capítulo 4),
tendo como base a revisão bibliográfica realizada (capitulo 2), bem como a
experiência profissional.
Os projetos e desenvolvimentos dos Sistemas de Calibração de Torque das
fases 1, 2 e 3 apresentadas, foram etapas fundamentais para os técnicos
adquirirem, ao longo desse tempo, experiência de trabalhos técnicos como: melhoria
contínua de projetos, calibração de instrumentos de medição de torque,
evolução/mudanças de normas de calibração de instrumentos de medição de torque.
O laboratório apresentou uma proposta específica ideal para um Padrão
Primário de Torque que meça com o mais alto nível de exatidão, com faixa nominal
de 20 N.m até 3000 N.m.
Os resultados da caracterização da máquina foram considerados satisfatórios
para os erros normalizados e de indicação e para a melhor capacidade de medição,
comparados entre as máquinas do PTB e Inmetro.
Os resultados da caracterização da máquina foram considerados satisfatórios,
pois atendem ao objetivo esperado pelo Lafor, com o valor da melhor capacidade de
medição de 0,01%, ou seja, 50 vezes acima do planejado no ano de 1983. Foram
também atendidos outros parâmetros através dos avanços metrológicos exigidos
nas revisões das normas de calibração de instrumentos de medição de torque,
critérios estabelecidos para realizar caracterização de máquinas e resultados de
intercomparações entre laboratórios.
A pesquisa realizada sobre o número de instrumentos calibrados pelos
laboratórios acreditados deu base para ver o crescimento exponencial das
calibrações em relação ao período de 1983 até 2003, realizadas pelo Lafor. Além
disso, a pesquisa realizada sobre a melhor capacidade de medição dos laboratórios
acreditados possibilitou ao Lafor identificar os possíveis laboratórios para realizar
uma comparação.
84
5.1 RECONHECIMENTO MÚTUO
Com este resultado apresentado, o Brasil dá um grande salto de qualidade na
sua atividade da calibração de torque, colocando-se em condições de estar entre os
países que declaram sua melhor capacidade de medição no apêndice C
(Reconhecimento das medições e do certificado de calibração por outros Institutos
Nacionais de Metrologia), e o único das Américas a oferecer serviço de calibração
na faixa nominal de 20 N.m até 3000 N.m nos sentidos horário e anti-horário.
É importante destacar que o acordo contribui para o reconhecimento
internacional da competência científico-tecnológica do Inmetro e para sua
consolidação como referência metrológica regional, que trará para o Brasil a
aceitação dos processos de calibração e ensaio inerentes aos produtos brasileiros
exportados para outros mercados.
5.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Para considerações futuras, o Lafor deve continuar mantendo seu ciclo do
PDCA, a começar por estabelecer um planejamento para tornar automatizada a
máquina, uma vez que a sua operacionalização é manual, tornando-se cansativa
para o técnico que trabalha numa jornada diária. Por outro lado, esta
automatização poderá apresentar uma grande probabilidade de se reduzir a melhor
capacidade de medição, uma vez que terá que ser realizada uma outra
caracterização e treinamentos dos técnicos quanto à operacionalização.
Este estudo poderá também dar diretrizes para outros laboratórios
metrológicos, que têm envolvimento nesta grandeza, realizarem análise crítica
criteriosa de seu sistema de calibração, podendo detectar pontos falhos em seu
processo de medição, possibilitando a eles implementar as modificações
necessárias visando à sua melhoria continua.
5.3 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Para trabalhos futuros, na tentativa de compreender e estender o estudo
iniciado nesta dissertação, seria interessante:
• Realizar um estudo dos resultados das comparações interlaboratoriais
realizadas pelos Institutos Nacionais de Metrologia, com intuito de avaliar a
85
melhoria contínua empregada pelos fabricantes de máquinas de
padronização.
• Realizar um estudo para elevar a faixa nominal de medição para 5000 N.m
com o intuito de aumentar o nível de serviço.
• Realizar um projeto para automatização da máquina, com a finalidade de
melhorar a sua capacidade de medição.
86
6- REFERÊNCIAAHEDO, D. R.; GUZMÁN, T. J. C. - Diseño y Construcción del Patrón PrimarioNacional de par Torsional. Simposio de metrología – México 2001. CD-ROM.
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_________. NBR 12240: Aferição de Torquímetros. Rio de Janeiro,1989.
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BRÜGE A.; PESCHEL D.; RÖSKE D. The influence of misalignment on torquetransducers - International measurement confederation internationalmeasurement. Confederation xvi imeko world congress xvi imeko world congress.Hofburg, Vienna, Austria. Imeko 2000. CD-ROM
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87
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Diretrizes Estratégicas para a Metrologia Brasileira 2003 – 2007, documentofinal, aprovado na 24a reunião de CBM. 29 de janeiro de 2003.
EA-10/14 – EA Guidelines on the Calibration of Static Torque MeasuringDevices –ver00 - June 2000.
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EUROPEAN CO-OPERATION FOR ACCREDITATION. EA-4/02-S1: Suplemento 1ao EA-4/02 - Expressão da incerteza de medição na calibração. 1. ed. Rio deJaneiro: INMETRO, SBM, 1999. 36 p.
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RIBEIRO, F. S. G. Contribuição para Melhoria da Gestão do Serviço Público.Estudo de Caso: Analise da Evolução do Desempenho do INMETRO. (Mestradoem Sistema de Gestão pela Qualidade Total) – Universidade Federal Fluminense,Niterói. 2003
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VALENTE, J. C. Garantia continua e sistêmica da qualidade nas calibraçõesrealizadas pelo laboratório de metrologia dimensional do Inmetro: Umaproposta de metodologia de implantação. (Mestrado em Sistema de Gestão pelaQualidade Total) – Universidade Federal Fluminense: Niterói, 2004.
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Vergara, S. C. Projeto e Relatório de Pesquisa em Administração. 4a ed. SãoPaulo: Atlas, 2003.
90
Apêndice A
91
Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - InmetroDiretoria de Metrologia Científica e Industrial - Dimci
Divisão de Metrologia Mecânica - DimecLaboratório de Força, Torque e Dureza - Lafor
PESQUISA
Metrologia de Torque - Diagnóstico
Este diagnóstico tem por objetivo apurar as necessidades e obter informações necessáriaspara uma avaliação da situação atual dos serviços de calibração de Transdutores de torque,Calibradores de torquímetro e Torquímetros, bem como os serviços de medição de torque noBrasil.
Estas informações subsidiarão os projetos de Padronização Primária de Torque e deCapacitação de Laboratórios Metrológicos em Torque, que visam o aprimoramento do Sistemade Padronização Nacional da grandeza Torque referenciando-o e harmonizando-o em nível deexatidão aos padrões internacionais, assegurando a confiabilidade metrológica requerida.
Estes projetos estão sendo coordenados e desenvolvidos pelo Laboratório de Força,Dureza e Torque - Lafor do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e QualidadeIndustrial - Inmetro, com base em recentes projetos desenvolvidos pelos Institutos de Metrologiamais conceituados no mundo.
Solicitamos que esta pesquisa seja respondida pelo Gerente Técnico do Laboratório, oupor profissionais responsáveis pelo Sistema de Qualidade. Favor respondê-la e devolvê-la via e-mail – [email protected] , fax - (21) 2679.15.05 ou postagem no endereço Av. N. Sra dasGraças,50 – Xerém 25250-020 Duque de Caxias, RJ, Brasil. Aos cuidados do Sr. Luiz CarlosCabral de Freitas, de preferência até um mês após o recebimento do mesmo.
Ressaltamos que sua colaboração é de grande importância e que a confidencialidade dasinformações será garantida.
92
Responda as questões a seguir, marcando com um X a resposta que se apresentar maisadequada a realidade de sua Instituição/Laboratório. Se necessário, mais de uma respostapode ser indicada:
1) Ramo de atividade daInstituição/Laboratório:
Laboratório de metrologia Automotivo/Auto-peças; Mecânico; Metalúrgico; Pesquisa e desenvolvimento; Outros:_________________________.
2) Principal produto/serviço:__________________________________________________________________.
3) laboratório está acreditado juntoa Cgcre/Inmetro?
Sim RBC (____anos)Áreas:________________;
RBLE (____anos)Serviços: _____________;
Não; Em andamento:
Áreas/Serviços:_________
4) Quais tipos de instrumentos de medição de torque são usados? Calibrador de torque por aplicação direta com massa, Transdutores de torque; Calibradores de torquímetros; Torquímetros Outros:_________________________.
5) Indique a Faixa Nominal de utilização e incerteza de medição expandida para oCalibrador de torque por aplicação direta com massa;
Até 200 N.m - U____% 200 N.m a 500 N.m - U____%; 500 N.m a 1000 N.m - U____%; 1000 N.m a 2000 N.m - U____%; 2000 N.m a 3000 N.m - U____% 3000 N.m a 5000 N.m - U____%; Outros:____________________.
6) Indique a Faixa Nominal de utilização e incerteza de medição expandida para oTransdutor de torque;
Até 200 N.m - U____%;
93
200 N.m a 500 N.m - U____%; 500 N.m a 1000 N.m - U____%; 1000 N.m a 2000 N.m - U____%; 2000 N.m a 3000 N.m - U____% 3000 N.m a 5000 N.m - U____%; Outros:____________________.
7) Indique a Faixa Nominal de utilização e incerteza demedição expandida para oCalibrador de torquímetro;
Até 200 N.m - U____%; 200 N.m a 500 N.m - U____%; 500 N.m a 1000 N.m - U____%; 1000 N.m a 2000 N.m - U____%; 2000 N.m a 3000 N.m - U____%; 3000 N.m a 5000 N.m - U____%; Outros:____________________.
8) Indique a Faixa Nominal de utilização e incerteza de medição expandida para otorquímetro;
Até 200 N.m - U____%; 200 N.m a 500 N.m - U____%; 500 N.m a 1000 N.m - U____%; 1000 N.m a 2000 N.m - U____%; 2000 N.m a 3000 N.m - U____%; 3000 N.m a 5000 N.m; - U____%; Outros:____________________.9) Quais os tipos de indicadores dos instrumentos de medição de torque utilizados pela
Instituição/Laboratório: Digital; Analógico; Catraca; Vareta; Outros:_________________________.
10) Como é garantida a qualidade dos calibradores de torquímetro e dos torquímetros? São substituídos após um certo período de utilização; São calibrados periódicamente;
Não há procedimento formal a respeito; Outros:_________________________.
11) Para a orientação do processo de calibração de torque, as normas utilizadas sãopublicadas por quais destas instituições;
ABNT; ISO; DIN; ASTM;
94
Outros: ______________________.
12) Você considera que o desenvolvimento dos projetos citados acima, sob o ponto devista das melhorias dos resultados da calibração dos instrumentos de medição de torque,é:
Muito importante; Importante; Pouco importante.
13) Na sua Instituição/Laboratório quais os fatores que podem ser considerados comoimpulsionadores do aprimoramento dos procedimentos de Metrologia em Torque?
Qualidade do produto; Acreditação; Segurança; Redução de custos; Certificação ISO 9000; Outros:_________________________.
14) Qual a melhor capacidade de medição do laboratório? indicada em incertezaexpandida.
Calibrador de torque por aplicação direta de massa: _______________%___;
Transdutor de torque: _____________%___;
Calibrador de torquímetro: _________%____;
Outros:________
15 ) Qual o tipo de atuação do movimento do braço da máquina de torque, quandoaplicação por peso morto
Mancal de ar (air bearing); Sistema por rolamentos; Outros: ______________________.
95
Apêndice B
96
Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial - InmetroDiretoria de Metrologia Científica e Industrial - Dimci
Divisão de Metrologia Mecânica - DimecLaboratório de Força, Torque e Dureza - Lafor
PESQUISA
Metrologia de Torque
Esta pesquisa tem por objetivo obter informações para quantificar serviços de calibraçãode Transdutores/ Células de Torque, Calibradores de Torquímetro, Torquímetro e Verificações deApertadeiras, prestados por laboratórios acreditados, não acreditados.
Estas informações subsidiarão a dissertação do aluno Luiz Carlos Cabral de Freitas,lotado no Laboratório de Força, Torque e Dureza.
Solicitamos que esta pesquisa seja respondida pelo Gerente Técnico do Laboratório, oupor profissionais responsáveis pelo Sistema de Qualidade. Favor respondê-la e devolvê-la aoINMETRO via e-mail – [email protected], fax – (21) 26791505 ou postagem no endereço Av. Nossa Senha da Graça, 50 – Duque deCaxias - Xerém – 25250-020 – Mecânica - Prédio 3, de preferência até um mês após orecebimento do mesmo.
Ressaltamos que sua colaboração é de grande importância e que a confidencialidade dasinformações será garantida.
Nome laboratório:_____________________________________
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Responda as questões a seguir, que seapresentar mais adequada a realidade desua Instituição/Laboratório:
1) Ano em que foi acreditado pela Dicla?
Data: / /
2) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 1999.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
3) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 2000.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
4) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 2001.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
5) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 2002.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; acima: _________________.
6) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 2003.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
7) Calibrações realizadas deTorquimetros no ano de 2004.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
8) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de1999.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
9) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de2000.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
10) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de2001.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
11) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de2002.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima:_________________.
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12) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de2003.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
13) Calibrações realizadas deCalibradores de Torquimetros no ano de2004.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
14) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 1999.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
15) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 2000.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
16) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 2001.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
17) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 2002.
até 100;
100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
18) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 2003.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima:_________________.
19) Calibrações realizadas deTransdutores de Torque no ano de 2004.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
20) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 1999.
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima:_________________.
21) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 2000;
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima:_________________.
22) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 2001;
até 100; 100 até 200; 200 até 400; 400 até 600; 800 até 1000; acima: _________________.
99
23) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 2002;
até 100;
100 até 200;
200 até 400;
400 até 600;
800 até 1000;
acima: _________________.
24) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 2003;
até 100;
100 até 200;
200 até 400;
400 até 600;
800 até 1000;
acima:_________________.
25) Verificações de apertadeirasrealizadas no ano de 2004;
até 100;
100 até 200;
200 até 400;
400 até 600;
800 até 1000;
acima: _______________.
![CADERNO DE IDÉIAS CI0839acervo.ci.fdc.org.br › AcervoDigital › Cadernos de Idéias › 2008 › 0839[1].pdfCADERNO DE IDÉIAS CI0839 2008 ... reforçada pelo trabalho interativo](https://static.fdocumentos.com/doc/165x107/5f0f70ea7e708231d4442d2f/caderno-de-idias-a-acervodigital-a-cadernos-de-idias-a-2008-a-08391pdf.jpg)
