NT Editora. Ilustração Jakes Lano

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3 Autor Wassim Raja El Banna Bacharel e mestre em Engenharia Mecânica pela Universidade Federal do Pará (UFPA), na área de Concentração de Materiais e Processos de Fabricação, subárea de Materiais Compósitos. Tem experiência em Engenharia Mecânica, com ênfase em Processos de Fabricação. É Doutor pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Naturais da Amazônia (PRODERNA) pela UFPA. Atua em pesquisa com materiais poliméricos, termoplásticos e termorrígidos, materiais compósitos reforçados com fibras naturais, caracterização de fibras naturais, resíduos de madeira, resíduos industriais e análise de superfície de fratura. Design Instrucional Vinícius Abreu Revisão Mariana Carvalho Ricardo Moura Projeto Gráfico NT Editora Capa NT Editora Editoração Eletrônica Marcelo Moraes Ilustração Jakes Lano NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Quadra 2 Bl. C 4º andar Ed. Cedro II CEP Brasília DF Fone: (61) sac@grupont.com.br e Metrologia orientada a controles automotivos. / NT Editora. Brasília: p. : il. ; 21,0 X 29,7 ISBN Introdução à Metrologia. 2 Metrologia Automobilística. 3 Paquímetro. 4 Micrômetro. 5 Relógio comparador. 6 goniômetro. 7 Torquímetro. 8 Calibra ção de instrumentos de medição. Copyright 2017 por NT Editora. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora.

4 LEGENDA ÍCONES Prezado(a) aluno(a), Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o(a) ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e a fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo: Saiba mais Esse ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidiano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado. Importante O conteúdo indicado com esse ícone tem bastante importância para seus estudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor. Dicas Esse ícone apresenta dicas de estudo. Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas. Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro. Bons estudos!

5 Sumário 1 INTRODUÇÃO À METROLOGIA História da Metrologia Sistemas de medição Conceitos básicos e técnicas de medição METROLOGIA AUTOMOBILÍSTICA Metrologia no setor automotivo Metrologia na inspeção veicular Normalização e regulamentação técnica PAQUÍMETRO Conhecendo o paquímetro Técnicas de leitura do paquímetro Tipos e usos Utilização adequada do paquímetro Erros de leitura MICRÔMETRO Conhecendo o micrômetro Leitura do micrômetro Tipos e usos Utilização adequada do micrômetro RELÓGIO COMPARADOR Conhecendo o relógio comparador Técnicas de leitura Aplicações e tipos de relógio comparador GONIÔMETRO Conhecendo o goniômetro Tipos e aplicações NT Editora

6 7 TORQUÍMETRO Conhecendo o torquímetro Características e utilização do torquímetro Acessórios dos torquímetros CALIBRAÇÃO DE INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Importância e procedimentos da calibração Tipos de calibração Rastreabilidade GLOSSÁRIO BIBLIOGRAFIA Metrologia orientada a controles automotivos 5

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8 APRESENTAÇÃO Caro(a) estudante, Seja bem-vindo à Metrologia Orientada a Controles Automotivos! Este livro faz parte do conjunto de disciplinas do curso de Manutenção Automotiva e foi preparado para que você estude os principais instrumentos e procedimentos de medição no campo automotivo. Aqui, você terá noções de manuseio e utilização correta desses instrumentos. O curso tem como objetivo explorar os principais temas relacionados à metrologia automotiva, desde os conceitos básicos de Metrologia até a calibração de instrumentos de medição. A magnitude da Metrologia automotiva se dispõe em todos os setores da manutenção, tendo grande importância na reparação, pois, com ela, é possível avaliar as condições reais das peças. A Metrologia como ciência das medições está na base de qualquer atividade técnica, e é a mola que impulsiona o desenvolvimento tecnológico e a qualidade de produtos e serviços na área automobilística. Ao final do curso, você será capaz de manipular com eficiência os principais instrumentos de medição. Assim, será capaz, com o auxílio desses aparelhos, de identificar algumas falhas no funcionamento ou defeitos em peças automotivas. Aproveite ao máximo esta disciplina, pois ela, com certeza, ajudará muito na parte técnica do seu curso. Bons estudos! Wassim Raja El Banna Metrologia orientada a controles automotivos 7

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10 1 INTRODUÇÃO À METROLOGIA Metrologia é a ciência das medidas, sendo muito importante para a área da Mecânica, uma vez que garante a qualidade no processo de fabricação e manutenção de peças e indica os métodos de medição e os instrumentos apropriados para cada situação, garantindo uma intercambialidade de peças. Imagine um carro importado rodando no Brasil e que, de repente, precise de uma peça nova. A Metrologia existe para garantir que um pistão fabricado aqui possa substituir o original e trabalhar perfeitamente ajustado na peça de origem. Objetivos Ao finalizar esta lição, você deverá ser capaz de: entender a história da Metrologia; utilizar sistemas de unidades de medidas; reconhecer conversões de unidades de medidas; compreender conceitos básicos e técnicas de medições. 1.1 História da metrologia A Metrologia sempre fez parte da vida do homem e vem se desenvolvendo ao longo da história. O ser humano sempre teve a necessidade de medir, no entanto, para o homem primitivo, era dispensável um sistema de medidas aprimorado, uma vez que suas necessidades e conhecimentos de dimensões baseavam-se apenas em noções rústicas de medidas como maior que e menor que. Porém, à medida que o homem foi evoluindo, suas necessidades foram aumentando. Percebeu- -se, então, a necessidade de criação de unidades de medida padronizadas, que facilitassem interações de comércio e trocas de mercadorias, além de medições uniformizadas em construções. As primeiras unidades de medida foram criadas a partir de partes do próprio corpo, o que facilitava as medições, já que essas medidas podiam ser verificadas por qualquer pessoa. Assim, chegamos a algumas medidas padrão como a polegada, o palmo, o pé, a jarda, a braça e o passo. Metrologia orientada a controles automotivos 9

11 Vejamos a relação de algumas dessas medidas convertidas em números: 1 polegada = 2,54 cm = 25,4 mm; 1 pé = 12 in = 30,48 cm; 1 jarda = 91,44 cm. No entanto esse método de padronização tinha algumas limitações, uma vez que cada indivíduo possui comprimentos corporais diferentes, o que poderia causar uma grande discrepância entre as medidas mensuradas por diferentes pessoas. Assim, os padrões não eram nem práticos nem precisos. Dica Caso queira visualizar melhor o problema, peça a um amigo para comparar seus palmos e pés com os dele. Então, os antigos, percebendo isso, encontraram uma solução temporária: foi determinado que todas essas unidades teriam de ser baseadas no corpo do rei e ser respeitadas por todos as pessoas daquele reino. Até então, esse tipo de técnica de medida foi suficiente. Porém, ao longo dos anos, houve a necessidade de criação de unidades de medida padrão que permitissem as trocas e o comércio de mercadorias entre outra regiões, pois cada uma delas teria seu próprio padrão de medição. Os governantes instituíam os padrões com suas próprias medidas Os egípcios usavam a unidade de medida cúbito, que ia do cotovelo à ponta do dedo médio. Mas o resultado era confuso, pois essa medida variava de pessoa a pessoa e, para essas medições fossem precisas, era de fundamental importância que elas fossem iguais para todos. Diante disso, eles decidiram criar um padrão único: no lugar do próprio corpo, eles começaram utilizar em suas medições, a princípio, barras de pedra com o mesmo comprimento, que ficou conhecido como cúbito-padrão. O problema era que o cúbito-padrão em barra de pedra não era um instrumento muito prático, então passaram a construir as barras de madeira, para facilitar o transporte. Porém, como a madeira logo desgastava com o tempo e com o uso, decidiram, por fim, gravar os comprimentos equivalentes nas paredes dos principais templos egípcios para que cada um conferisse periodicamente o tamanho de suas barras. 10 NT Editora

12 Na França, já no século XVII, o padrão utilizado para medir comprimento era a toesa, unidade padrão que foi materializada da mesma forma como aconteceu com o cúbito no Egito. A toesa era uma unidade de medida linear feita com uso de uma barra de ferro com dois pinos nas extremidades e fixada no Grand Chatelet, nas proximidade de Paris, ficando à disposição para quem quisesse usufruir do objeto. No entanto essa barra se desgastava com o passar do tempo, como todo sistema de medição antigo, em razão do tempo e da frequência de uso. Com isso, veio a necessidade de se obter um padrão linear de medição, para o qual se julgava necessário encontrar uma unidade natural. Dessa forma, seria preciso adotar uma unidade que pudesse ser encontrada na natureza e que fosse fácil de copiar, criando, assim, um padrão de medida. Saiba mais Uma exigência para essa nova unidade padronizada era que ela tivesse seus submúltiplos estabelecidos segundo o sistema decimal, que foi inventado pelos hindus no século IV a.c. Então, em 1790, um sistema com essas características foi mostrado por Talleyrand, na França. Esse método de medida consistia em uma unidade que deveria ser igual à décima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre. Depois disso, dois astrônomos franceses, Delambre e Mechain, tiveram a difícil missão de medir o meridiano terrestre utilizando a toesa como unidade de medida. Eles mediram a distância entre uma cidade da França (Dunkerque) e uma da Espanha (Montjuich) da Espanha. Então, chegou-se a uma distância que foi materializada em uma barra de platina de 4,05x25mm, que foi denominada de metro dos arquivos. Foi assim que surgiu a primeira definição de metro. 1ª definição: metro é a decima milionésima parte de um quarto do meridiano terrestre Metrologia orientada a controles automotivos 11

13 Porém, com o desenvolvimento da ciência, percebeu-se que uma medição mais precisa dos meridianos fatalmente levaria a medida do metro a um valor pouco diferente. Assim, surgiu a segunda definição de metro: a distância entre dois extremos de uma barra de platina depositada nos arquivos da França e apoiada nos pontos de mínima flexão na temperatura de 0 C. Dessa forma, até o armazenamento e a temperatura foram estudados para criar essa segunda definição. Saiba mais Utilizou-se a temperatura de 0 C porque, na época, não existia uma condição de refrigeração artificial e, com o gelo fundente, seria possível fazer a aferição da temperatura e chegar facilmente a 0 C para desenvolver os trabalhos da barra padrão. No século XIX, vários países já tinham implantado o sistema métrico. No Brasil, esse sistema só foi implantado pela Lei Imperial nº 1.157, a partir da qual foi estabelecido um prazo de dez anos para que os padrões antigos fossem substituídos. Com o passar do tempo, foram detectadas falhas com relação ao metro dos arquivos franceses. O paralelismo entre faces não era tão preciso quanto imaginavam, pois a barra podia desgastar-se ao longo do tempo, faltava rigidez, além de outros detalhes. Então, estudos mais aprofundados foram necessários para garantir a confiabilidade das medidas no padrão de medição. Assim, em 1889, surgiu a terceira definição para metro: metro é a distância entre os eixos de dois traços principais marcados na superfície neutra do padrão internacional depositado no B. I. P. M. (Bureau Internacional des Poids et Mésures), na temperatura de zero grau Celsius, sob uma pressão atmosférica de 760 mmhg e apoiado sobre seus pontos de mínima flexão. Então, esse estudo aprofundou ainda mais a relação entre temperatura e pressão, além de levar em consideração que esse metro tinha uma seção transversal mais resistente, mesmo que houvesse uma mínima flexão. Atualmente, o padrão métrico em vigor no Brasil é normatizado pelo INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial), e é baseado na velocidade da luz. É indispensável observar que todas essas definições somente estabeleceram com maior exatidão o valor da mesma unidade: o metro. Vamos medir o conhecimento? Em relação às primeiras unidades de medidas utilizadas pelo homem, qual das alternativas abaixo está correta? a) Polegada, palmo, pé, jarda, braça e passo. b) Polegada, metro, pé e jarda. c) Polegada, metro, quilograma, pé e jarda d) Polegada, palmo, pé, jarda e milímetro. 12 NT Editora

14 Comentário: se você pensou na alternativa a, você está correto. As primeira unidades de medidas que os antigos utilizaram para realizar suas medições foram: polegada, palmo, pé, jarda, braça e passo. Metro, quilograma e milímetro só foram conhecidos como unidades de medida após a implantação dos sistemas de medidas atuais. 1.2 Sistemas de medição Acabamos de ver que existiram várias tentativas de criar medidas padronizadas. A evolução da Metrologia através dos séculos deu origem a alguns sistemas de medição que são muito utilizados atualmente. Veremos, então, dois sistemas muito utilizados hoje: o sistema inglês e o Sistema Internacional de Unidades (SI). Sistema inglês O sistema inglês é utilizado, principalmente, na Inglaterra e nos Estados Unidos. No Brasil ele é utilizado devido ao grande número de empresas provenientes desses dois países. No entanto esse sistema está, aos poucos, sendo substituido pelo sistema métrico e, enquanto essa substituição não ocorre por completo, ainda há a necessidade de realizar a conversão das medidas do sistema métrico em inglês e vice-versa. Importante No Brasil, o sistema métrico é utilizado como padrão para as unidades de medida, mas um bom profissional deve dominar várias unidades. Na Mecânica, por exemplo, é muito comum usar o milímetro e a polegada. Assim como o sistema métrico, o sistema inglês também padronizou medidas de acordo com o corpo humano e criou uma série de unidades de medidas a partir disso. No sistema métrico, temos o metro como medida padrão; já no sistema inglês, é utilizada a jarda, termo que se originou da palavra inglesa yard, que significa vara, em referência ao uso de varas nas medições. No século XII, em conseqüência da sua grande utilização, esse padrão foi oficializado pelo Rei Henrique I. A jarda teria sido definida, então, como a distância entre a ponta do nariz do rei e a de seu polegar, com o braço totalmente esticado. A exemplo dos antigos bastões de um cúbito, foram construídas e distribuídas barras metálicas para facilitar as medições. Porém, apesar da tentativa de padronização da jarda, na prática não foi possível evitar que o padrão sofresse alterações. Metrologia orientada a controles automotivos 13

15 As relações existentes entre a jarda, o pé e a polegada também foram instituídas por leis, nas quais os reis da Inglaterra fixaram que: 1 pé = 12 polegadas; 1 jarda = 3 pés, 1 milha terrestre = jardas. Saiba mais O sistema inglês ou real é vigente nos países de colonização britânica, como o próprio nome já diz. Apresenta grandes mudanças em relação ao sistema métrico, como: milímetros para polegadas, quilogramas para libras, quilômetros para milhas, metros para pés e assim por diante. As conversões não respeitam as escalas do sistema métrico. Exemplo: para um motor que entrega 20 kgf.m de torque, diz-se, na linguagem popular, que ele entrega vinte quilos de torque em vez de vinte quilogramas-força por metro ou 20 kgf.m, que são as formas utilizadas no jargão dos engenheiros e técnicos da indústria automotiva. Como o foco do estudo é a Metrologia orientada a controles automotivos, listamos algumas das unidades de medida mais utlizadas na indústria automotiva e seus respectivos valores tanto no sistema inglês quanto no sistema métrico. Potência Unidade do sistema métrico: cv (cavalo-vapor). Unidade do sistema inglês: hp (horsepower), bhp (british horsepower). 1 cv = 0,736 kw. 1 bhp = 0,746 kw. Torque Unidade no sistema métrico: kgf.m (quilograma-força por metro). Unidade no sistema inglês: lb.ft (libra-força por pé). 1 kgf.m = 9,8 N.m. 1 lb.ft = 1,355 N.m. Rotação do motor ou turbina Essa unidade de medida é idêntica nos dois sistemas, com diferença apenas na forma de escrita. Representa o número de voltas que o motor ou turbina dá em torno de seu próprio eixo no intervalo de um minuto: rpm ou rev/m, 1/min (rotações por minuto). 14 NT Editora

16 Velocidade Sistema métrico: km/h (quilômetros por hora). Sistema inglês: mph (milhas por hora). 1 mph = km/h. Volume de líquidos, como combustível e lubrificantes Sistema métrico: l (litros). Sistema inglês: gal (galões). 1 gal = 3,78541 litros. Vamos medir o conhecimento? Assim como o sistema métrico, o sistema inglês também padronizou medidas de acordo com o corpo humano. Assinale a alternativa em que a converção da unidade está correta. a) 1 pé = 10 polegadas; 1 jarda = 3 pés; 1 milha terrestre = jardas. b) 1 pé = 12 polegadas; 1 jarda = 2 pés; 1 milha terrestre = jardas. c) 1 pé = 12 polegadas; 1 jarda = 3 pés; 1 milha terrestre = jardas. d) 1 pé = 10 polegadas; 1 jarda = 1 pé; 1 milha terrestre = jardas. Comentário: se você pensou na alternativa c, você está correto. As relações existentes entre a jarda, o pé e a polegada também foram instituídas por leis com base nas quais os reis da Inglaterra fixaram estes valores: 1 pé = 12 polegadas; 1 jarda = 3 pés; 1 milha terrestre = jardas. Conversão de unidades do sistema inglês Como dito anteriormente, apesar de o metro ser a unidade oficialmente aceita como a unidade básica de comprimento segundo o Sistema Internacional de Unidades, as unidades do sistema inglês também fazem parte do nosso dia a dia. Atualmente, existem muitos produtos que são fabricados e comercializados no Brasil em unidades desse sistema. Por exemplo, o tamanho da tela de uma TV é medido em polegadas, assim como o diâmetro da roda de automóvel, conexões e tubos, etc. É necessário, então, que saibamos utilizar os dois sistemas de unidade e saber fazer as conversões de um sistema para o outro. A equivalência entre a polegada e o milímetro ocorre segundo a seguinte relação: 1 = 25,4 mm Na maior parte dos casos, a polegada está na forma de fração. No numerador, haverá sempre um número ímpar e, no denominador, uma potência de dois. Veja um exemplo a seguir. 1/2" 1/4" 3/8" 17/32" 11/64" 23/128" 1 1/2" A polegada divide-se em frações ordinárias de denominadores iguais a: 2, 4, 8,16, 32, 64, 128 etc. Temos, então, as seguintes divisões da polegada: Metrologia orientada a controles automotivos 15

17 1/2" = meia polegada; 1/4" = um quarto de polegada; 1/8" = um oitavo de polegada; 1/16" = um dezesseis avos de polegada; 1/32" = um trinta e dois avos de polegadas; 1/64" = um sessenta e quatro avos de polegadas; 1/128" = um cento e vinte oito avos de polegadas. Lembrando que os numeradores das frações devem ser números ímpares: 1/2", 3/4", 5/8", 15/16"... Quando o numerador for par, deve-se realizar a simplificação da fração: 6/8" : 2/2 3/4" 8/64" : 8/8 1/8" Importante Todas as vezes que uma medida estiver em uma unidade diferente daquela usada pelos equipamentos, é necessário convertê-la, ou seja, é preciso mudar a sua unidade de medida para adequá-la à sua realidade. Para converter polegada fracionária em milímetro, deve-se multiplicar o valor em polegada fracionária por 25,4, conforme mostrado nos exemplos abaixo. a) 2 = 2 x 25,4 = 50,8 mm. b) 4 = 4 x 25,4 = 101,6 mm. c) 3/8" = (3x 25,4)/8 = 76,2/8 = 9,525 mm. Para realizar a conversão de milímetros em polegada ordinária, é preciso multiplicar o valor em milímetro por 5,04 esse valor foi obtido pela relação 128/25,4, que é igual 5,04, conservando 128 como denominador sempre. Veja, abaixo, um exemplo. (12,7 x 5,04)/128 = (64,008")/128 arredondando: 64"/128, simplificando: 1/2" No entanto a divisão de polegada em submúltiplos de 1/2", 1/4",... 1/128", no lugar de facilitar, acaba complicando os cálculos na indústria. Por esse motivo, foi criada a divisão da polegada, que subdivide a unidade em milésimo e décimos de milésimos. Vejamos um exemplo: 1) 1,003 = 1 polegada e 3 milésimos; 2) = 1 polegada e décimos de milésimos; 3) 725 = 725 milésimos de polegada. Vamos medir o conhecimento? Mostre que você aprendeu a converter polegadas para milímetro. Quais das opções abaixo apresenta a correta conversão de 27/64"? 16 NT Editora

18 a) 20,075 mm. b) 13,080 mm. c) 10,716 mm. d) 19,050 mm. Comentário: se você marcou a letra c, parabéns! Lembre-se: sempre que uma medida estiver em uma unidade diferente daquela usada pelos equipamentos, deve-se convertê-la (ou seja, mudar a unidade de medida). Para converter polegada fracionária em milímetro, deve-se multiplicar o valor em polegada fracionária por 25,4. Dessa forma, o resultado correto da conversão é 10,716 mm. Sistema Internacional de Unidades Falamos bastante, até o momento, sobre o sistema inglês e sobre o sistema métrico, que estabelecem seus próprios padrões de medição. Todavia existe um sistema de unidades mais amplo que é utilizado mundialmente. O Sistema Internacional de Unidades (SI) é a forma moderna do sistema métrico, é o sistema de unidades e medidas oficial utilizado no Brasil, sendo responsabilidade do Inmetro (Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia) o papel de agente disseminador da cultura metrológica no Brasil. Saiba mais Atualmente, o (SI) é o sistema mais utilizado no mundo, em todos os ramos das atividades humanas. Ele foi criado em 1960, para substituir o antigo sistema metro-quilograma-segundo, e sua criação ocorreu devido à carência de um sistema funcional mundialmente aceito. O SI não é inerte, pois podem ocorrer modificações no decorrer do tempo à medida que a tecnologia de medição evolui e a precisão das medições se intensifica. Esse sistema de medida possui sete unidades de base, que são consideradas independentes do ponto de vista dimensional e utilizadas para medir as principais grandezas. As unidades de medida são: metro, massa, tempo, intensidade de corrente elétrica, temperatura termodinâmica, quantidade de matéria e intensidade luminosa. As demais unidades são obtidas a partir da combinação dessas sete unidades de base. A unidade que mede a velocidade, por exemplo, é o metro por segundo (m/s), a área é medida com o metro quadrado (m²), e o volume é medido em metros cúbicos (m³). A tabela abaixo mostra as sete unidades de base com suas respectivas unidades e símbolos. Unidades de base do SI Grandeza Unidade de base Símbolo Comprimento metro m Massa quilograma kg Tempo segundo s Metrologia orientada a controles automotivos 17

19 Intensidade de corrente elétrica ampere a Temperatura termodinâmica kelvin k Quantidade de matéria mol mol Intensidade luminosa candela cd A altura de uma pessoa, por exemplo, é medida em metros, e sua massa corporal é medida em quilogramas. O Sistema Internacional de Medidas determina um conjunto de regras a respeito da grafia das unidades e dos prefixos que devem ser utilizados em conjunto com as unidades do SI. Veja, a seguir, a nomenclatura baseada no Sistema Internacional de Unidades (INMETRO, 2012, p. 9). Regras de grafia e prefixos das unidades do SI Prefixo SI + Unidade SI Nova grafia pela regra do SI Grafia atual Símbolo centi + metro centimetro centímetro cm deca + metro decametro decâmetro dam deci + metro decimetro decímetro dm exa+ metro exametro exâmetro em giga + metro gigametro gigâmetro gm hecto + metro hectometro hectômetro hm kilo + metro kilometro quilômetro km micro + metro micrometro micrômetro μm mili + metro milimetro milímetro mm mili + radiano miliradiano milirradiano mrad mili + segundo milisegundo milissegundo ms nano + metro nanometro nanômetro nm 18 NT Editora

20 Para finalizar o assunto a respeito do SI, devemos ressaltar a sua importância e o quanto esse sistema facilitou relações de medições e unidades de medidas, uma vez que trouxe: clareza de entendimentos internacionais (técnica, científica); facilitação em transações comerciais; garantia de coerência ao longo dos anos; coerência entre unidades e simplificações em equações. Saiba mais Uma curiosidade sobre esse sistema é que ele apresenta algumas exceções. Por exemplo, o termo tonelada deve ser utilizado ao invés de megagrama, pois a abreviação dessa unidade seria Mg, o que se confundiria com a do elemento magnésio, que também é Mg. Vamos medir o conhecimento? Qual a unidade de base das seguintes grandezas: massa, quantidade de matéria, intensidade de corrente elétrica e comprimento? a) Kilograma, candela, mol e metro. b) Kilograma, ampere, mol e metro. c) Kilograma, kelvin, mol e metro. d) Kilograma, mol, ampere e metro. Comentário: se você optou pela opção d, você está correto. As unidades de massa, quantidade de matéria, intensidade de corrente elétrica e comprimento são, respectivamente, kilograma (kg), mol (mol), ampere (a) e metro (m). 1.3 Conceitos básicos e técnicas de medição Caro aluno, é de extrema importância você conhecer os conceitos básicos dentro da Metrologia. Neste tópico você também conhecerá técnicas de medição, sobre as quais você precisará saber quando estiver praticando alguma atividade metrológica. Durante todo este livro, você encontrará mais dicas de medições para um bom entendimento das lições a seguir, leia atentamente este tópico. Dica Existem instrumentos que podem realizar medições em diferentes unidades de medida. Quando você tiver a oportunidade de manusear um instrumento de medição, observe qual ou quais unidades ele possui. Metrologia orientada a controles automotivos 19

21 Unidade de medida: é uma medida (ou quantidade) específica de determinada grandeza física usada para servir de padrão para outras medidas. Medição: é o conjunto de operações que tem por objetivo determinar experimentalmente o valor de uma grandeza. O produto da medição, geralmente numérico, é um valor observado, medido, lido, etc. Mensurado: objeto da medição; grandeza específica submetida à medição. Grandeza: é tudo aquilo que pode ser medido; atributo físico de um corpo que pode ser qualitativamente distinguido e quantitativamente determinado. Valor medido: valor de uma grandeza que representa um resultado de medição. Valor verdadeiro: valor de uma grandeza consistente com a definição da grandeza. Valor convencional: valor de uma grandeza atribuído por convenção para um dado fim. Medição direta: consiste em avaliar a grandeza por medir, por comparação direta com instrumentos, aparelhos e máquinas de medir. Esse método é, por exemplo, empregado na confecção de peças protótipos, isto é, peças originais utilizadas como referência, ou, ainda, quando o número de peças por executar for relativamente pequeno. Medição indireta por comparação: medir por comparação é determinar a grandeza de uma peça com relação a outra de padrão ou dimensão aproximada. Precisão e exatidão: são parâmetros qualitativos associados ao desempenho de um sistema. Um sistema com ótima precisão repete bem, com pequena dispersão; já um sistema com excelente exatidão praticamente não apresenta erros. Padrão: é a materialização da unidade, influênciada por condições físicas específicas. Instrumento de medição: dispositivo usado para realizar medições, isolado ou em conjunto com dispositivos complementares. Técnicas de medição Medição é um procedimento simples, porém necessita de muita atenção e preparo por parte de quem o executa. Existem normas gerais de medição, que servem para orientar e treinar as pessoas que trabalham com esse tipo de atividade. No primeiro momento, o ato de tirar uma medida aparenta ser trivial: é comum pensarmos que basta colocar o instrumento de medição sobre o objeto ou grandeza que se quer medir. Porém existem certas exigências e normas gerais que guiam o trabalho de medição. São elas: tranquilidade na hora das medições; limpeza o lugar de medição, assim como todos os componentes presentes no processo, precisam estar limpos, para que as impurezas não interfiram no resultado final das medidas; paciência, pois a pressa aumenta a possibilidade de ocorrerem equívocos; posição certa na hora das aferições; instrumento adequado; manuseio correto do instrumento; domínio sobre o instrumento; sensibilidade; senso de responsabilidade. 20 NT Editora

22 Importante Por melhores que sejam os instrumentos de medição, eles estão sujeitos a erros. Portanto não existe instrumento de medição perfeito, infalível. Na verdade, nada é perfeito no nosso mundo material. Em razão disso, a medição de uma grandeza nunca revela o seu valor exato, mas sempre um valor aproximado. Este é o lado difícil da medição: conviver com as incertezas trazidas pelas imperfeições dos instrumentos de medição, operadores, etc. A Metrologia, como a ciência das medições, é responsável por estabelecer os caminhos para minimizar as incertezas e para a obtenção de informações confiáveis na presença dos erros de medição. Os caminhos da Metrologia são perfeitamente lógicos e estão ao nosso alcance. Para evitar ao máximo que erros aconteçam, é importante tomarmos os seguintes cuidados: para a aferição de peças que necessitam de uma medição de alta precisão, necessitamos de instrumentos de baixa incerteza, de um ambiente bem controlado e do uso de procedimentos bem criteriosos, visando elevar o índice de acerto ao máximo; para a medição de peças mais rudimentares, podemos utilizar instrumentos com maior incerteza, ambientes menos controlados e procedimentos de medição mais simplórios, porém a atenção e o cuidado devem ser os mesmos. Importante É dever de todos os profissionais zelar pelo bom estado dos instrumentos de medição, mantendo-se por maior tempo sua precisão e qualidade. Vamos medir o conhecimento? O que você entende por medição direta? a) Medição direta é o tipo de medição menos utilizado atualmente. b) Medição direta é a medida realizada a distância. c) Medição direta é a medida realizada por comparação, ou seja, é determinar a grandeza de uma peça com relação a outra de padrão ou dimensão aproximada. d) Medição direta consiste em avaliar a grandeza por medir, por comparação direta com instrumentos, aparelhos e máquinas de medir. Comentário: se você optou pela resposta d, você está correto. A medição direta consiste em avaliar a grandeza por medir, por comparação direta com instrumentos, aparelhos e máquinas de medir. Esse método é, por exemplo, empregado na confecção de peças protótipos, isto é, peças originais utilizadas como referência, ou, ainda, quando o número de peças por executar for relativamente pequeno. Metrologia orientada a controles automotivos 21

23 Características metrológicas dos instrumentos Do mesmo jeito que os carros dispõem de uma série de particularidades funcionais como potência, espaço interno, tamanho do porta-malas e detalhes que o consumidor leva em conta no momento da compra, objetivando atender às suas necessidades, os instrumentos metrológicos também devem possuir uma série de características que definam sua utilização. Devemos sempre levar em conta, além de outros fatores, as características dimensionais das peças a serem mensuradas e a precisão exigida. É de extrema importância para um profissional da área o conhecimento das características metrológicas mais fundamentais, pois isso permite selecionar com maior exatidão o instrumento adequado para a medição. Na sequência, iremos conhecer as principais características metrológicas. a) Faixa de medição Também denominada faixa de trabalho, a faixa de medição é a faixa de valores determinada pelo fabricante do instrumento, em que são delimitados os valores mínimos e máximos de medição. Assim, podemos utilizá-los de acordo as exigências de cada situação. Existem algumas raras situações em que é possível operar o instrumento fora da sua faixa de medição, porém, fazendo isso, não é possível garantir a exatidão das medidas. Exemplo de faixa de medição: em um relógio apalpador, a faixa de medição é de 50 μm a + 50 μm. b) Resolução A resolução de um instrumento de medição é a menor variação da grandeza medida, ou seja, a menor medida que pode ser efetuada no instrumento. A avaliação da resolução é executada em função do tipo de instrumento: em instrumentos com mostrador digital, a resolução é dada pela menor variação de seu último dígito; em instrumentos com mostrador analógico, a resolução é dada em função das limitações do executor da leitura, da qualidade do indicador e da própria necessidade (o fato de ser muito ou pouco criteriosa). Importante Instrumentos com baixa resolução não têm uma boa precisão de leitura. 22 NT Editora

24 c) Condições estipulada de funcionamento São as condições de funcionamento que devem ser cumpridas durante uma medição para que um instrumento ou sistema de medição funcione como projetado. Elas especificam os intervalos de valores para a grandeza medida e para as grandezas de influência. d) Incerteza de medição A incerteza de um sistema de medição exprime a faixa que fatalmente contém o erro máximo que o sistema poderá impor à medida, considerando toda sua faixa de medição. Por exemplo, uma incerteza igual a ± 0,1 % (de 150 mm, o fundo de escala de um instrumento) corresponderia a ± 0,15 mm. Saiba mais A incerteza é uma questão que afeta também outras ciências além da metrologia, uma vez que existem muitas áreas que necessitam da precisão de resultados. e) Condições limite de funcionamento Condição extrema de funcionamento em que um instrumento de medição ou sistema de medição deve suportar sem danos e sem degradação das suas propriedades metrológicas especificadas quando, subsequentemente, é operado nas suas condições estipuladas de funcionamento. Essa condição pode diferir para armazenamento, transporte e funcionamento. f) Estabilidade A estabilidade é a aptidão de um instrumento de medição em conservar constantes suas características metrológicas ao longo do tempo. A estabilidade pode ser quantificada de várias maneiras, por exemplo, pelo tempo em que a característica metrológica varia de um valor determinado, ou em termos de variação de uma característica em um determinado período de tempo. g) Discrição Caracteriza a aptidão de um instrumento de medição em não alterar o valor do mensurado. Por exemplo, uma balança é um instrumento discreto para medição de massas, pois o sistema de medição não altera o valor da massa. Já um termômetro de resistência, que aquece o meio ambiente no qual a temperatura está sob medição, não é discreto. Erros de medição O erro de medição está presente cada vez que a indicação do sistema de medição não coincide com o valor verdadeiro do mensurando. Existem vários tipos de erros de medição, entre os quais podemos destacar: erro sistemático: é a parcela previsível do erro; erro aleatório: é a parcela imprevisível do erro. Nesse caso, normalmente um agente faz com que repetições levem a resultados diferentes; erro grosseiro: o erro grosseiro é, geralmente, decorrente de mau uso ou mau funcionamento do instrumento. Pode, por exemplo, ocorrer em função de leitura errada, escolha de instrumento indevido etc. A maioria dos erros desse tipo tem origem no próprio sistema de medição. Alguns deles são internos ao próprio sistema, enquanto outros decorrem da ação do tempo, do meio ambiente ou do Metrologia orientada a controles automotivos 23

25 operador sobre o sistema de medição. Observe o esquema a seguir, o qual mostra os causadores de erros de medição na metrologia dimensional. Vejamos agora mais detalhes sobre cada um deles. a) Operador O operador comete erros ao estabelecer métodos de medição incorretos, o que acaba acarretando erros de leitura. Por esse motivo, o manuseio correto do instrumento de medição e a escolha do método de trabalho indicados são fundamentais para que o operador realize sua função corretamente. Para isso, a pessoa que opera o instrumento deve, obrigatoriamente, estar treinada e capacitada para utilizá-lo. b) Ambiente As influências do ambiente em que a medição será realizada também podem provocar erros. As peças e os instrumentos variam as suas dimensões conforme a temperatura, sendo 20 ºC o índice base para um bom funcionamento. Devido a isso, quando a faixa de temperatura não está no valor ideal, é necessário saber o quanto esse fator irá comprometer o resultado da medição. Como o ambiente deve ser compatível com a exatidão pretendida, quanto maior for a exatidão exigida, mais controlado ele deve ser. 24 NT Editora

26 c) Instrumento Como dito anteriormente, os instrumentos de medição, por melhores que sejam, não são perfeitos. Eles possuem imperfeições que se intensificam com o tempo e a frequência de uso, provocando erros. Dessa forma, é importante realizar ensaios periódicos nos instrumentos e avaliar se esse erro está dentro dos limites admissíveis. Utilizando um instrumento sem saber a sua exatidão, corre-se o risco de cometer erros e causar problemas de qualidade em produtos e serviços. d) Peça a medir Há certos casos em que, mesmo tendo esses três fatores em excelência (operador treinado, ambiente controlado e instrumento certo e calibrado), ainda existe o risco de cometer erros de medição. Isso, normalmente, ocorre quando a grandeza a ser medida está variando o tempo todo. Importante Cada local de uma peça da qual se extrai a medida pode indicar um valor diferente. Isso ocorre devido ao fato de as peças mecânicas não serem uniformemente iguais, possuindo falhas de forma e ocasionando, assim, erros em sua medição. Como visto acima, fica claro que os erros de medição são provocados por vários motivos e fazem com que nunca se consiga saber o valor exato do que se está medindo. Por isso, existe sempre uma margem de erro, para mais e para menos, em relação ao valor medido. Como já visto, qualquer medição apresenta a sua margem de erro, chamada de incerteza, e, em várias situações, essa incerteza pode ser tão grande que não podemos reconhecer se a peça está boa ou ruim. Para efetuar uma medição com o nível mínimo de erros, é necessário: um sistema de medição com margem de erro pequena; um ambiente controlado e perfeitamente estável; um operador especializado; uma grandeza física com valor estável. O problema é que nenhuma dessas quatro condições costuma acontecer isoladamente, muito menos simultaneamente. A essa altura já deve estar bem claro para você que não existe sistema de medição perfeito certo? Mas, apesar de os erros de medição serem inevitáveis, eles são esperados e não impedem que possamos confiar nos resultados obtidos. A ciência das medições não nega a existência do erro, no entanto ela nos auxilia para caminhos que nos possibilitam minimizá-lo ao máximo e obter informações confiáveis. Buscando um alto índice de exatidão, é recomendável: prevenir os instrumentos de medição de choques, quedas, arranhões e oxidação; evitar misturar instrumentos; evitar cargas intensas no uso e medir provocando atrito entre a peça e o instrumento; evitar medir peças cuja temperatura esteja fora do valor ideal; evitar medir peças sem importância com instrumentos caros. Em contrapartida, é recomendável: apoiar os instrumento sempre em proteção de madeira, borracha ou feltro; deixar a peça adquirir a temperatura ambiente, antes de começar o processo de medição. Metrologia orientada a controles automotivos 25

27 Vamos medir o conhecimento? Sobre os diversos fatores que podem ocasionar erros de medição, marque a alternativa incorreta. a) Tanto os instrumentos de medição quanto as peças a serem medidas podem ter as dimensões alteradas por influência da temperatura. b) O operador comete erros quando estabelece métodos de medição incorretos, e a escolha do método errado acaba ocasionando erro na leitura. c) Um instrumento de medição, apesar de não ter a precisão perfeita, fica mais confiável com a frequência de uso, pois a utilização frequente o torna mais maleável e adaptável. d) Existem casos em que a grandeza a ser medida está variando o tempo todo. Esse fator proporciona erros de medição, mesmo com um instrumento bem calibrado. Comentário: se você escolheu a alternativa c, você está correto! Um instrumento de medição nunca é cem por cento preciso e, com o passar do tempo e com a frequência de uso, o equipamento se desgasta, e a margem de erro tende a aumentar. Resumindo Chegamos ao fim da primeira lição do curso Metrologia Orientada a Controles Automotivos (MOC). Nesta lição, você aprendeu sobre a história da Metrologia, conheceu os sistemas de unidades mais utilizados e aprendeu conceitos básicos de suma importância para entender os conteúdos que serão estudados posteriormente. Espero que você tenha aprendido bastante! Veja se você se sente apto a: relatar a história da Metrologia; explicar os sistemas de unidades.; realizar a conversão unidades de medidas; executar conceitos básicos e técnicas de medições. 26 NT Editora

28 Exercícios Questão 1 Sobre a importância da Metrologia, marque a alternativa correta. a) A Metrologia é uma ciência que auxilia e orienta medições de peças automobilísticas com o uso do sistema métrico. b) A Metrologia garante a qualidade no processo de fabricação e manutenção de peças na área da Mecânica, indicando os métodos de medição e os instrumentos apropriados para cada situação. c) A Metrologia, apesar de ter grande utilidade durante as atividades de medição na área da Mecânica, não garante a intercambialidade das peças. d) A Metrologia é uma ciência que trabalha exclusivamente com a unidade metro, precisando ser adaptada para a área da Mecânica. Parabéns, você finalizou esta lição! Agora responda às questões ao lado. Questão 2 Na história da Metrologia, diversas unidades de medida foram criadas com base em critérios diferentes. Sabendo disso, as primeiras unidades de medida foram criadas a partir de: a) objetos da natureza. b) partes do corpo humano. c) partes do corpo de animais. d) objetos populares. Questão 3 Analise as opções abaixo e marque aquela que lista corretamente as primeiras unidades de medidas criadas. a) Polegada, palmo, pé, jarda, braça e passo. b) Polegada, metro, pé e jarda. c) Polegada, metro, quilograma, pé e jarda. d) Polegada, palmo, pé, jarda e milímetro. Questão 4 Qual é o padrão de medida utilizado no sistema inglês? a) Metro. b) Cúbito. c) Toesa. d) Jarda. Questão 5 Os egípcios utilizavam a unidade de medida denominada cúbito, que ia do cotovelo à ponta do dedo médio. No entanto o resultado era confuso. Qual o motivo da confusão de resultado? a) Era uma medida de difícil aplicação prática. b) A medida variava de pessoa para pessoa. c) A medida padrão, baseada no corpo do faraó, não foi aceita popularmente. d) Nem todas as pessoas conseguiam utilizar o braço para realizar medições. Metrologia orientada a controles automotivos 27

29 Questão 6 Qual das alternativas abaixo não é uma unidade de medida criada com base no corpo humano? a) Jarda. b) Cúbito. c) Toesa. d) Pé. Questão 7 A respeito do INMETRO, marque a alternativa correta. a) É órgão responsável pela normatização do padrão métrico brasileiro, baseado na velocidade da luz. b) É um órgão internacional responsável pela criação e padronização do sistema métrico. c) Foi o órgão responsável pela criação de um sistema internacional padrão de unidades. d) É um órgão nacional responsável apenas pelas unidades de medida utilizadas na área da Mecânica. Questão 8 Uma polegada, um pé e uma jarda equivalem, respectivamente, a: a) 26 mm, 32,48 cm e 90 cm. b) 25,4 mm, 31 cm e 92 cm. c) 25,4 mm, 30,48 cm e 91,44 cm. d) 26 mm, 32,03 cm e 92,77 cm. Questão 9 Dentre todos os sistemas de medidas existentes, qual deles é utilizado no Brasil? a) Sistema inglês. b) Sistema brasileiro. c) Sistema Internacional de Unidades. d) Sistema de medições. Questão 10 Em um dado momento da história da Metrologia, dois astrônomos franceses realizaram uma medição que foi denominada metro dos arquivos, que consistia: a) no valor do primeiro metro estabelecido. b) em uma barra que media o comprimento da unidade padrão metro. c) em uma antiga unidade de medida de comprimento. d) em uma grandeza física usada para servir de padrão para outras medidas. 28 NT Editora