ANEXO XIV. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE Ficha de Expectativa de Resposta da Prova Escrita (Magistério EBTT)

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1 ANEXO XIV UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE Ficha de Expectativa de Resposta da Prova Escrita (Magistério EBTT) Departamento Acadêmico, Unidade Acadêmica Especializada, Unidade de Ensino ou Colégio de Aplicação Departamento de Engenharia Mecânica Área: Metrologia CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO PARA TODAS AS QUESTÕES Clareza e propriedade no uso da linguagem; Coerência e coesão textual, com uso correto da Língua Portuguesa; Domínio dos conteúdos, evidenciando a compreensão dos temas objeto da prova; Domínio e precisão no uso de conceitos; Coerência no desenvolvimento das ideias e capacidade argumentativa. Questão 01: Disserte sobre o significado dos termos exatidão de medição, precisão de medição, incerteza de medição, calibração de um sistema de medição e rastreabilidade metrológica de acordo com a 1º edição luso-brasileira do VIM 2012 (JCGM 200:2012). (Valor 0,00 a 2,00 pts). - exatidão de medição: Grau de concordância entre um valor medido e um valor verdadeiro dum mensurando. A exatidão de medição não é uma grandeza e não lhe é atribuído um valor numérico. Uma medição é dita mais exata quando fornece um erro de medição menor. O termo exatidão de medição não deve ser utilizado no lugar de veracidade de medição, assim como o termo precisão de medição não deve ser utilizado para expressar exatidão de medição, o qual, contudo, está relacionado a ambos os conceitos. A exatidão de medição é algumas vezes entendida como o grau de concordância entre valores medidos que são atribuídos ao mensurando. - precisão de medição: Grau de concordância entre indicações ou valores medidos, obtidos por medições repetidas, no mesmo objeto ou em objetos similares, sob condições especificadas. A precisão de medição é geralmente expressa numericamente por características como o desvio-padrão, a variância ou o coeficiente de variação, sob condições especificadas de medição. As condições especificadas podem ser, por exemplo, condições de repetibilidade, condições de precisão intermediária ou condições de reprodutibilidade. A precisão de medição é utilizada para definir a repetibilidade de medição, a precisão intermediária de medição e a reprodutibilidade de medição. O termo precisão de medição é algumas vezes utilizado, erroneamente, para designar a exatidão de medição. - incerteza de medição: Parâmetro não negativo que caracteriza a dispersão dos valores atribuídos a um mensurando, com base nas informações utilizadas. A incerteza de medição inclui componentes provenientes de efeitos sistemáticos, tais como componentes associadas a correções e a valores atribuídos a padrões, assim como a incerteza definicional. Algumas vezes, não são corrigidos efeitos sistemáticos estimados, mas, em vez disso, são incorporadas componentes de incerteza de medição associadas. O parâmetro pode ser, por exemplo, um desvio-padrão denominado incerteza padrão (ou um de seus múltiplos) ou a metade da amplitude dum intervalo tendo uma probabilidade de abrangência determinada. A incerteza de medição geralmente engloba muitas componentes. Algumas delas podem ser estimadas por uma avaliação do Tipo A da incerteza de medição, a partir da distribuição estatística dos valores provenientes de séries de medições e podem ser caracterizadas por desvios padrão. As outras componentes, as quais podem ser estimadas por uma avaliação do Tipo B da incerteza de medição, podem também ser caracterizadas por desvios-padrão estimados a partir de funções de densidade de probabilidade baseadas na experiência ou em outras informações. Geralmente para um dado conjunto de informações, subentende-se que a incerteza de medição está associada a um determinado valor atribuído ao mensurando. Uma modificação deste valor resulta numa modificação da incerteza associada.

2 - Calibração de um sistema de medição, segundo VIM (2012, 2.39): operação que estabelece, sob condições especificadas, numa primeira etapa, uma relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidas por padrões e as indicações correspondentes com as incertezas associadas; numa segunda etapa, utiliza esta informação para estabelecer uma relação visando a obtenção de um resultado de medição a partir de uma indicação. - Rastreabilidade metrológica, segundo VIM (2012, 2.41): propriedade de um resultado de medição pela qual tal resultado pode ser relacionado a uma referência através de uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza de medição. Questão 02: Disserte sobre o significado do termo Sistema de Medição (VIM 2012, 3.2) e seus elementos funcionais usuais com um exemplo para termômetro de líquido em vidro (TLV) e um manômetro analógico tipo Bourdon. (Valor 0,00 a 1,00 pts). Sistema de medição (VIM ): Conjunto dum ou mais instrumentos de medição e frequentemente outros dispositivos, compreendendo, se necessário, reagentes e insumos, montado e adaptado para fornecer informações destinadas à obtenção dos valores medidos, dentro de intervalos especificados para grandezas de naturezas especificadas. NOTA Um sistema de medição pode consistir em apenas um instrumento de medição.em termos genéricos, um Sistema de Medição (SM) pode ser dividido em três módulos funcionais: o sensor/transdutor, a unidade de tratamento do sinal e o dispositivo mostrador. Cada módulo pode constituir uma unidade independente ou pode estar fisicamente integrada ao SM. O transdutor é o módulo do Sistema de Medição que está em contato com o mensurando. Gera um sinal proporcional (mecânico, pneumático, elétrico ou outro) ao mensurando segundo uma função bem definida, normalmente linear, baseada em um ou mais fenômenos físicos. Em termos gerais, um transdutor transforma um efeito físico noutro. Quando o transdutor é composto de vários módulos, várias transformações de efeitos podem estar presentes. O primeiro módulo do transdutor, aquele que entra em contato diretamente com o mensurando, é também denominado de sensor. A rigor, o sensor é uma parte do transdutor. O sinal gerado pelo sensor/transdutor normalmente é um sinal de baixa energia, difícil de ser diretamente indicado. A unidade de tratamento do sinal (UTS), além da amplificação da potência do sinal, pode assumir funções de filtragem, compensação, integração, processamento, etc. É às vezes chamada de condicionador de sinais. Este módulo pode não estar presente em alguns SM mais simples. O dispositivo mostrador recebe o sinal tratado (amplificado, filtrado, etc) e através de recursos mecânicos, eletro-mecânicos, eletrônicos ou outro qualquer, transforma-o em um número inteligível ao usuário, isto é, produz uma indicação direta perceptível. Este módulo subentende também dispositivos registradores, responsáveis pela descrição analógica ou digital do sinal ao longo do tempo ou em função de outra grandeza independente. Termômetro de líquido em vidro (TLV)A temperatura a medir é absorvida pelo fluído no interior do bulbo que é o transdutor deste sistema, e sofre variação volumétrica. Esta variação é praticamente imperceptível a olho nu. O tubo capilar do termômetro tem por finalidade amplificar este sinal, transformando a variação volumétrica deste fluído em grande variação da coluna do fluído, o que caracteriza a UTS deste sistema. O mostrador é formado pela coluna do líquido contra a escala. Manômetro analógico tipo Bourdon. O fluido entra no interior do tubo de bourdon que neste caso é o sensor/transdutor. O sinal gerado é amplificado através de um conjunto de braço de alavanca e engrenagem-pinhão. O sinal de saída convertido em um movimento angular de um ponteiro sobre uma escala é o mostrador.

3 Questão 03: Descreva as etapas a serem seguidas na avaliação e expressão da incerteza do resultado de uma medição, de acordo com o Guia para a expressão de incerteza de medição GUM (Valor 0,00 a 1,00 pts). 1) Expresse, matematicamente, a relação entre o mensurando Y e as grandezas de entrada Xi das quais Y dependem: Y = f(x1, X2,..., XN). A função f deve conter todas as grandezas, incluindo todas as correções e fatores de correção, que possam contribuir com um componente significativo de incerteza para o resultado da medição. 2) Determine xi, o valor estimado da grandeza de entrada Xi, seja com base em análise estatística de uma série de observações, seja por outros meios. 3) Avalie a incerteza-padrão u(xi) de cada estimativa de entrada xi. Para uma estimativa de entrada obtida através de análise estatística de uma série de observações, a incerteza padrão é avaliada como Tipo A. Para uma estimativa de entrada obtida por outros meios, a incertezapadrão u(xi) é avaliada como Tipo B. 4) Avalie as covariâncias associadas com quaisquer estimativas de entrada que sejam correlacionadas. 5) Calcule o resultado da medição, isto é, a estimativa y do mensurando Y, a partir da relação funcional f, utilizando para as grandezas de entrada Xi as estimativas xi obtidas na etapa 2. 6) Determine a incerteza-padrão combinada uc(y) do resultado da medição y a partir das incertezas padrão e covariâncias associadas com as estimativas de entrada. Se a medição determina, simultaneamente, mais de uma grandeza de saída, calcule suas covariâncias. 7) Se for necessário fornecer uma incerteza expandida U, cujo propósito é prover um intervalo y - U a y + U com o qual se espera abranger uma extensa fração da distribuição de valores que podem razoavelmente ser atribuídos ao mensurando Y, multiplique a incerteza-padrão combinada uc(y) por um fator de abrangência k, tipicamente na faixa de 2 a 3, para obter U = kuc(y). Selecione k com base no nível da confiança requerido para o intervalo. 8) Relate o resultado da medição y juntamente com sua incerteza-padrão uc(y) ou incerteza expandida U. Questão 04: À luz do Guia para avaliação de incerteza de medição (ISO GUM, 2008) disserte sobre a necessidade ou não da categorização do componente de incerteza em aleatório ou sistemático no cálculo da incerteza combinada de um resultado de medição. (Valor 0,00 a 2,00 pts). Não há necessidade de classificação dos componentes de incerteza como aleatórios ou sistemáticos. Como citado na Nota (página 21 do ISO GUM) um componente aleatório de incerteza em uma medição pode se tornar um componente sistemático de incerteza em outra medição na qual o resultado da primeira medição é usado como dado de entrada.um exemplo é a incerteza herdada do certificado de calibração do sistema de medição que neste caso será classificada como avaliada pelo método B. A classificação do método e não do componente como tipo A ou B pode ser útil na comunicação e discussão de ideias. Ver partes transcritas do ISO GUM 2008 para fundamentar a resposta.(iso GUM, 2008, página 21) A Recomendação INC-1 (1980) do Grupo de Trabalho sobre a Declaração de Incertezas agrupa os componentes de incerteza em duas categorias baseadas no seu método de avaliação, A e B (ver 0.7, e 2.3.3). Estas categorias se aplicam à incerteza e não são substitutas para os termos aleatório e sistemático. A incerteza de uma correção de um efeito sistemático conhecido pode, em alguns casos, ser obtida por uma avaliação do Tipo A, enquanto que, em outros casos, por uma avaliação do Tipo B, podendo-se obter, do mesmo modo, a incerteza que caracteriza um efeito aleatório. NOTA Em algumas publicações, os componentes de incerteza são classificados como aleatório e sistemático e são associados com erros provenientes de efeitos aleatórios e de efeitos sistemáticos conhecidos, respectivamente. Tal classificação de componentes de incerteza pode se tornar ambígua quando aplicada genericamente. Por exemplo, um componente aleatório de incerteza em uma medição pode se tornar um componente sistemático de incerteza em outra medição na qual o resultado da primeira medição é usado como dado de entrada. Classificando os métodos de avaliação para os componentes da incerteza, em vez de fazê-lo para os próprios componentes, evita -se tal ambiguidade. Ao mesmo tempo, isto não impede designar componentes individuais que tenham sido avaliados pelos dois diferentes métodos em grupos distintos, a serem usados para uma finalidade em particular (ver 3.4.3). (ISO GUM, 2008, página 72)

4 E.3.6 Existem três vantagens distintas em se adotar uma interpretação de probabilidade baseada no grau de credibilidade, no desvio-padrão (incerteza-padrão) e na lei de propagação de incertezas [Equação (E.3)] como bases para avaliação e expressão de incer teza de medição, como tem sido feito neste Guia: c) é desnecessário classificar componentes como aleatórios ou sistemáticos (ou de qualquer outro modo) quando da avaliação da incerteza, porque todos os componentes da incerteza são tratados da mesma maneira. O especificado em c) é altamente vantajoso porque tal categorização é frequentemente fonte de confusão; um componente de incerteza não é ou aleatório ou sistemático. Sua natureza é condicionada pela utilização feita da grandeza correspondente ou, mais formalmente, pelo contexto no qual a grandeza aparece no modelo matemático que descreve a medição. Assim, quando sua correspondente grandeza é usada em um contexto diferente, um componente aleatório pode se tornar um componente sistemático e vice versa.(iso GUM, 2008, página 72) E.3.7 Pelo motivo dado em c) acima, a Recomendação INC-1 (1980) não classifica os componentes de incerteza como aleatórios ou sistemáticos. Na realidade, no que se refere ao cálculo da incerteza padrão combinada de um resultado de medição, não há necessidade de classificar componentes de incerteza e, assim, nenhuma necessidade real de qualquer esquema de classificação. Contudo, uma vez que denominações convenientes podem, às vezes, ser úteis na comunicação e discussão de ideias, a Recomendação INC-1 (1980) fornece um esquema para a classificação de dois métodos distintos pelos quais os componentes da incerteza podem ser avaliados, A e B (ver 0.7, e 2.3.3). Questão 05: Estabeleça um roteiro genérico de calibração para sistemas de medição. (Valor 0,00 a 1,00 pts). Etapa 1- Definição dos objetivos: Deve-se definir claramente o destino das informações geradas. A calibração poderá ser realizada com diferentes níveis de abrangência dependendo do destino dos resultados. Por exemplo: Ø levantamento da curva de erros para futura correção: definidas as condições de operação, deve-se programar uma calibração com grande número de pontos demedição dentro da faixa de medição do Sistema de Medição a Calibrar, bem como, realizar grande número de ciclos para reduzir a incerteza nos valores da tendência ou da corr eção; Etapa 2 - Identificação do Sistema de Medição a Calibrar É fundamental um estudo aprofundado do Sistema de Medição a Calibrar: manuais, catálogos, normas e literatura complementar, visando: - identificar as características metrológicas e operacionais esperadas. Deve-se procurar identificar todas as características possíveis, seja do sistema como um todo, ou seja, dos módulos independentes; - conhecer o modo de operação do Sistema de Medição a Calibrar: na calibração é necessário que se utilize o sistema corretamente e para isso é necessário conhecer todas as recomendações dadas pelo fabricante. Operar o sistema apenas com base na tentativa pode levar a resultados desastrosos; - documentar o Sistema de Medição a Calibrar: a calibração será válida exclusivamente para o instrumento analisado, sendo, portanto necessário caracteriza -lo perfeitamente (número de fabricação, série, modelo, etc); Etapa 3 - Seleção do Sistema de Medição Padrão Com base nos dados levantados na etapa anterior, selecionar, dentre os disponíveis, o Sistema de Medição a Calibrar apropriado, considerando: - a incerteza do Sistema de Medição a Calibrar nas condições de calibração idealmente não deve ser superior a um décimo da incerteza esperada para o Sistema Medição a Calibrar. É importante observar que se estas estão expressas em termos percentuais, é necessário que ambas tenham o mesmo valor de referência, ou seja, efetuada as devidas compensações; - faixa de medição: o Sistema de Medição Padrão deve cobrir a faixa de medição do SMC. Vários Sistemas de Medição Padrão podem ser empregados se necessário; Etapa 4 - Preparação do Experimento Recomenda-se efetuar o planejamento minucioso do experimento de calibração e das operações complementares, com a finalidade de reduzir os tempos e custos envolvidos e de se evitar que medições tenham que ser repetidas porque um aspecto importante da calibração foi

5 negligenciado. Etapa 5 - Execução do Ensaio Deve seguir o roteiro fixado no procedimento de calibração. É importante verificar e registrar as condições de ensaio (ambientais, operacionais, etc). Qualquer anomalia constatada na execução dos trabalhos deve ser anotada no memorial de calibração. Estas informações podem ser úteis para identificar a provável causa de algum efeito inesperado que possa ocorrer. Etapa 6 - Processamento e Documentação dos Dados: Todos os cálculos realizados devem ser explicitados no memorial ou documento equivalente. A documentação dos dados e resultados de forma clara, seja como tabelas ou gráficos, é fundamental. A boa prática metrológica recomenda o uso de documentos e registros formais válidos. Etapa 7 - Análise dos Resultados A partir da curva de erros, e dos diversos valores calculados para a faixa de medição, determinam-se, quando for o caso, os parâmetros reduzidos correspondentes às características metrológicas e operacionais. Estes valores podem ser comparados às especificações do fabricante, usuário, normas, e dão lugar a um parecer final quando solicitado. Etapa 8 - Certificado de Calibração A partir do memorial ou registro, gera-se o Certificado de Calibração, que é o documento final que será fornecido ao requisitante, no qual constam as condições e os meios de calibração, bem como os resultados e os pareceres, quando for o caso. A norma NBR ISO 10012:2004 "Sistema de Gestão de Medição prevê que os resultados das calibrações devem ser registrados com detalhes suficientes de modo que a rastreabilidade de todas as medições efetuadas com o Sistema de Medição calibrado possam ser demonstradas, e qualquer medição possa ser reproduzida sob condições semelhantes às condições originais. A norma ISO/IEC 17025:05 Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração estabelece no requisito 5.10 Apresentação de resultados o conteúdo básico para certificados de calibração de modo a expressá-los relatados com exatidão, clareza, objetividade, sem ambiguidade e de acordo com quaisquer instruções específicas nos métodos de ensaio ou calibração. Questão 06: O paquímetro quadrimensional é um instrumento de medição de comprimento largamente utilizado na indústria. Disserte sobre um roteiro geral de calibração e as principais fontes de incertezas e as correções estimadas. (Valor 0,00 a 1,00 pts). A calibração de paquímetro segue a orientação da norma NBR NM 216 Paquímetros e paquímetros de profundidade - Características construtivas e requisitos metrológicos. A temperatura de referencia para medição linear é de (20± 1)ºC segundo a norma ISO 1.Para um paquímetro quadrimensional, as seguintes características são tipicamente avaliadas: - erro da escala utilizando as faces para medidas externas; - erro da escala utilizando as faces para medidas internas; - erro da escala utilizando a haste de medição para profundidade; - erro da escala utilizando a face para medição de ressaltos; - erro de paralelismo das faces de medição para externos; - erro de paralelismo das faces de medição para internos. Considerando que a calibração de paquímetro tipicamente é realizada com blocos padrão retangulares, um anel padrão para medição de internos, um desempeno e um termômetro, podese resumir nas seguintes etapas: a) Realizar a limpeza do instrumento e padrões utilizados. Aguardar um tempo para estabilização da temperatura; b) Verificar a condição de funcionamento do paquímetro e as condições ambientais; c) Registrar os dados do instrumento a ser calibrado e verificar a validade dos padrões utilizados; d) Selecionar os pontos de calibração de modo que se possa utilizar o vernier ou nônio. Registrar a temperatura e iniciar a calibração para medidas externas ao longo da faixa nominal. Usualmente são executadas 03 (três) séries de medições, variando (em cada série) a posição do bloco padrão na face do paquímetro. Com isto, pode-se avaliar o erro de paralelismo das faces para externos. e) Iniciar a calibração para medidas internas utilizando um anel padrão calibrado. Usualmente são executadas 03 (três) séries de medições, variando (em cada série) a posição do anel padrão na face do paquímetro. Com isto, pode-se avaliar o erro de paralelismo das faces para internos.

6 f) Para medição de ressaltos, apoiar o paquímetro no desempeno e fazer 03 (três) medições de um bloco padrão selecionado, utilizando-se a face de medição para ressaltos. g) Para medição com a haste de profundidade, apoiar o paquímetro no desempeno e fazer 03 (três) medições de um bloco padrão selecionado utilizando a haste para medição de profundidade. h) Anotar a temperatura final. As anotações não devem conter rasuras. Cuidados na calibração:as medições deverão ser efetuadas, sempre que possível, com a mesma força aplicada no cursor, tendo o cuidado de manter o plano do instrumento paralelo ao plano da face do operador; eliminando assim, o erro de paralaxe.evitar contato prolongado com o anel padrão/bloco padrão e com as faces de medição do paquímetro, pois o calor das mãos do operador acarreta em erros por diferença de temperatura, devido a este fato recomenda-se o uso de luvas para procedimentos. As principais fontes de incertezas são: - Incerteza herdada dos padrão(es) de calibração; - Resolução adotada do paquímetro a calibrar; - Incerteza padrão proveniente da dispersão das medidas; - Variação da temperatura em torno do valor médio medido. As principais correções são: - erros dos blocos padrão utilizados e do anel padrão; - expansão linear por conta do afastamento com relação a temperatura de referência. Questão 07: Basicamente existem dois métodos de calibração da grandeza pressão. A calibração direta e a calibração indireta de sistemas de medição de pressão. Descreva estes métodos exemplificando sua utilização na calibração de manômetros. (Valor 0,00 a 1,00 pts). No método direto através da máquina de peso morto. Esta máquina é um sistema que serve para proporcionar, numa câmara conveniente, uma pressão padrão calculável a partir da atuação de uma força conhecida sobre uma área também conhecida, de um pistão de uma balança hidráulica. A força é proporcionada por pesos padrões que podem ser estabelecidos com reduzidas incertezas e a área do pistão também pode ser estabelecida com reduzidas incertezas a partir das dimensões geométricas do mesmo. A pressão padrão então pode ser realizada com reduzidas incertezas. O manômetro a ser calibrado é montado na máquina de peso morto e sobre o prato do pistão da balança hidráulica colocando-se sucessivamente os pesos. Uma vez colocado determinado peso, atua-se a manivela até que o pistão, junto com o prato e peso, se levanta e começa a flutuar. Liga-se o motor que faz o conjunto girar eliminando o bloqueio por atrito. Neste momento, o valor do peso colocado, dividido por área do pistão oferece o valor dentro da câmara de pressão da máquina que é comparado com o valor lido no mostrador do manômetro a ser calibrado. No método indireto, gera-se em uma câmara de pressão, através de um sistema cilindropistão, determinada pressão que é medida pelo manômetro a calibrar e pelo manômetro padrão. Normalmente os sistemas de ensaio utilizam como fluido transmissor de pressão o óleo. Caso o manômetro seja apropriado somente para gases, deverá ser empregado um sistema que use gás como fluido intermediário. Questão 08: Quais os fatores internos e externos causadores de erros de medição? Exemplifique. (Valor 0,00 a 1,00 pts). a) Fatores internos ao sistema de medição Não há sistema de medição perfeito. Limitações tecnológicas e econômicas levam a construção de sistemas de medição não ideais. Há imp erfeições nas partes que as compõem, nas conexões, nos conjuntos, nos circuitos e nos demais módulos. O próprio princípio físico de operação do sistema de medição pode dar origem a erros de medição. Nos sistemas de medição mecânicos, erros de geometria nas partes e mecanismos são as principais fontes de erros internos. Nos sistemas elétricos, as conexões e propriedades dos componentes eletrônicos, assim como o desempenho dos circuitos, são as maiores fontes de erros internos. O próprio princípio de funciona mento do sistema de medição, ex. comportamento não linear de uma mola usada no sistema de medição. b) Fatores externos ao sistema de medição. O ambiente no qual o sistema de medição está inserido pode influenciar o seu comportamento. A presença de vibrações mecânicas e as variações de temperatura podem provocar erros de medição mecânicos. Já a presença de fortes campos eletromagnéticos, flutuações de tensão e variações na frequência da rede elétrica e da

7 temperatura são fatores que podem afetar o comportament o dos sistemas de medição elétricos. Variações da temperatura, umidade e pressão atmosférica podem induzir erros nos sistemas ópticos de medição com maior ou menor intensidade. c) Adicionalmente, tem-se a influencia do operador, pois os diferentes níveis de habilidade, a acuidade visual, a correta aplicação da técnica de medição e os cuidados do operador em efetuar a medição podem induzir, em maior ou menor grau, Eros de medição. Também, podem ocorrer erros devido à interação e retroação entre o sistema de medição e o mensurando. Assinatura dos Membros da Comissão 1 o membro (Presidente): 2 o membro: 3 o membro: