Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle

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Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle A disciplina de Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle, será dividida em 2 (duas) partes, sendo : Metrologia Aplicada (Dimensional); Instrumentação e Controle. 23/06/2013 2

Metrologia Aplicada e Instrumentação e Controle Conteúdo Programático 1. Importância da Metrologia; 2. Metrologia no dia-a-dia; 3. Sistema Internacional de Unidades; 4. Evolução dos Padrões de Medida; 5. Erros e Incertezas; 6. Instrumentos de Metrologia Dimensional; 7. Escalas, Trenas e Réguas; 8. Paquímetros; 9. Micrômetros; 10. Transferidores e goniômetros; 11. Conceitos Básicos de Instrumentação e Controle; 12. Medição de nível conceitos e componentes; 13. Medição de pressão conceitos e componentes; 14. Medição de fluxo/vazão conceitos e componentes; 15. Medição de temperatura conceitos e componentes; 16. Válvulas de controle e acessórios. 23/06/2013 3 3

Importância da Metrologia 23/06/2013 4 4

Metrologia A metrologia é a ciência da medição, e engloba todos os fenômenos, instrumentos e procedimentos envolvendo as medições e unidades de medida. Trata dos conceitos básicos, dos métodos, dos erros e sua propagação, das unidades e dos padrões envolvidos na quantificação de grandezas físicas. 23/06/2013 5 5

Metrologia no Desenvolvimento de Produtos Mercado Mercado Desejos Qualidade Beleza Custo... Tradução Especificações Projeto Mecânico Materiais Processos... 23/06/2013 6 6

Metrologia no Desenvolvimento de Produtos Especificações técnicas do produto Especificações técnicas dos componentes Consumo Potência Torque Velocidade Aceleração Carga máxima Durabilidade... Rigidez Resistência Dureza Tenacidade Dimensões Forma Rugosidade... Necessidades Especificações geométricas Intercambiabilidade Montagem Funcionalidade Confiabilidade Segurança Aparência 23/06/2013 7 7

Metrologia no Desenvolvimento de Produtos Dentre as especificações existe uma de fundamental importância para o processo de produção: a especificação geométrica Geometria Dimensões Tolerâncias dimensionais Acabamento Montagem Funcionalidade Segurança Estética 23/06/2013 8 8

Por que metrologia é importante? Metrologia é a ferramenta que atesta por meio de medição, a qualidade de um processo, através da conferência de padrões pré-estabelecidos (normas, códigos, especificações, etc). A medição é uma ação de COMUNICAÇÃO Industrial!!! Nós medimos para comunicar, corrigir e melhorar continuamente... 23/06/2013 9 9

Controle Dimensional e da Qualidade Desandador de macho Dado uma peça mecânica qualquer: um desandador de machos! 23/06/2013 10 10

Controle Dimensional e da Qualidade Vista explodida do desandador 23/06/2013 11 11

Controle Dimensional e da Qualidade Uma peça do desandador... Esta é a forma desejada! - FAÇA!!!! COMUNICAÇÃO FALHA 23/06/2013 12 12

Controle Dimensional e da Qualidade O corpo do desandador. A comunicação é mais completa e efetiva. Há forma e dimensão... Podemos fazer. Mas como VERIFICAR se as dimensões estão de acordo após a fabricação? 23/06/2013 13

Controle Dimensional e da Qualidade Na área de industrial, tudo o que é fabricado obedece a um PROJETO MECÂNICO 23/06/2013 14 14

Controle Dimensional e da Qualidade Especificação geométrica define as medidas ideais e os desvios admissíveis, quais denominamos de Tolerâncias Dimensionais. 23/06/2013 15 15

Controle Dimensional e da Qualidade Se vivêssemos em um mundo ideal, a fabricação seria perfeita!!! PROJETO PROCESSOS PERFEITOS PEÇAS EXATAS Mão de obra Método Máquina Medição Matéria-prima Meio Ambiente 23/06/2013 16 16

Controle Dimensional e da Qualidade No mundo real, não existe fabricação perfeita. PROJETO PROCESSO IMPERFEITO PEÇAS COM DIMENSÕES VARIADAS Mão de obra Método Máquina Medição Matéria-prima Meio Ambiente É necessário verificar se as geometrias das peças encontram-se dentro de desvios aceitáveis!!! 23/06/2013 17 17

Controle Dimensional e da Qualidade PROJETO PROCESSO CONTROLE DE QUALIDADE Informações Para Corrigir Processo Maus Produtos Eliminados 23/06/2013 18 18

Metrologia no Dia-a-dia 23/06/2013 19 19

Medições do dia a dia Potência da lâmpada Horário do despertador Comprimento da calça Tempo de cozimento Volume de leite Volume de combustível Temperatura da geladeira Velocidade do automóvel Pressão dos pneus Consumo de energia Dimensões das peças Rotação do motor Tamanho do peixe Quantidade de arroz 20 23/06/2013 20

Por quais motivos se MEDE? Monitorar... Observar passivamente grandezas, afim de acompanhar, avaliar um produto ou fase de um processo; Controlar... Observar de forma ativa, comparar e agir para manter dentro das especificações um determinado produto ou fase de um processo; Investigar... Descobrir o novo, explicar, formular, parametrizar criar parâmetros e/ou especificações técnicas. 23/06/2013 21 21

Por quais motivos se MEDE? MONITORAR 23/06/2013 22 22

Por quais motivos se MEDE? CONTROLAR Especificações xxxx ± xx yyyy ± yy zzz ± z Medir Comparar Agir 23/06/2013 23

Por quais motivos se MEDE? CONTROLAR 23/06/2013 24 24

Por quais motivos se MEDE? INVESTIGAR 23/06/2013 25 25

Áreas da Metrologia CIENTÍFICA INDUSTRIAL LEGAL 23/06/2013 26 26

Metrologia Científica Trata dos padrões de medição internacionais e nacionais, dos instrumentos laboratoriais e das pesquisas e metodologias científicas relacionadas ao mais alto nível de qualidade metrológica. Ela também é a responsável pela elaboração e edição de resoluções, portarias e legislação. INMETRO BIPM 23/06/2013 27 27

Metrologia Científica Exemplos: 23/06/2013 28 28

Metrologia Industrial Trata da aplicação da metrologia no controle dos processos produtivos (industriais) na garantia da qualidade dos produtos finais. Suas principais funções são: 23/06/2013 29 29

Metrologia Industrial Investigação e validação de princípios; Desenvolvimento e otimização do produtos; Conferência da qualidade de um produto frente ao projeto inicial; 23/06/2013 30 30

Metrologia Industrial Controle de processos e de produtos em produção seriada; Segurança operacional de processos; Redução de custos (retrabalhos, processos, etc). 23/06/2013 31 31

Metrologia Legal Trata da proteção ao consumidor em relação às unidades de medida, métodos e instrumentos de medição, de acordo com as exigências técnicas e legais obrigatórias. Ela faz valer a presença e adoção das resoluções, códigos e portarias elaboradas pela metrologia científica. 23/06/2013 32 32

Metrologia Legal 23/06/2013 33 33

Metrologia Legal 23/06/2013 34 34

Metrologia Mecânica 23/06/2013 35 35

O Sistema Internacional de Unidades e o Metro. 23/06/2013 36 36

O início da metrologia dimensional... 1.Desenvolvimento os primeiros núcleos de sociedade 2.Desenvolvimento da capacidade de contagem CCCXXIII = 126 IIIIIIIII IIIIIIIIIIII = 20 23/06/2013 37 37

O início da metrologia dimensional... 3. Desenvolvimento da capacidade de medir. 10 bv 1 bv = 1 barril de vinho 4. Desenvolvimento do comércio entre grupos vizinhos (aperfeiçoamento das unidades) Padronização do barril 23/06/2013 38 38

O início da metrologia dimensional... Evolução humana da contagem à medição... Contagem Medição X Grama (g): Unidade de medição bem definida, reconhecida e aceita por todos. 05 Bananas 1 kg de Bananas 23/06/2013 39 39

O início da metrologia dimensional... No princípio... As unidades de medida eram definidas de maneira arbitrária, variando de um país para outro, dificultando as transações comerciais e o intercâmbio científico entre eles. 3 pedras de banana Unidade não difundida e não aceita Padrões sem uniformidade e precisão 23/06/2013 40 40

O início da metrologia dimensional... As primeiras unidades de medidas de comprimento usadas pelo homem são 23/06/2013 41 41 antropométricas.

O início da metrologia dimensional... 1 côvado = aprox. 66 cm (ou média de 3 palmos) 1 cúbito = aprox. 52 cm (ou braço, do cotovelo a ponta do dedo) 23/06/2013 42 42

O início da metrologia dimensional... No Egito Cúbito-padrão Pedra Cúbito-padrão Madeira Cúbito-padrão Gravado nas Paredes 23/06/2013 43 43

O metro. Século XVII (1600...) A França padroniza a Toesa de Chatelêt: barra de ferro com dois ressaltos, que ficava fixada no muro denominado de grande Chatelet, próximo a Paris, para que cada cidadão pudesse controlar seus instrumentos de medida. = 6 pés Revolução Francesa (1789) A revolução Francesa derrubou (e decapitou) a monarquia. Ruptura com antigos padrões, inclusive os de medida. Liberdade, Igualdade e Fraternidade. Definições científicas para padrões dimensionais. 23/06/2013 44 44

O metro. Decreto da Assembléia Francesa dá origem ao Metro (m) L L 10.000.000 = 1 metro Platina 1799 1795 O metro seria igual a décima milionésima parte de ¼ do meridiano terrestre 23/06/2013 45 45

O metro. Por causa desta incerteza foi definido na época uma nova definição para o metro: O metro é a distância entre dois extremos da barra de platina depositada nos Arquivos da França apoiada nos pontos de mínima flexão na temperatura de 0 C. 23/06/2013 46 46

O metro. Por causa de inconvenientes no metro dos arquivos foi feita uma evolução... Seção transversal em prisma X Platina com adição de 10% de irídio; Dois traços em seu plano neutro 23/06/2013 47 47

O metro. Assim em 1889, surgiu a terceira definição do metro... O metro é a distância entre os eixos de dois traços principais marcados na superfície neutra do padrão internacional depositado no B.I.P.M. (Bureau Internacional des Poids et Mésures), na temperatura de 0oC e sob uma pressão atmosférica de 760 mmhg e apoiado sobre sues pontos de mínima flexão 23/06/2013 48 48

O metro. A quarta realização do metro (1960) 1 metro é igual a 1.650.763,73 comprimentos de onda, no vácuo, da radiação correspondente a transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo de criptônio 86. A quinta e última realização do metro (1983) Laser 1 metro O Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante 0,0000000033356 segundos. 23/06/2013 49 49

O metro. Então... O Metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante o intervalo de tempo igual a: 1 299.792.458 segundos 23/06/2013 50 50

O Sistema Internacional de Unidades 11ª Conferência Geral de Pesos e Medidas, realizada em 1960. Disponível em: http://www1.bipm.org/en/si/si_brochure/ 23/06/2013 51 51

O Sistema Internacional de Unidades As 7 unidades de base. 23/06/2013 52 52

Múltiplos e Submúltiplos do Metro. 23/06/2013 53 53

O Sistema Internacional de Unidades 1. As relações internacionais são extremamente facilitadas quando não é necessário converter unidades. 2. Tecnologicamente tornam-se possíveis produtos globalizados. Partes produzidas em diferentes países podem ser combinadas para formar um sistema complexo sem problemas de compatibilidade. 3. Evitam-se as incompatibilidades entre os sistemas de unidades: por exemplo, parafusos com roscas métricas e porcas definidas no sistema inglês não são compatíveis. 4. Devido à coerência com que as unidades do Sistema Internacional são definidas as equações que descrevem fenômenos físicos são grandemente simplificadas. 23/06/2013 54 54

Transformações de Medidas e Obtenção de Unidades 23/06/2013 55 55

Principais Unidades de Medidas Comprimento 23/06/2013 56 56

Principais Unidades de Medidas Área Volume 23/06/2013 57 57

Principais Unidades de Medidas Massa Tempo 23/06/2013 58 58

Principais Unidades de Medidas Força Pressão 23/06/2013 59 59

Principais Unidades de Medidas Temperatura Potência 23/06/2013 60 60

Fatores de Conversão COMPRIMENTO Sistema métrico: 1 m = 10 dcm = 100 cm = 1.000 mm (m mm) 1 mm = 0,1 cm = 0,01 dm = 0,001 m (mm m) Sistema imperial (americano/inglês): 1 pé (foot) = 12 polegadas (inches) 3 pés (feet) = 1 jarda (yard) 1 milha (statue mile) = 1.760 jardas (yards) 1 légua (league) = 3 milhas (miles) 23/06/2013 61 61

Fatores de Conversão COMPRIMENTO 1 m = 39,37 (polegadas) 1 (polegada) = 0,0254 m; 1 m = 3,28 (pés) 1 (pé) = 0,3048m; 1 m = 1,09 (jardas) 1 (jarda) = 0,9144m; 1 km = 0,62 milhas 1 milha = 1,609 km; 1 km = 0,21 léguas 1 légua = 4,827 km. 23/06/2013 62 62

Cálculo de Área ÁREA Área do Quadrado: Aq = a x a = (a²) Área do Retângulo: Ar = a x b = (a.b) Área do Triângulo: At = b x h 2 Área do Trapézio: Atz = (B+b) x h 2 Área do Círculo: Ac = r x r x π = π. r² Circunferência: Cf = r x 2 x π = (r x 6,2832) π (r² x 3,1416) 23/06/2013 63 63

Fatores de Conversão ÁREA 1 m² = 1.000 cm² 1m² = 1.000.000 mm² 1 m² = 1.550,0031 ² (polegadas quadradas) 1 m² = 10,7639 ² (pés quadrados) 1 km² = 1.000.000 m² 1 km² = 0,3863 milhas quadrados 1 ² (polegada quadrada) = 645,16 mm² = 6,4516 cm² 1 ² (pé quadrado) = 144 ² (polegadas quadradas) = 0,09290304 m² 1 milha quadrada = 2,589 km² 23/06/2013 64 64

Cálculo de Volume VOLUME Volume do Cubo: Vcb = Abase x h; Volume do Cilindro: Vcil = Abase x h; Volume do Prisma: Vpr = Abase x h; Volume da Pirâmide: Api = 1/3 (Ab x h); Volume do Cone: Vco = 1/3 (Abase x h); 23/06/2013 65 65

Fatores de Conversão VOLUME 1 cm³ = 1.000 mm³; 1 m³ = 1.000.000 cm³; 1 m³ = 1.000.000.000 mm³; 1 m³ = 1.000 litro; 1 cm³ = 0,061 ³ (polegada cúbica); 1 m³ = 61.023,76 ³ (polegadas cúbicas); 1 m³ = 35,3147 ³ (pés cúbicos); 1 litro = 1.000 cm³; 1 ml (mililitro) = 0,001 litro; 1 ml (mililitro) = 1 cm³ (centímetro cúbico); 1 l (litro) = 0,2642 gal (galões americanos) = 0,22 imp.gal. (galões imperiais). 23/06/2013 66 66

Fatores de Conversão VOLUME 1 pol³ (polegada cúbica) = 16.387 mm³ = 16,387 cm³ 1 pé³ (pé cúbico) = 28.316,8 cm³ = 0,0283168 m³ 1 pé³ (pé cúbico) = 7,48 gal. (galões americanos) 1 pol³ (polegada cúbica) = 0,016387 litros 1 pé³ (pé cúbico) = 28,31685 litros 1 gal. (galão americano) = 3,7854 litros = 3.785,4 cm³ 1 imp. gal. (galão imperial) = 4,54 litros = 4.540,0 cm³ 1 imp. gal. (galão imperial) = 1,199 gal. (galão americano) 1 fl.oz (fluid ounce = onça para fluído) = 29,57 ml = 29,57 cm³ 23/06/2013 67 67

Fatores de Conversão FORÇA 1 kg = 1.000 g 1 kg = 2,20458 lbs (libras) 1 kg = 35,27337 oz (onças) 1 Ton (tonelada métrica) = 1.000 kg 1 Ton (tonelada métrica) = 2.204,58 lbs 1 oz (onça) = 28,35 g 1 lb (libra) = 16 oz 1 lb = 453,6 g = 0,4536 kg 1 short ton = 907,1848 kg 1 long ton = 1.016 kg 23/06/2013 68 68

Fatores de Conversão MASSA 1 kg = 1.000 g 1 kg = 2,20458 lbs (libras) 1 kg = 35,27337 oz (onças) 1 Ton (tonelada métrica) = 1.000 kg 1 Ton (tonelada métrica) = 2.204,58 lbs 1 oz (onça) = 28,35 g 1 lb (libra) = 16 oz 1 lb = 453,6 g = 0,4536 kg 1 short ton = 907,1848 kg 1 long ton = 1.016 kg 23/06/2013 69 69

Fatores de Conversão PRESSÃO atm = atmosfera física 1 atm = 1,013 bar 1 atm = 1,033 kgf/cm² 1 atm = 14,7 p.s.i. bar = (1 bar = pressão atmosférica a nível do mar) 1 bar = 0,987 atm 1 bar = 1,02 kgf/cm² 1 bar = 14,5 p.s.i. Pressão: P = F/A 23/06/2013 70 70

Fatores de Conversão PRESSÃO kgf/cm² = quilograma-força por centímetro quadrado 1 kgf/cm² = 0,97 atm 1 kgf/cm² = 0,98 bar 1 kgf/cm² = 14,2 p.s.i. p.s.i. = libras por polegada quadrada (pounds per square inch) 1 p.s.i. = 0,068 atm 1 p.s.i. = 0,069 bar 1 p.s.i. = 0,070 kgf/cm² 23/06/2013 71 71

Fatores de Conversão TEMPERATURA Converter Celsius para Fahrenheit (Cº x 1,8) + 32 = ºF Converter Fahrenheit para Celsius (ºF 32) x 0,555 = ºC Converter Celsius para Kelvin K = C + 273 23/06/2013 72 72

Fatores de Conversão de Unidades do Metro Múltiplos - submúltiplos 23/06/2013 73

Conversão de Medidas Mudanças de unidade no sistema internacional, para múltiplos e/ou submúltiplos a) Maior para menor (multiplicar) Ex.: Transformar 9,421 dm em centímetros (cm) Solução: 9,421 dm 10 = 94,21 cm b) Menor para maior (dividir) Ex.: Transformar 33,9 mm em centímetros (cm) Solução: 33,9 dm 10 = 94,21 cm 23/06/2013 74 74

Conversão de Medidas Equivalência entre polegadas e milímetros 1 = 25,4 mm Geralmente a polegada é apresentada na forma de fração Pode também ser apresentada na forma milesimal 1 2.34 0.037 (atento ao ponto!!!) 23/06/2013 75 75

Conversão de Medidas Polegada Fracionária Milímetro Converter 14.5 em milímetros 14,5 * 25,4 = 368,3 mm Converter 5/8 em milímetros (5 8) * 25,4 = 15,875 mm Converter 4 1/4 em milímetros [ 4 + (1 4) ] * 25,4 = 107,95 mm 23/06/2013 76 76

Conversão de Medidas Milímetro Polegada Milesimal Converter 203,2 mm 203,2 25,4 = 8 Converter 78,652 mm 78,652 25,4 = 3.096535433 (arredondando para 3 casas decimais) 3.097 23/06/2013 77 77

Conversão de Medidas Polegada Fracionária Polegada Milesimal Converter 3/4 (3 4) = 0.75 Converter 2 5/16 [ 2 + (5 16)] = 2 + 0.3125 = 2.3125 23/06/2013 78 78

Conversão de Medidas Polegada Milesimal Polegada Fracionária Converter 0.750 na fração de 16 avos de polegada 0.750 * 16/16 = 12/16 (simplificando: ¾ ) Converter 0.125 na fração de 128 avos de polegada 0.125 * 128/128 = 16/128 (simplificando: 1/8 ) 23/06/2013 79 79

Conversão de Medidas Milímetros Polegada Fracionária Para converter de milímetros para polegadas em fração ordinária devemos: 1. Multiplicar o valor em milímetros por 5,04 (5,04=128/25,4) 2. Se não der um número exato, arredondar para o mais próximo 3. Dividir este número por 128 4. Caso o numerados não seja ímpar, fazer a simplificação 23/06/2013 80 80

Conversão de Medidas Milímetros Polegada Fracionária Ex: converter 11,33 mm em polegadas. 11,33 25,4 57,1032 128 128 128 11,33 128 = 5, 04 57 Arredondando... 128 23/06/2013 81 81

Fim!!! 23/06/2013 82 82