BLOCO I Metrologia
Conceitos e instrumentos de medição Metrologia Medição Métodos de medição Instrumentos de Medição Escalas Paquímetro Micrômetro Relógio comparador Goniômetro: medição de ângulos Blocos-padrão Outros tipos de instrumentos de medição 1
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Metrologia A metrologia aplica-se a todas as grandezas determinadas e, em particular, às dimensões lineares e angulares das peças mecânicas. Nenhum processo de usinagem permite que se obtenha rigorosamente uma dimensão prefixada. Medição O conceito de medir traz, em si, uma idéia de comparação. Vejamos um dos conceitos: Medir é comparar uma dada grandeza com outra da mesma espécie, tomada como unidade. Métodos de medição a) Medição direta Consiste em avaliar a grandeza por medir, por comparação direta com instrumentos, aparelhos e máquinas de medir. b) Medição indireta por comparação Medir por comparação é determinar a grandeza de uma peça em relação a outra, de padrão ou dimensão aproximadas; daí a expressão medição indireta. SENAI-RJ 21
Normas gerais de medição Medição é uma operação simples, porém só poderá ser bem efetuada por aqueles que se preparam para tal fim. Normas gerais de medição 1. Tranqüilidade 2. Limpeza 3. Cuidado 4. Paciência 5. Senso de responsabilidade 6. Sensibilidade 7. Finalidade da posição medida 8. Instrumento adequado 9. Domínio sobre o instrumento. Evite: choques, queda, arranhões, oxidação e sujeira; misturar instrumentos; cargas excessivas no uso; medir provocando atrito entre a peça e o instrumento; medir peças sem importância com instrumentos caros; medir peças fora da temperatura ambiente. 22 SENAI-RJ
Instrumentos de medição As medições podem ser feitas, utilizando-se a escala ou o paquímetro. Escala É feita de aço inoxidável e apresenta divisões em milímetros e em meios milímetros. O seu comprimento varia de 100mm a 1000mm. A precisão pode ser de 0,5mm ou 1,0mm. Conservação Devem-se evitar as quedas. Sempre que não utilizadas, as escalas devem ser guardadas protegidas com óleo ou graxa, e estar pendentes em um suporte, a fim de evitar empenos. Nunca utilize uma escala como apoio de referência para traçagem. Convém limpar as superfícies tanto da escala como da peça a ser verificada, antes de se fazer qualquer verificação. SENAI-RJ 23
Paquímetro É feito de aço inoxidável e sua precisão pode variar de 0,1mm até 0,02mm, de acordo com o vernier (nônio). O paquímetro é um instrumento usado para medir as dimensões lineares internas, externas e de profundidade de uma peça. É feito de aço inoxidável e consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, sobre a qual desliza um cursor. Sua resolução varia de 0,1mm até 0,02mm no sistema métrico, e 1/128 ou 0,001 no sistema inglês. Utilização do paquímetro universal 24 SENAI-RJ
Paquímetro com nônio de resolução de 0,1mm Funcionamento Desloque o vernier na escala de tal modo que o traço 1 no vernier (escala móvel) coincida com o traço 1mm na escala fixa. Resulta que, a partir de traços em coincidência (como mostra abaixo), os primeiros traços do vernier e da escala fixa se distanciam de 0,1mm; a distância entre os bicos do paquímetro está de 0,1mm. Os segundos traços se distanciam de 0,2mm; os terceiros, de 0,3mm, e assim por diante. UEF= unidade da escala fixa NDN= número de divisões do nônio SENAI-RJ 25
Paquímetro com nônio de resolução de 0,05mm Exemplo de aplicação 1 divisão na escala fixa = 1mm 1 divisão no vernier = 0,95mm diferença entre estas duas divisões =0,05mm Se o zero do vernier estiver mais ou menos perto do número de milímetros inteiros, examinar a primeira ou a segunda metade do vernier. 26 SENAI-RJ
Praticando 1 Faça a leitura e escreva as medidas. Lembre-se de calcular a resolução do paquímetro. SENAI-RJ 27
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Cuidados que devem ser seguidos para se obter uma correta medição Em medições externas Posicionar a peça a ser medida, o mais profundo possível entre os bicos de medição. Em medições internas Posicionar o paquímetro paralelo à peça a ser medida. Em medições de profundidade Posicionar a escala perpendicular à peça a ser medida. 30 SENAI-RJ
Em medições de ressaltos Posicionar a parte do paquímetro apropriada para efetuar medições em ressaltos, perpendicular à superfície de referência. Este posicionamento será incorreto, sempre que houver raios de adoçamento (arredondamento). Erros de leitura São causados por dois fatores: a) paralaxe e b) pressão de medição. Paralaxe O cursor onde é gravado o nônio, por razões técnicas, tem uma espessura mínima a. Assim, os traços nônio TN são mais elevados que os traços da régua TM, conforme figura a seguir. SENAI-RJ 31
Colocando-se o paquímetro perpendicularmente à nossa vista, e estando superpostos os traços TN e TM, cada olho projeta o traço TN em posições opostas, como apresentado na figura abaixo. A maioria das pessoas possui maior acuidade visual em um dos olhos, o que provoca erro de leitura. Recomenda-se a leitura feita com um só olho, apesar das dificuldades em encontrar a posição correta. Pressão de medição É a pressão necessária para se vencer o atrito do cursor sobre a régua, mais a pressão de contato com a peça por medir. Em virtude do jogo do cursor sobre a régua, que é compensado sobre a mola F, a pressão pode resultar numa inclinação do cursor em relação à perpendicular à régua. Por outro lado, um cursor muito duro elimina completamente a sensibilidade do operador, o que pode ocasionar grandes erros. Deve o operador regular a mola, adaptando o instrumento a sua mão. 32 SENAI-RJ
Paquímetros especiais SENAI-RJ 33
Conservação do paquímetro Limpe bem o paquímetro antes e após a sua utilização, evitando, assim, que qualquer tipo de sujeira fique depositado em suas superfícies. Principalmente nas superfícies de medição e contatos da régua com o cursor. Não force o paquímetro ao colocá-lo ou retirá-lo da peça que está sendo medida. Use sempre uma pressão de medição apropriada e constante. Evite as quedas do instrumento, assim como a utilização dos bicos de medição como compasso, riscador ou chave inglesa. Mantenha e guarde o instrumento em seu respectivo estojo e conserve-o em lugar seco e protegido da influência direta do calor e do sol. Praticando 1) Solicite ao instrutor um paquímetro com precisão de 1/50mm, e a peça de exercício MBAE 01. De posse desse material, faça a verificação dimensional dos 05 (cinco) diâmetros da peça, anotando as medidas encontradas abaixo. Observação Atente para os cuidados que devem ser tomados antes e durante as medições. 2) Solicite ao instrutor um paquímetro com defeitos. De posse desse paquímetro, liste, de forma resumida, os defeitos encontrados e suas possíveis causas. Anote aqui a referência do paquímetro com defeitos. 34 SENAI-RJ
3) De posse das peças de exercício MBAE 01 e 02, e do paquímetro com precisão de 1/50mm, peça o comprimento de cada um dos diâmetros já verificados nos exercícios anteriores, anotando-os abaixo. Observação Atente para os cuidados que devem ser tomados antes e durante as medições. SENAI-RJ 35
Micrômetro A precisão de medição que se obtém com o paquímetro não é, às vezes, suficiente. Para medições mais rigorosas utiliza-se o micrômetro, que assegura a exatidão de 0,01mm. Nomenclatura Princípios de funcionamento O funcionamento do micrômetro é baseado no princípio do gradual deslocamento de um parafuso no sentido longitudinal, quando ele gira dentro de uma porca. Dada uma porca fixada no interior da qual gira um parafuso, este se desloca longitudinalmente de um comprimento igual ao seu passo. Quando se gira o parafuso, cujo passo é de 1mm, a face da haste do parafuso se desloca longitudinalmente na direção do encosto fixo de um comprimento igual ao passo, que é 1mm. Uma volta no tambor graduado em 100 partes iguais representa um deslocamento do parafuso para diante ou para trás de 1:100 = 0,01mm. A régua indicadora na bainha tem divisões de milímetros e meios milímetros. A leitura da dimensão se efetua em relação à face interior do tambor. A leitura dos centésimos de milímetros se efetua no tambor em relação à reta de referência na bainha. 36 SENAI-RJ
Este instrumento permite uma aproximação de 1/100mm (0,01mm) e até uma aproximação de 1/1000mm (0,001mm). Usualmente é chamado de micrômetro de 0 a 25mm. Existem micrômetros do mesmo tipo que medem a partir de 25mm até 50mm e outros existem para maiores capacidades de medida. O passo do parafuso é geralmente de 0,5mm, o que implica que o comprimento do deslocamento longitudinal da haste, por uma volta completa, seja 0,5mm. No tambor a graduação circular tem 50 partes iguais. SENAI-RJ 37
Exemplos 38 SENAI-RJ
Tipos de micrômetros Micrômetro com bicos tipo paquímetro Micrômetro tubular Este instrumento serve para medir o diâmetro de furos broqueados ou alargados com grande precisão, permitindo uma aproximação de 1/100mm (1 centésimo de milímetro). Os contatos têm uma forma esférica. Conforme o diâmetro a medir, fazem-se os acréscimos necessários por meio de hastes de comprimento calibrado. Podem ser usados para medir diâmetros entre 125mm e 3000mm. Micrômetro com prolongamentos rígidos SENAI-RJ 39
Micrômetro para medição de espessura de tubo Micrômetro de discos Micrômetro para medição de machos, fresas (polígonos impares) 40 SENAI-RJ
Micrômetro para medição de roscas Micrômetro de profundidade Micrômetro para medição interna SENAI-RJ 41
Micrômetro para medição externa com hastes intercambiáveis Conservação do micrômetro Deve-se tomar um cuidado todo especial com as superfícies de medição, pois, caso as mesmas sejam danificadas, afetarão toda a precisão do micrômetro. Nunca guarde o micrômetro com as superfícies de medição encostadas. Dada a condição de acabamento das superfícies, se uma superfície for comprimida de encontro à outra, após certo tempo podem-se manifestar pontos de corrosão. Limpe bem o micrômetro para eliminar poeira. O único ponto do micrômetro que exige uma lubrificação periódica é o parafuso micrométrico (óleo fino do tipo de máquina de costura). Evite que o micrômetro sofra choques. Gire sempre segurando-o pela catraca. Mantenha e guarde o micrômetro em seu estojo, em lugar seco e protegido da influência direta do calor e do sol. Seleção do micrômetro Todos os micrômetros para medições externas são dotados de escalas que permitem leituras em um intervalo de 25mm ou 50mm. Assim sendo, conforme a medida ou tamanho da peça controlada, existem instrumentos com capacidade de: 0 25mm; 25 50mm; 50 75mm; 75 100mm; 100 150mm. 42 SENAI-RJ
Aferição do micrômetro 1) Limpe bem as superfícies de medição. 2) Encoste as mesmas, usando somente a catraca, e trave o fuso. 3) Com o auxílio da chave apropriada, fornecida com cada micrômetro, gire a bainha graduada até que a sua linha longitudinal coincida com a linha zero do tambor. Observação Por se tratar de uma operação delicada, a mesma deverá ser feita por pessoa conhecedora do instrumento. Relógio comparador O relógio comparador é um instrumento de medição por comparação, dotado de uma escala e um ponteiro ligados a uma ponta de contatos por mecanismos diversos. O comparador centesimal é um instrumento comum de medição por comparação. As diferenças percebidas nele pela ponta de contato são amplificadas mecanicamente e irão movimentar o ponteiro rotativo diante da escala. Quando a ponta de contato sofre uma pressão e o ponteiro gira no sentido horário, a diferença é positiva. Isso significa que a peça apresenta maior dimensão que a estabelecida. Se o ponteiro girar em sentido anti-horário, a diferença será negativa, ou seja, a peça apresenta menor dimensão que a estabelecida. Existem vários modelos de relógios comparadores. Os mais utilizados possuem resolução de 0,01mm. O cursor do relógio também varia de acordo com o modelo; os mais comuns são de 1mm, 10mm e 250 ou 1. SENAI-RJ 43
Utilização do relógio comparador Marque as linhas de verificação na peça. Ponha a peça sob o apalpador acionado por mola. Aponte as diferenças registradas entre cada linha de verificação. Execute um gráfico destas diferenças. Essa informação lhe permite localizar os pontos altos e a quantidade de metal a ser retirado. 44 SENAI-RJ
A verificação do paralelismo será válida somente se as superfícies tiverem sido verificadas previamente. Defeitos de planeza, nas superfícies de referência e nas superfícies a serem verificadas, que podem ser adicionadas ou subtraídas umas às outras, podem provocar incerteza quando se empreender a verificação. Praticando 1) Complete o trecho a seguir. Os são instrumentos de verificação de grande precisão. 2) Solicite ao instrutor um micrômetro e a peça de exercícios MBAE 01. De posse desse material, faça a verificação dimensional dos 05 (cinco) diâmetros da peça, anotando as medidas encontradas abaixo. Observação Atente para os cuidados que devem ser tomados antes e durante as medições. 3) Solicite ao instrutor um micrômetro e a peça de exercício MBAE 02. De posse desse material, faça a verificação dimensional dos 03 (três) diâmetros da peça, anotando as medidas encontradas abaixo. Observação Atente para os cuidados que devem ser tomados antes e durante as medições. SENAI-RJ 45
4) De posse das peças de exercícios MBAE 01 e 02, e do micrômetro de profundidade, meça o comprimento de cada um dos diâmetros já verificados nos exercícios anteriores, anotando-os abaixo. Observação Atente para os cuidados que devem ser tomados antes e durante as medições. 46 SENAI-RJ
Goniômetro: medição de ângulos O goniômetro é um instrumento feito de aço inoxidável, que pode medir qualquer tipo de ângulo (agudo ou obtuso), entre 0-360, e sua precisão é de 5 (cinco minutos). Precisão média Goniômetro simples (transferidor de grau) SENAI-RJ 47
Princípio do goniômetro Consiste em um disco com dupla graduação de 0-180, em sentidos opostos, e um vernier com uma escala gradua à direita e à esquerda do zero até 60, dividida em 12 partes que representam 5. Seqüência de leitura do vernier A leitura no vernier será feita sempre no mesmo sentido no qual está a incidência do ângulo, ou seja, tomando-se por referência o zero do disco graduado. Se a incidência do ângulo fizer com que o vernier se mova para o lado direito do zero, a leitura será feita na escala que se encontra à direita do zero do vernier. O mesmo raciocínio se aplica para o lado esquerdo. Nas figuras acima, as medidas são, respectivamente: 48 SENAI-RJ
Leia os graus no disco graduado: 2 Determine a posição do zero do vernier. Está mais perto do 3 do que do 2. Examine a segunda metade do vernier para localizar o traço que coincida exatamente com um traço do disco graduado: 40. Resulta a leitura completa de: 2 40. As figuras abaixo mostram exemplos de medições de ângulos com o goniômetro universal. SENAI-RJ 49
Blocos-padrão Blocos-padrão são instrumentos de alta precisão que permitem comparações de dimensões com variações de até 0,01mm. Os blocos-padrão são apresentados em caixas com variados números de peças. O conteúdo de um jogo de 47 blocos-padrão Este jogo de blocos possibilita a verificação comparativa de dimensões de 1 até 573,955mm, com intervalos de 5 micra (1µ = 0,001mm). Técnica de empilhamento Os blocos deverão ser, inicialmente, limpos com algodão embebido em benzina ou em algum tipo de solvente. Depois, retira-se toda a impureza e umidade, com um pedaço de camurça, papel ou algo similar que não solte fiapos. Os blocos são colocados de forma cruzada, um sobre o outro. Isso deve ser feito de modo que as superfícies fiquem em contato. Em seguida, devem ser girados lentamente, exercendo-se uma pressão moderada até 50 SENAI-RJ
que suas faces fiquem alinhadas e haja perfeita aderência, de modo a expulsar a lâmina de ar que as separa. A aderência assim obtida parece ser conseqüência do fenômeno físico como atração molecular (com valor de aproximadamente 500N/cm 2 ), e que produz a aderência de dois corpos metálicos que tenham superfície de contato finamente polidas. No manejo de blocos calibradores devem ser tomados os seguintes cuidados: Quando empilhar blocos calibradores, não se esqueça de que as tolerâncias de um bloco se adicionam às do outro e assim por diante. Logo, sempre que se precisar empilhar, empilhe-se o mínimo de blocos. Sempre mantenha os blocos protegidos contra toda espécie de pó. Não os exponha à umidade, mudanças de temperatura, nem a campos magnéticos. Após o uso, limpe-os e passe um pouco de óleo fino. Evite quedas e choques. Exemplo do uso de blocos-padrão Verifique o gabarito abaixo, usando o jogo de 47 blocos calibradores. Como devem ser empilhados os blocos? SENAI-RJ 51
Praticando 1) Complete a frase: O é um instrumento para a verificação de ângulos. 2) Solicite ao instrutor a peça MBAE 03 e um goniômetro. De posse destes elementos, faça a verificação dos ângulos da peça e anote o resultado das medições na tabela abaixo. 52 SENAI-RJ
Outros tipos de instrumentos de medição Balanças: comercial e eletrônica As balanças são utilizadas como ferramentas estáticas de medição, introduzidas entre linhas de produção onde são necessários controles de massa. Vamos ilustrar o que afirmamos. 1) Em um conjunto de 10 pilhas de arruelas, contendo cada uma 10 arruelas, nos é informado que em uma das pilhas cada arruela está com excesso de 1 grama. Através de uma balança com uma bandeja e pesando uma única vez, tentar descobrir em que pilha estão as arruelas mais pesadas. 2) Numa fábrica de esferas de rolamentos, um funcionário coloca a seguinte questão: Dentre 9 esferas de mesmo tamanho, tivemos uma com peso maior que as outras. Como descobrir qual é mais pesada, utilizando uma balança de duas bandejas em somente 2 pesagens? Observe que nas duas questões aparece a balança como meio de solução (ferramenta). É sobre esta ferramenta seguiremos nosso estudo. Balança é o instrumento com que se determina ou a massa ou o peso dos corpos. Balança tipo comercial As balanças utilizadas na indústria são do tipo comercial, e são aferidas por balancistas, periodicamente, a fim de que se mantenha a qualidade da medida encontrada. Descrição e funcionamento Componentes essenciais: um equipamento para sustentar a carga; um conjunto de alavancas para reduzir e transmitir a força peso; um mecanismo para equilibrar esta força. SENAI-RJ 53
Como equilibrar a carga Como sustentar a carga 54 SENAI-RJ
Princípio da contagem Além de poder efetuar as normais operações de pesagem, as balanças também podem ser contadoras. Para se efetuar uma contagem, a balança deve ser equipada com um braço de contagem, onde são suspensas duas cunhas que possuem uma proporção de contagem de 100:1 (99:1) e 10:1 (ou 9:1). Exemplo: 100:1 Uma alavanca está em equilíbrio quando os momentos de carga e de potência são iguais. P2 (plataforma) x D2 = P1(concha) x D1 P2/P1 = D1/D2 No caso em que a proporção é de 100:1, temos que D1/D2 = 100/1, que é constante, e o que varia é somente o peso na plataforma e na concha. Se temos 100Kg na plataforma, teremos: 100Kg/P1(concha) = 100/1 P(concha) = 100Kg/100 = 1Kg Então, se temos 1Kg na concha, e este 1Kg correspondente a 5 peças, na plataforma teremos 100 vezes o número de peças que temos na concha, e teremos 500 peças na plataforma. Fatores que influenciam no funcionamento das balanças Forças Alavancas Atrito(fricção) Para vencer o atrito que é prejudicial em balanças, utiliza-se coxins (bearing) e cutelos (pivot). SENAI-RJ 55
Generalidades sobre alavancas Alavancas empregadas nos diversos modelos de balanças Primeira classe: alicate, pé de cabra, gangorra. Segunda classe: carrinho de mão, remo. Terceira classe: vara de pescar, pá, pinça. 56 SENAI-RJ
Uma alavanca de 1ª classe: balança de prato Uma alavanca de 2ª classe: balança de leque Duas alavancas de 2ª classe: balança portátil e fixa Três alavancas de 1ª classe: balança de bancadas Uma alavanca de 1ª classe e duas de 2ª classe: balança de caçamba SENAI-RJ 57
Uma alavanca de 1ª classe e duas de 2ª classe: balança de monotrilho Quatro alavancas de 2ª classe: balança embutidas Balanças rodoviárias Sete alavancas de 2ª classe: balança de 2 secções Dez alavancas de 2ª classe e três de 1ª classe: balança de 4 secções 58 SENAI-RJ
Alavancas de ferro fundido Cinco alavancas de 2ª classe: balança de 4 secções Alavancas tubulares Alavancas que informam o peso através de torção no tubo (peso de caminhões). Balança eletrônicas Descrição e funcionamento As balanças eletrônicas utilizam o princípio de conversão eletromecânica, isto é, a conversão de forças mecânicas em forças elétricas de um dispositivo denominado célula de carga (load cell). R L =.r S R= resistência elétrica P= resistividade do material (é uma constante de cada material e é medida em Ohm/m) L= comprimento do condutor S= área da secção do condutor SENAI-RJ 59
R1 aumenta (aumenta seu comprimento) R2 diminui (diminui seu comprimentro) Na prática, o fio condutor não é colocado no interior do cubo, mas, sim, é rigidamente cimentado na parede lateral do cubo, como mostra a figura. O esquema abaixo representa uma Ponte de Wheatstone. As resistências M, N e P são conhecidas e X é a resistência que se quer determinar. 60 SENAI-RJ
Variando as resistências conhecidas M, N e P, de modo que a corrente que passa pelo galvanômetro seja nula ou Vb = Vd, podemos escrever a relação: X = (N/M).P. Inversamente, se as quatro resistências M, N, P e X forem rigorosamente iguais, a corrente que passa pelo galvanômetro é nula. Portanto, em uma montagem do tipo da Ponte de Wheatstone, onde as resistências são iguais para qualquer variação nas resistências da ponte, passará uma corrente pelo galvanômetro proporcional à variação sofrida pelas resistências. Ligando quatro extensões em configuração da Ponte de Wheatstone e cimentando-os às paredes de um cubo de material apropriado, observa-se: a) ao submeter o cubo a um esforço mecânico de tração ou compressão, haverá uma variação nas resistências elétricas dos extensômetros e esta variação será proporcional ao esforço aplicado; b) a variação da resistência dos extensômetros provocará a passagem de uma corrente elétrica pelo galvanômetro proporcional à variação das resistências; c) portanto, a variação de corrente no galvanômetro é proporcional ao esforço mecânico aplicado. Este terceiro item é o princípio fundamental do funcionamento das células de carga. Sistema lectrocell e sistema lectrolever O sistema lectrocell é totalmente eletrônico, porque substitui completamente o sistema de alavanca, ou seja, a plataforma fica apoiada diretamente sobre as células de carga. O sistema lectrolever é um sistema semi-eletrônico de pesagem,isto é, a combinação do sistema mecânico de alavancas com o sistema eletrônico (célula de carga). Características de funcionamento das balanças Sensibilidade Precisão Velocidade de pesagem Durabilidade Observação Toda balança tem sua precisão e, para isto, deve-se antever a necessidade da precisão de acordo com o fabricante, através de tolerâncias para balanças. Equipamentos de aferição Aferição é o ato ou efeito de aferir, conferir medidas, com os respectivos padrões. Vejamos alguns exemplos de aparelhos onde a precisão vai até o limite de décimo de milésimo. Conseqüentemente, para obter qualidade de medida é necessário aferiação. SENAI-RJ 61
Praticando 1) Um dos componentes essenciais de uma balança é a- um conjunto de alavancas para reduzir e transmitir a força-peso. b- um equipamento para movimentar a carga. c- um conjunto de alavancas para aumentar e transmitir a força-peso. d- um mecanismo para controlar a força. e- um painel para leitura das forças. 2) Balança é o instrumento onde se determina ou a massa ou o pesos dos corpos. ( ) certo ( ) errado 3) A função de um traço de contagem é efetuar a contagem de pesagens feitas. ( ) certo ( ) errado 4) A função dos cutelos e coxins é vencer o momento aplicado no sistema. ( ) certo ( ) errado 5) Célula de carga é utilizada em balança a- lectrocell. b- lctrolever. c- eletrônicas. d- semi-eletrônicas. e- todas acima. 6) Em uma balança que utiliza células de carga, a melhor condição física de apoio é que se tenha a- 3 células de carga sobre a mesa de pesagem. b- 6 células de carga sob a mesa de pesagem. c- 3 células de carga sob a mesa de pesagem. d- 5 células de carga sob a mesa de pesagem. e- 2 células de carga sob a mesa de pesagem. 7) As balanças só servem para verificar peso ou massa. ( ) certo ( ) errado 62 SENAI-RJ