Efetuar medições e controlo metrológico (UC03079)

Há um pacote premium desta unidade: um PowerPoint editável de 100 ou mais diapositivos, um manual em PDF e dois testes com correção. Esta sebenta continua gratuita.

Introdução

Um sistema fotovoltaico ou eólico só funciona como foi projetado se cada peça tiver a medida certa e se cada grandeza elétrica, mecânica ou ambiental for medida com um instrumento adequado. O perfil de alumínio que não encaixa no grampo, o parafuso que não entra na rosca, a cablagem cortada com o diâmetro errado, a tensão lida num multímetro sem verificação: tudo isto começa e acaba na medição. Esta sebenta ensina a efetuar medições diretas com instrumentos de medida direta e a efetuar controlo dimensional com instrumentos de medida indireta, dentro de um quadro de controlo metrológico que dá confiança aos resultados.

O percurso segue a lógica de um técnico que entra num posto de controlo. Primeiro percebemos porque importa a metrologia e como está organizado o Sistema Português da Qualidade, com os seus subsistemas de normalização, de qualificação e de metrologia. Depois vemos como se gerem, calibram e adquirem os instrumentos e como funciona a cadeia de rastreabilidade. Segue-se o essencial da linguagem da medição: grandezas, unidades e dimensões, o Sistema Internacional, as conversões, as qualidades de um instrumento e a classe de precisão. Estudamos os fatores de influência e os tipos de erros de medição, os procedimentos corretos e incorretos de leitura, o nónio e os instrumentos propriamente ditos: réguas de aço, paquímetros e micrómetros (medida direta), compassos e suta (medida indireta), réguas, esquadros, escantilhões, comparadores, calibres, verificadores de roscados e rugosímetro (verificação). Fechamos com as áreas de aplicação do controlo metrológico e com um procedimento completo de medição.

Objetivos de aprendizagem (referencial): efetuar medições diretas com instrumentos de medida direta; efetuar controlo dimensional com recurso a instrumentos de medida indireta; adequar o instrumento e a sua qualidade à grandeza a medir; respeitar métodos e procedimentos definidos; evitar os erros de medição imputáveis ao operador. Como atitudes, pede-se sentido crítico, responsabilidade pelas ações, autonomia no âmbito das funções, rigor e respeito pelas regras e normas definidas.

Como estudar com esta sebenta. Cada capítulo tem explicação, tabelas de consulta e, quando há contas, pelo menos um exemplo resolvido passo a passo. Refaz sempre as contas com a tua calculadora antes de ler a solução. Sempre que puderes, repete a medição na bancada com o instrumento verdadeiro: a metrologia aprende-se com as mãos, e a leitura de um nónio só fica automática depois de dezenas de leituras reais.

1. A importância da metrologia

Metrologia é a ciência da medição e das suas aplicações. Abrange os aspetos teóricos e práticos da medição, seja qual for a incerteza e o domínio de aplicação. Medir é comparar uma grandeza com uma unidade e exprimir o resultado por um valor numérico seguido de uma unidade: 24,35 mm, 36,5 V, 9,2 A, 1 000 W/m². Um número sem unidade não é uma medida, e uma medida sem indicação do instrumento e das condições em que foi obtida vale pouco quando há que decidir.

Porque importa a metrologia

A metrologia está presente em todas as decisões técnicas que tomamos com números. Em sistemas eólicos e fotovoltaicos, a sua importância vê-se em quatro níveis:

Quando duas pessoas medem a mesma coisa e obtêm resultados que concordam, isso não acontece por acaso: acontece porque ambas usaram instrumentos ligados aos mesmos padrões e porque seguiram métodos comparáveis. É esse o trabalho da metrologia.

Grandeza, medição e tipos de medição

Uma grandeza é uma propriedade de um fenómeno, corpo ou substância que pode ser expressa quantitativamente: comprimento, massa, tempo, temperatura, tensão elétrica, pressão. A medição é o processo de obter experimentalmente o valor de uma grandeza. Chama-se mensurando à grandeza particular que se pretende medir, por exemplo o diâmetro de um parafuso concreto.

Há várias formas de classificar a medição. As mais úteis para esta UC são:

Convém não confundir as duas utilizações da palavra indireta. Em metrologia geral, a medição indireta é a que resulta de um cálculo. No contexto das oficinas e do referencial desta UC, os instrumentos de medida indireta (compassos e suta) são aqueles que não trazem escala própria: copiam ou transportam uma medida, que depois se lê noutro instrumento, como uma régua ou um transferidor. Ambos os sentidos acabam por significar que o valor final não se lê diretamente na peça.

Exemplo resolvido · medição indireta de uma potência

Mediu-se, num ensaio de bancada, a tensão aos terminais de uma fileira de módulos e a corrente no circuito.

1. Medições diretas: U = 36,5 V (voltímetro) e I = 9,2 A (amperímetro).
2. Grandeza pretendida: potência elétrica, P = U × I.
3. Cálculo: 36,5 × 9,2 = 335,8 W.
4. A potência não se leu em instrumento nenhum: foi obtida por medição indireta, e a sua qualidade depende da qualidade das duas leituras diretas.

Exemplo resolvido · diâmetro por medição indireta do perímetro

Um técnico mede com uma fita flexível o perímetro de um tubo de suporte e obtém 94,2 mm.

1. O perímetro de uma circunferência é P = π × d, logo d = P ÷ π.
2. d = 94,2 ÷ 3,14159 = 29,98 mm.
3. Resultado: d ≈ 30,0 mm. Para confirmar, mede-se diretamente com o paquímetro, sempre que o acesso o permitir.

Atitudes do técnico que mede

O referencial pede sentido crítico, responsabilidade, autonomia, rigor e respeito pelas normas. Em termos práticos, isto significa: desconfiar de uma leitura que não bate certo com a ordem de grandeza esperada; assumir que a medida registada é da nossa responsabilidade; saber escolher e preparar o instrumento sem esperar que alguém o faça; registar o valor lido e não o que gostaríamos que fosse; e cumprir os procedimentos escritos mesmo quando parecem demorados.

2. O Sistema Português da Qualidade

O Sistema Português da Qualidade (SPQ) é o conjunto integrado de entidades e de regras que, em Portugal, organiza e dá coerência às atividades da qualidade. O seu enquadramento legal encontra-se em diploma próprio, que deves consultar na redação em vigor no Diário da República. O SPQ integra três subsistemas: o da normalização, o da qualificação e o da metrologia. O organismo que coordena o SPQ é o IPQ (Instituto Português da Qualidade).

Normalização

Uma norma é um documento, estabelecido por consenso e aprovado por um organismo reconhecido, que fornece regras, orientações ou características para atividades ou resultados, com vista a obter um nível ótimo de ordenação num dado contexto. As normas são, em regra, de aplicação voluntária, embora um regulamento possa torná-las obrigatórias. As siglas dizem muito:

• NP: norma portuguesa.
• EN: norma europeia, adotada por todos os países do CEN/CENELEC.
• ISO e IEC: normas internacionais, a primeira geral, a segunda para a eletrotecnia.
• NP EN ISO/IEC 17025: um exemplo de norma com todas as camadas, internacional adotada na Europa e transposta para Portugal.

Num estaleiro de energias renováveis, as normas aparecem como requisitos de módulos, de inversores, de instalações elétricas, de segurança e de ensaios. Quem mede deve saber onde se encontra a norma que define o método.

Qualificação e acreditação

O subsistema da qualificação reúne as atividades que demonstram competência e conformidade, entre outras a acreditação e a certificação, e as entidades de avaliação da conformidade (laboratórios, entidades de inspeção). O IPAC (Instituto Português de Acreditação) é o organismo nacional de acreditação: avalia e reconhece formalmente a competência técnica de laboratórios de ensaio e de calibração, de organismos de certificação e de entidades de inspeção, segundo normas internacionais.

Convém não trocar os dois institutos, porque a confusão é frequente:

Acreditar não é o mesmo que certificar. A acreditação é o reconhecimento por uma terceira parte independente de que uma entidade (por exemplo um laboratório de calibração) é competente para realizar atividades específicas. A certificação atesta que um produto, serviço, pessoa ou sistema de gestão cumpre requisitos especificados. Um laboratório acreditado segundo a NP EN ISO/IEC 17025 (requisitos gerais de competência para laboratórios de ensaio e de calibração) emite certificados de calibração com reconhecimento nacional e internacional. Uma empresa certificada segundo a ISO 9001 (requisitos de um sistema de gestão da qualidade) demonstra que tem os seus processos organizados, o que inclui o controlo dos recursos de medição.

Metrologia

O subsistema da metrologia compreende três vertentes, que convém distinguir:

O controlo metrológico legal abrange operações como a aprovação de modelo, a verificação inicial, a verificação periódica e a fiscalização, e está regulado em diploma próprio, que se consulta na redação em vigor. No dia a dia da oficina e do estaleiro, a maioria dos instrumentos que usas (paquímetro, multímetro, piranómetro) pertence à metrologia industrial, e o seu controlo faz-se dentro da empresa, através do sistema de gestão dos instrumentos.

Vocabulário e guias de referência

Duas publicações internacionais sustentam a linguagem da metrologia. O VIM (Vocabulário Internacional de Metrologia) define os termos fundamentais, como grandeza, medição, calibração, rastreabilidade e incerteza. O GUM (Guia para a Expressão da Incerteza de Medição) estabelece as regras comuns para avaliar e exprimir a incerteza. Ambos são publicados pelo comité internacional de guias em metrologia e existem em versão portuguesa, disponíveis através do IPQ. Os termos desta sebenta seguem o VIM.

Exemplo resolvido · a quem recorrer

Uma empresa de instalação de sistemas fotovoltaicos precisa de calibrar um multímetro e quer um certificado reconhecido.

1. Procura um laboratório de calibração acreditado pelo organismo nacional de acreditação (IPAC), cujo âmbito de acreditação inclua a grandeza e a gama do multímetro.
2. Recebe um certificado de calibração com os resultados, as incertezas e a indicação da rastreabilidade aos padrões.
3. Se precisasse de saber que norma define um método de ensaio, consultaria o organismo de normalização, o IPQ.
4. Conclusão: acreditação e normalização são dois subsistemas diferentes, com entidades diferentes.

3. Gestão, calibração e rastreabilidade dos instrumentos

Um instrumento de medida é um bem que envelhece. Desgasta-se, desajusta-se, sofre quedas, é usado fora das condições e passa a medir mal sem dar sinais visíveis. A gestão dos instrumentos de medida é o sistema de regras que garante que cada instrumento em uso é adequado, está identificado, está em boas condições e foi comparado com um padrão dentro do prazo. Este sistema é um requisito de qualquer sistema de gestão da qualidade e da acreditação de um laboratório.

O ciclo de vida de um instrumento

1. Necessidade e aquisição: definir a grandeza, a gama, a resolução e o erro admissível exigidos pelo trabalho.
2. Receção: verificar o instrumento, confirmar que vem com certificado de calibração ou de conformidade e atribuir-lhe um número de identificação.
3. Utilização: aplicar o procedimento correto, na gama e nas condições previstas, registando as medições.
4. Verificação intermédia e calibração periódica: confirmar o estado do instrumento e comparar com padrões em intervalos definidos.
5. Manutenção e armazenamento: limpar, proteger, guardar em estojo, evitar choques, humidade e poeiras.
6. Reforma: retirar de serviço um instrumento que não cumpre, identificando-o como inutilizável.

Critérios de aquisição

Na compra de um instrumento, a pergunta certa é para que medição o preciso. Os critérios técnicos mais importantes são:

A regra geral é adequar a qualidade do instrumento à grandeza a medir: nem um instrumento de qualidade insuficiente, que torna a decisão incerta, nem um instrumento muito melhor do que o necessário, mais caro e mais frágil.

Calibração

A calibração é a operação que, em condições especificadas, estabelece uma relação entre os valores indicados pelo instrumento e os valores correspondentes de um padrão com incerteza conhecida, e que usa essa relação para obter um resultado de medição a partir de uma indicação. Em linguagem corrente: compara-se o instrumento com um padrão melhor do que ele e registam-se os desvios num certificado.

A calibração não é o mesmo que ajuste (que é a operação de afinar o instrumento para reduzir o desvio) nem que verificação (confirmar que o instrumento cumpre requisitos especificados). Calibrar não repara nada: informa. Pode depois decidir-se ajustar, aceitar com correções ou retirar o instrumento.

Um certificado de calibração contém, no mínimo: identificação do instrumento e do laboratório, data, condições ambientais, padrões utilizados, resultados com a respetiva incerteza e declaração de rastreabilidade. O intervalo de calibração (por exemplo 12 meses) depende do tipo de instrumento, da frequência e do ambiente de uso, da estabilidade demonstrada e da criticidade da medição. Um instrumento que cai ou é sujeito a uma sobrecarga deve ser verificado imediatamente, sem esperar pela data.

Etiquetas, registos e estado do instrumento

Cada instrumento deve ostentar uma etiqueta com a identificação, a data da última calibração e a data da próxima. Existe um registo individual (ficha do instrumento) com o historial: calibrações, ajustes, reparações, desvios encontrados. Os instrumentos fora de prazo ou suspeitos são retirados e etiquetados como não utilizar. Se uma calibração revelar que o instrumento estava fora do erro admissível, avaliam-se as medições anteriores feitas com ele, porque podem ter de ser repetidas.

Cadeia de rastreabilidade

Rastreabilidade metrológica é a propriedade de um resultado de medição poder ser relacionado com uma referência, através de uma cadeia ininterrupta e documentada de calibrações, cada uma contribuindo para a incerteza. Em termos práticos, o teu paquímetro foi comparado com um padrão da empresa, esse padrão com um de um laboratório acreditado, e este com o padrão nacional, que realiza a unidade do Sistema Internacional.

A incerteza aumenta à medida que se desce na cadeia: cada elo acrescenta a sua contribuição. A cadeia só é válida se nenhum elo estiver quebrado: um padrão com calibração caducada interrompe a rastreabilidade de tudo o que está abaixo dele. O que quebra a cadeia é o certificado de calibração do padrão estar caducado; é diferente da acreditação do laboratório que o emitiu (ver capítulo 2).

Exemplo resolvido · decidir se um paquímetro continua em serviço

Um paquímetro de 150 mm tem intervalo de calibração de 12 meses. O certificado mais recente é de 14 meses atrás e, entretanto, o instrumento caiu da bancada.

1. A calibração está fora do prazo (14 meses contra 12 permitidos).
2. A queda é um evento que pode ter alterado o instrumento, logo exige verificação.
3. Decisão: retirar o paquímetro do uso (etiqueta de não utilizar), enviá-lo a calibração e, se o resultado mostrar desvio acima do erro admissível, rever as medições feitas desde a última calibração válida.
4. Enquanto isso, usa-se outro instrumento com calibração em vigor.

4. Grandezas, unidades e dimensões

Unidade, grandeza e dimensão: três conceitos diferentes

Estes três termos aparecem muitas vezes misturados. Convém separá-los.

Uma mesma grandeza pode ser expressa em várias unidades (um comprimento em metros, em polegadas, em pés), mas tem uma só dimensão. Duas grandezas com a mesma dimensão podem somar-se ou comparar-se (a altura de uma torre e a envergadura de uma pá são comprimentos). Grandezas de dimensões diferentes não se somam: é impossível somar 3 m com 2 s.

A análise dimensional serve para verificar fórmulas. No Sistema Internacional, as dimensões das grandezas de base são: comprimento L, massa M, tempo T, corrente elétrica I, temperatura termodinâmica Θ, quantidade de matéria N e intensidade luminosa J.

Se uma fórmula estiver certa, os dois lados têm a mesma dimensão. Por exemplo, a energia cinética E = ½ m v² tem dimensão M·(L·T⁻¹)² = M·L²·T⁻², que é a de uma energia: a fórmula é dimensionalmente coerente.

O Sistema Internacional de Unidades (SI)

O SI é o sistema de unidades de uso legal em Portugal e na União Europeia, e o sistema usado internacionalmente em ciência e técnica. Desde 20 de maio de 2019, todas as unidades de base do SI são definidas a partir de constantes fundamentais da natureza com valor numérico fixo. O metro, por exemplo, define-se a partir do valor da velocidade da luz no vazio, 299 792 458 m/s, e o quilograma, a partir da constante de Planck. Isto deixou de depender de objetos físicos guardados em cofres, o que torna as definições estáveis e realizáveis em qualquer laboratório avançado.

Unidades de base (fundamentais). São sete:

Unidades derivadas. Formam-se combinando as de base. Algumas têm nome próprio e símbolo, e é essencial reconhecê-las:

Outras derivadas não têm nome próprio e exprimem-se com unidades de base: área (m²), volume (m³), velocidade (m/s), irradiância (W/m²), densidade (kg/m³).

Unidades suplementares. Durante muito tempo o SI teve uma terceira classe, as unidades suplementares: o radiano (rad), para o ângulo plano, e o esterradiano (sr), para o ângulo sólido. Em 1995 a classe foi suprimida e estas duas unidades passaram a ser tratadas como unidades derivadas adimensionais, porque são razões entre grandezas da mesma natureza (arco a dividir por raio). Muita documentação mais antiga ainda fala em unidades suplementares, e o referencial desta UC mantém o termo; deves saber ambos os enquadramentos.

Múltiplos e submúltiplos

O SI é decimal. Os prefixos multiplicam ou dividem a unidade por potências de dez:

Três cuidados: o símbolo é minúsculo ou maiúsculo conforme o prefixo (k de quilo é minúsculo, M de mega é maiúsculo, e a diferença entre mW e MW é de mil milhões de vezes); não se usam prefixos compostos (escreve-se nm, não mµm); e, no caso do quilograma, a unidade de base já leva o prefixo, pelo que os múltiplos e submúltiplos da massa formam-se a partir do grama (mg, g) e não do quilograma.

Exemplo resolvido · mudar de prefixo

Converte: (a) 2,5 MW em kW; (b) 0,18 mm em µm; (c) 450 µm em mm; (d) 3 250 W em kW.

1. (a) 1 MW = 1 000 kW, logo 2,5 × 1 000 = 2 500 kW.
2. (b) 1 mm = 1 000 µm, logo 0,18 × 1 000 = 180 µm.
3. (c) 450 ÷ 1 000 = 0,45 mm.
4. (d) 3 250 ÷ 1 000 = 3,25 kW.

Unidades em uso com o SI

Algumas unidades não pertencem ao SI mas são aceites para uso com ele, porque a prática as consagrou:

A energia elétrica costuma medir-se em quilowatt-hora (kWh), que é um uso comercial universal, não uma unidade SI. 1 kWh = 1 000 W × 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ. O bar (1 bar = 100 000 Pa = 100 kPa) é muito usado em pressões.

Outros sistemas de unidades em uso

Alguns sistemas antigos ou regionais ainda aparecem na documentação técnica, em catálogos importados e em equipamentos:

Os fatores de conversão exatos que mais vais usar:

Conversões: o método

Converter unidades é multiplicar por um fator de conversão cujo valor é 1, escrito de forma que as unidades indesejadas se cancelem. Há cinco passos:

1. Escrever o valor com a unidade de partida.
2. Escolher o fator de conversão exato.
3. Dispor a razão de modo a cancelar a unidade de partida.
4. Calcular.
5. Verificar a ordem de grandeza: o resultado faz sentido?

Exemplo resolvido · da polegada ao milímetro

Um fornecedor indica um parafuso de 1/2" e 5/16". Quais são os diâmetros em mm?

1. 1/2" = 0,5 in; 0,5 × 25,4 = 12,7 mm.
2. 5/16" = 0,3125 in; 0,3125 × 25,4 = 7,9375 mm, ou seja cerca de 7,94 mm.
3. Verificação: um parafuso M12 (12 mm) é ligeiramente mais pequeno do que o de 1/2" (12,7 mm), por isso não são intermutáveis.

Exemplo resolvido · velocidade do vento

A velocidade nominal de uma turbina é de 12 m/s. Quanto é em km/h? E uma ficha técnica americana dá 20 mph: quanto é em m/s?

1. Para km/h: 12 m/s × 3 600 s/h ÷ 1 000 m/km = 12 × 3,6 = 43,2 km/h.
2. Para mph em m/s: 20 × 0,447 04 = 8,9408 m/s, ou cerca de 8,94 m/s.
3. Regra mental: m/s para km/h multiplica-se por 3,6.

Exemplo resolvido · pressão e temperatura

Uma instalação de águas quentes tem a pressão de teste de 2,5 bar e a ficha de um componente americano indica 30 psi. Em Celsius, o fabricante dá 77 °F.

1. 2,5 bar = 2,5 × 100 000 Pa = 250 000 Pa = 250 kPa.
2. 30 psi × 6 894,757 Pa/psi = 206 842,7 Pa, ou seja cerca de 2,07 bar.
3. 77 °F: (77 − 32) × 5/9 = 45 × 5/9 = 225/9 = 25 °C.
4. Em kelvin: 25 + 273,15 = 298,15 K.

Exemplo resolvido · área de módulo e rendimento

Um módulo fotovoltaico tem 1 722 mm × 1 134 mm e potência nominal de 400 W em condições padrão (irradiância de 1 000 W/m²). Qual é o seu rendimento?

1. Converter para metros: 1,722 m × 1,134 m.
2. Área: 1,722 × 1,134 = 1,952 748 m², cerca de 1,953 m².
3. Potência incidente: 1 000 W/m² × 1,952 748 m² = 1 952,7 W.
4. Rendimento: 400 ÷ 1 952,7 = 0,2048, ou seja cerca de 20,5 %.

Exemplo resolvido · rotação de um rotor

Um rotor gira a 18 rpm e tem pás com 40 m de raio. Qual é a frequência de rotação, a velocidade angular e a velocidade na ponta das pás?

1. Frequência: 18 rpm = 18 rotações por 60 s = 0,30 Hz.
2. Velocidade angular: ω = 2π × 0,30 = 1,885 rad/s.
3. Velocidade na ponta: v = ω × r = 1,885 × 40 = 75,4 m/s.
4. Em km/h: 75,4 × 3,6 = cerca de 271 km/h.

Ângulos

O radiano é a unidade SI de ângulo plano. 180° = π rad; logo 1° = π/180 rad = 0,017 453 rad. Uma estrutura com inclinação de 35° tem 35 × π/180 = 0,611 rad. Atenção ao sistema sexagesimal: 1° = 60' e 1' = 60", pelo que 34°30' = 34 + 30/60 = 34,5° (e não 34,30°).

5. Qualidades de um instrumento de medida

Escolher um instrumento exige perceber o que o torna bom ou mau para um dado fim. As qualidades de um instrumento de medida são características que descrevem o seu comportamento. Em geral, não existe um instrumento perfeito em tudo; escolhe-se o que tem as qualidades certas para a grandeza e a tolerância em causa.

Duas observações. A resolução diz o que o instrumento consegue mostrar, enquanto a exatidão diz o quão certo é o que mostra: um multímetro digital com cinco algarismos no visor pode estar descalibrado. E uma coisa é a fidelidade (os valores repetidos concordam entre si) e outra a justeza (a média concorda com o valor verdadeiro): um instrumento pode ser muito fiel e injusto, como uma balança que dá sempre 20 g a mais.

Exemplo resolvido · fidelidade e justeza

Mediram-se cinco vezes, com o mesmo paquímetro, as dimensões de um bloco padrão de 25,00 mm: 25,02; 25,04; 25,03; 25,05 e 25,01 mm.

1. Média: (25,02 + 25,04 + 25,03 + 25,05 + 25,01) ÷ 5 = 125,15 ÷ 5 = 25,03 mm.
2. Dispersão (máximo menos mínimo): 25,05 − 25,01 = 0,04 mm. As leituras estão próximas: boa fidelidade.
3. Erro da média em relação ao valor do padrão: 25,03 − 25,00 = +0,03 mm: o instrumento mede, em média, 0,03 mm a mais, o que mostra falta de justeza.
4. Desvio-padrão experimental: desvios em relação à média de −0,01; +0,01; 0; +0,02; −0,02. Quadrados: 0,0001; 0,0001; 0; 0,0004; 0,0004. Soma 0,0010. Divide-se por n − 1 = 4 e obtém-se 0,00025; a raiz quadrada é 0,016 mm.

Classe de precisão

A classe de precisão (também chamada classe de exatidão) é a categoria em que se inscreve um instrumento que cumpre determinados requisitos metrológicos, de modo que os seus erros se mantêm dentro de limites especificados. Instrumentos da mesma classe têm o mesmo erro máximo admissível, mesmo que sejam de marcas diferentes.

Nos instrumentos analógicos elétricos (voltímetros, amperímetros), a classe vem indicada no mostrador e exprime o erro máximo como percentagem do valor de fim de escala. Uma classe 1,5 com gama de 0 a 50 V pode errar, em qualquer ponto da escala, até 1,5 % de 50 V, ou seja 0,75 V.

Nos instrumentos dimensionais, a classe vem em normas e em catálogos, e pode ser dada por uma fórmula em função do comprimento medido, ou por uma tabela. A fita métrica, por exemplo, tem classes I e II, com erro máximo admissível maior na segunda.

Exemplo resolvido · erro máximo e erro relativo

Um voltímetro analógico de classe 1,5 tem escala de 0 a 50 V. Qual é o erro máximo admissível? E o erro relativo máximo quando indica 36,0 V e quando indica 10,0 V?

1. Erro máximo absoluto: 1,5 % × 50 V = 0,015 × 50 = 0,75 V, em toda a escala.
2. Para 36,0 V: erro relativo máximo = 0,75 ÷ 36,0 = 0,02083, ou seja cerca de 2,08 %.
3. Para 10,0 V: erro relativo máximo = 0,75 ÷ 10,0 = 7,5 %.
4. Conclusão: o erro relativo é tanto menor quanto mais perto do fim de escala se mede. Escolhe-se, por isso, a gama de modo que a leitura caia no terço superior da escala.

Exemplo resolvido · escolher entre duas gamas

Um amperímetro de classe 0,5 tem duas gamas, 0 a 10 A e 0 a 2,5 A. Pretende-se medir uma corrente de cerca de 2,0 A. Qual das gamas dá melhor resultado?

1. Gama de 10 A: erro máximo = 0,5 % × 10 = 0,05 A; erro relativo para 2,0 A = 0,05 ÷ 2,0 = 2,5 %.
2. Gama de 2,5 A: erro máximo = 0,5 % × 2,5 = 0,0125 A; erro relativo = 0,0125 ÷ 2,0 = 0,625 %.
3. A gama de 2,5 A é melhor: erro quatro vezes menor, desde que a corrente não a ultrapasse.

Adequar o instrumento à grandeza a medir

O primeiro critério de desempenho desta UC é adequar o instrumento e a qualidade do instrumento de medida à grandeza a medir. Na prática usa-se a regra de 1 para 10: a resolução do instrumento deve ser, no máximo, cerca de um décimo do intervalo de tolerância (diferença entre a medida máxima e a mínima admitidas). Além disso, o erro máximo admissível do instrumento tem de caber na tolerância, e o instrumento deve estar calibrado.

Exemplo resolvido · cota de uma calha

A cota de uma calha de fixação é 45 ± 0,15 mm. Que instrumento escolher entre régua de aço (0,5 mm), paquímetro 1/20, paquímetro 1/50 e micrómetro (0,01 mm)?

1. IT = (45 + 0,15) − (45 − 0,15) = 45,15 − 44,85 = 0,30 mm.
2. 1/10 do IT = 0,03 mm.
3. A régua (0,5 mm) e o paquímetro 1/20 (0,05 mm) não cumprem; o 1/50 (0,02 mm) cumpre; o micrómetro (0,01 mm) também, mas o de 0 a 25 mm não cobre 45 mm e seria preciso o de 25 a 50 mm.
4. Escolha: paquímetro 1/50, verificando no certificado que o seu erro máximo admissível não excede a tolerância.

6. Fatores de influência e tipos de erros de medição

Nenhuma medição é perfeita. O resultado difere sempre, ainda que pouco, do valor verdadeiro. Esta diferença é o erro de medição. Saber de onde vem permite reduzi-lo e corrigi-lo, que é exatamente a aptidão pedida: identificar os principais fatores geradores de erro numa medição e efetuar ações corretivas.

Erro absoluto, relativo e correção

• Erro absoluto: E = valor medido − valor de referência (verdadeiro convencional). Tem a unidade da grandeza e sinal.
• Erro relativo: e = E ÷ valor de referência, normalmente em percentagem. Compara erros de grandezas de ordens diferentes.
• Correção: o valor que se soma à indicação para compensar o erro sistemático. É o simétrico do erro: C = −E.

Exemplo resolvido · erro e correção

Um bloco padrão de 50,00 mm é lido num paquímetro como 50,04 mm.

1. Erro absoluto: 50,04 − 50,00 = +0,04 mm.
2. Erro relativo: 0,04 ÷ 50,00 = 0,0008 = 0,08 %.
3. Correção: C = −0,04 mm. Uma leitura de 31,30 mm, neste ponto da escala, corrige-se para 31,30 − 0,04 = 31,26 mm.
4. Para um erro de 0,04 mm numa cota de 5,00 mm o erro relativo seria 0,8 %, dez vezes maior: o mesmo erro absoluto pesa mais nas peças pequenas.

Erros sistemáticos, aleatórios e grosseiros

Fatores de influência

Um fator de influência é qualquer circunstância, fora o mensurando, que altera o resultado. Agrupam-se tradicionalmente em cinco famílias, os "5 M" da medição:

Erros imputáveis ao meio ambiente

A temperatura é o fator mais importante na metrologia dimensional. A temperatura de referência para as medições dimensionais é 20 °C. A maior parte dos materiais dilata com o calor: o comprimento aumenta segundo ΔL = L × α × ΔT, em que α é o coeficiente de dilatação linear.

Exemplo resolvido · dilatação de um perfil de alumínio

Um perfil de alumínio de 4 000 mm de comprimento é medido a 50 °C em estaleiro, com sol direto. Qual é a diferença em relação aos 20 °C?

1. ΔT = 50 − 20 = 30 K.
2. ΔL = 4 000 × 23 × 10⁻⁶ × 30 = 4 000 × 0,000 023 × 30 = 0,092 × 30 = 2,76 mm.
3. A peça mede 2,76 mm a mais do que medirá a 20 °C. Com uma fita de aço também a 50 °C, que dilata 4 000 × 12 × 10⁻⁶ × 30 = 1,44 mm, o erro de leitura reduz-se à diferença, cerca de 1,32 mm: mesmo assim, com uma tolerância de ±1 mm, pode condenar uma peça boa.
4. Ação corretiva: aclimatar a peça, ou medir à sombra e depois de estabilizar, ou calcular a correção.

Exemplo resolvido · dilatação de uma peça de aço

Um veio de aço de 1 000 mm está 10 K acima de 20 °C. Quanto dilatou?

1. ΔL = 1 000 × 12 × 10⁻⁶ × 10 = 1 000 × 0,000 012 × 10 = 0,12 mm.
2. O instrumento e a peça têm de estar à mesma temperatura. Se forem do mesmo material e estiverem juntos, dilatam por igual e o erro compensa-se em grande parte.

Outros fatores do meio: humidade (corrosão, condensação, madeira que incha), vibração (instável a leitura de um comparador), iluminação (leitura de escalas finas), poeira e sujidade (partículas entre o bico e a peça somam décimas), variação da pressão atmosférica (afeta barómetros, anemómetros e medições de gases) e campos eletromagnéticos (afetam instrumentos eletrónicos).

Erros imputáveis ao instrumento

Todo o instrumento tem limites e imperfeições, mesmo novo:

• Erro de zero: o instrumento não marca zero quando devia. Verifica-se encostando os bicos de um paquímetro fechado.
• Erro de escala (ou de ganho): a indicação cresce a um ritmo ligeiramente diferente do verdadeiro.
• Folga e desgaste: o cursor com folga, as guias gastas, os bicos arredondados.
• Deformação: bicos empenados por queda ou excesso de força.
• Resolução limitada: a leitura só pode ser dada com tantas casas.
• Deriva ao longo do tempo e do uso, que a calibração periódica deteta.

Exemplo resolvido · correção do erro de zero do paquímetro

Antes de medir, fecham-se os bicos e lê-se o zero. Obtêm-se dois casos.

1. Zero positivo: fechado, o paquímetro lê +0,05 mm. Mede-se uma peça e lê-se 24,35 mm. Valor corrigido: 24,35 − (+0,05) = 24,30 mm.
2. Zero negativo: fechado, lê −0,10 mm (o zero do nónio está antes do zero da escala). Mede-se a mesma peça e lê-se 24,35 mm. Valor corrigido: 24,35 − (−0,10) = 24,35 + 0,10 = 24,45 mm.
3. Regra: o valor corrigido é a leitura menos o erro de zero, com o sinal. Se o erro for muito grande, em vez de corrigir, retira-se o instrumento do uso.

Erros imputáveis ao operador

O operador é, muitas vezes, a maior fonte de erro. Os principais:

A expressão "variação de pressão" tem dois sentidos que convém distinguir. Em instrumentos de contacto, é a força de medição exercida pelo operador. Em medições de gases, líquidos e ar, é a variação da pressão do fluido ou da pressão atmosférica, que altera a indicação se não for compensada ou se o instrumento for de pressão relativa e a referência tiver variado.

Exemplo resolvido · efeito da inclinação do paquímetro

Um técnico mede a largura de uma chapa de 40,00 mm com o paquímetro ligeiramente inclinado, de modo que a linha entre os bicos faz 5° com a perpendicular às faces da peça.

1. A distância lida ao longo da linha inclinada é maior do que a perpendicular entre as faces: leitura = 40,00 ÷ cos 5°.
2. cos 5° = 0,996 195, logo a leitura é 40,00 ÷ 0,996 195 = 40,153 mm.
3. Erro: 40,153 − 40,00 = +0,153 mm, cerca de três vezes a resolução de um nónio de 0,05 mm.
4. Conclusão: uma pequena inclinação gera um erro maior do que a resolução do instrumento.

Erros por escolha incorreta do instrumento

Usar um instrumento com resolução ou exatidão insuficiente para a tolerância é um erro de escolha, não de leitura. Exemplos: medir uma tolerância de ±0,05 mm com uma régua de 1 mm; usar paquímetro numa espessura que pede o micrómetro; medir uma corrente alta com um multímetro de gama de 10 A sem derivação própria; usar um instrumento de interiores para medir exteriores. Previne-se com a regra de 1 para 10 e com o conhecimento das gamas e classes.

Erros por defeitos de forma da peça

O instrumento mede o que a peça tem, e a peça real raramente é geometricamente perfeita. Exemplos:

7. Procedimentos corretos e incorretos de leitura e medição

Os critérios de desempenho pedem respeitar métodos e procedimentos definidos e evitar os erros imputáveis ao operador. Um bom procedimento é, no fundo, uma sequência para eliminar os erros descritos no capítulo anterior antes que ocorram.

Procedimento geral correto

1. Compreender o que se vai medir: a cota, a tolerância, o ponto e o sentido da medição, a unidade.
2. Escolher o instrumento adequado (resolução, gama, tipo), com calibração em vigor.
3. Preparar o instrumento: limpar, verificar integridade, conferir o zero (ou a compensação equivalente).
4. Preparar a peça: limpar, rebarbar, deixar estabilizar à temperatura da sala.
5. Posicionar o instrumento corretamente: alinhado, apoiado, perpendicular, sem inclinação.
6. Aplicar força constante e suave, e imobilizar a leitura (parafuso de bloqueio, onde existir).
7. Ler com o olhar na perpendicular, de forma sistemática (primeiro a parte inteira, depois a fração).
8. Repetir a medição, mudando a posição e, se possível, o sentido, e registar todas as leituras.
9. Registar o valor com a unidade, a data, o instrumento usado e o resultado (conforme ou não conforme).
10. Arrumar o instrumento limpo, aberto ligeiramente, em estojo.

Quadro comparativo: correto e incorreto

Regras específicas para cada tipo de medição

• Régua de aço: fazer coincidir uma extremidade ou um traço inteiro com a aresta, e não usar a ponta se estiver gasta, porque a origem fica incerta.
• Paquímetro: bicos bem assentes, peça encostada ao fundo dos bicos, parafuso de bloqueio para imobilizar antes de retirar.
• Micrómetro: pegar pelo arco, aproximar com o tambor sem tocar na peça e fazer o contacto final sempre com a roquete até ela fazer clique (nunca apertar com o tambor), e confirmar o zero.
• Medição elétrica: escolher a função certa (tensão, corrente, resistência), medir a tensão em paralelo e começar pela gama mais alta quando se desconhece o valor. Em circuitos de corrente contínua de fileiras fotovoltaicas não se intercala o multímetro em série: a corrente mede-se com pinça amperimétrica DC, sem abrir o circuito, e nunca se desligam conectores ou fusíveis com o circuito em carga.
• Medição de temperatura: dar tempo ao sensor para estabilizar e garantir contacto térmico com a superfície.

Exemplo resolvido · identificar falhas num procedimento

Observas um colega a medir a espessura de um perfil de alumínio acabado de sair da serra: não verificou o zero do paquímetro, segura o instrumento inclinado, aperta com força e lê olhando de lado. Regista "9 mm, OK".

1. Não verificou o zero: possível erro sistemático.
2. Peça quente: dilatada, a espessura é ligeiramente maior do que a 20 °C; deve aclimatar.
3. Instrumento inclinado: leitura maior, erro de cosseno.
4. Força excessiva: bicos e perfil comprimidos, leitura menor, e desgaste dos bicos.
5. Olhar de lado: paralaxe.
6. Registo "9 mm, OK": sem casas decimais, sem tolerância, sem instrumento, sem unidade completa: não é auditável.
7. O procedimento correto seria: verificar zero, esperar que a peça arrefeça, medir perpendicularmente com força leve, olhar de frente e registar, por exemplo, "9,12 mm, paquímetro n.º 14, conforme (9,0 ± 0,2 mm)".

8. O nónio e a leitura de escalas auxiliares

Uma régua graduada em milímetros só permite ler com confiança até cerca de meio milímetro, porque o olho humano não subdivide bem as divisões. Para ir mais longe, usa-se uma escala auxiliar deslizante, o nónio (ou vernier). O nome "nónio" vem de Pedro Nunes, matemático português do século XVI; a escala deslizante que hoje usamos resulta de uma modificação do francês Pierre Vernier, daí o nome "vernier". O nónio permite ler frações de uma divisão da escala principal sem estimar a olho.

Natureza do nónio

O nónio é uma pequena escala móvel colocada junto da escala principal. Nos nónios normais, a graduação do nónio é ligeiramente menor do que a da principal: n divisões do nónio ocupam o comprimento de (n − 1) divisões da escala principal. Assim, as divisões do nónio são um pouco mais curtas, e à medida que se avança, uma delas fica alinhada com um traço da principal. O primeiro traço do nónio que coincide com um traço da escala principal indica a fração.

Resolução do nónio é a diferença entre o valor de uma divisão da escala principal e o valor de uma divisão do nónio. Equivale a dividir o valor da menor divisão da escala principal pelo número de divisões do nónio, e é esta a forma que serve sempre, inclusive no nónio alongado (ver adiante).

Para o nónio 1/20: 19 mm repartidos por 20 divisões dão 19 ÷ 20 = 0,95 mm cada. A diferença para 1 mm é 0,05 mm, que é também 1 ÷ 20. A mesma lógica vale para qualquer nónio.

Nónio normal e nónio alongado. Nos nónios acima, n divisões do nónio ocupam (n − 1) divisões da escala principal. Para a leitura ser mais folgada, muitos paquímetros de 0,05 mm usam um nónio alongado: 20 divisões repartidas por 39 mm, isto é, por (2n − 1) divisões da escala principal. Cada divisão do nónio vale 39 ÷ 20 = 1,95 mm, e a comparação faz-se com duas divisões da principal: 2 − 1,95 = 0,05 mm. Normal ou alongado, vale sempre a forma geral: resolução = menor divisão da escala principal ÷ número de divisões do nónio (1 ÷ 20 = 0,05 mm). E a leitura faz-se sempre do mesmo modo: parte inteira na escala principal, mais o número do traço que coincide multiplicado pela resolução.

Escalas com nónio: retilíneas e circulares

O nónio pode ser retilíneo (paquímetros, graminhos, escalas de altura) ou circular (goniómetros, transferidores de precisão). Num nónio circular a escala principal é graduada em graus e o nónio em fração de grau: um nónio de 12 divisões sobre 11° dá resolução 1° ÷ 12 = 5'; um nónio de 60 divisões dá 1'.

Procedimento de leitura com nónio

1. Verificar o zero: com os bicos fechados, o zero do nónio coincide com o zero da escala principal.
2. Ler a parte inteira na escala principal: o último traço que fica antes do zero do nónio. Esse valor é a medida em milímetros inteiros.
3. Ler a fração: procurar qual o traço do nónio que coincide exatamente com um traço da escala principal. Multiplicar o seu número pela resolução.
4. Somar a parte inteira com a fração.
5. Registar com a unidade e com o número de casas decimais coerente com a resolução.

Exemplo resolvido · nónio 1/10

Escala principal: o zero do nónio está depois do traço 23 mm. O 6.º traço do nónio coincide.

1. Parte inteira: 23 mm.
2. Fração: 6 × 0,1 = 0,6 mm.
3. Leitura: 23 + 0,6 = 23,6 mm.

Exemplo resolvido · nónio 1/20

O zero do nónio está depois do traço 47 mm. O 13.º traço do nónio coincide.

1. Parte inteira: 47 mm.
2. Fração: 13 × 0,05 = 0,65 mm.
3. Leitura: 47,65 mm.

Exemplo resolvido · nónio 1/50

O zero do nónio passou o traço 62 mm. O 34.º traço do nónio coincide.

1. Parte inteira: 62 mm.
2. Fração: 34 × 0,02 = 0,68 mm.
3. Leitura: 62,68 mm.

Exemplo resolvido · nónio circular de 5'

Um goniómetro tem escala principal em graus e nónio de resolução 5'. O zero do nónio passou o traço 127°. O 11.º traço do nónio coincide.

1. Parte inteira: 127°.
2. Fração: 11 × 5' = 55'.
3. Leitura: 127°55'.
4. Em graus decimais: 127 + 55/60 = 127 + 0,9167 = 127,92°.

Relação entre nónio e micrómetro

O micrómetro não usa um nónio retilíneo, mas segue a mesma ideia: transforma uma grandeza pequena (centésimos de milímetro) numa divisão grande e legível. O passo do parafuso é de 0,5 mm; um tambor com 50 divisões faz cada divisão valer 0,5 ÷ 50 = 0,01 mm. Alguns micrómetros de maior precisão têm ainda um nónio no cilindro, com resolução de 0,001 mm. Estudamos a leitura no capítulo 9.

Erros típicos na leitura de nónios

• Ler o traço mais próximo em vez do que coincide exatamente. Se dois traços parecem coincidir, a leitura fica entre os dois: escolhe-se o melhor ou repete-se a medição.
• Ler a parte inteira depois do zero do nónio em vez do traço imediatamente anterior.
• Esquecer-se do meio milímetro em escalas que o tenham.
• Usar a resolução errada: confundir 1/20 com 1/50.
• Esquecer o erro de zero.

9. Instrumentos de medida direta: régua de aço, paquímetro e micrómetro

Os instrumentos de medida direta têm uma escala graduada na unidade da grandeza, e a medida lê-se diretamente nela. Esta família é a base do trabalho de bancada.

Régua de aço

É o instrumento mais simples: uma lâmina de aço (muitas vezes inoxidável) graduada em milímetros, e por vezes em meios milímetros, com comprimentos usuais de 150, 300, 500 e 1 000 mm. A divisão de escala é de 1 mm (ou 0,5 mm), e a resolução prática fica entre 0,5 e 1 mm.

Exemplo resolvido · leitura a partir de um traço inteiro. A extremidade da régua está gasta. Alinha-se o traço dos 10 mm com uma extremidade da peça e a outra extremidade da peça coincide com o traço 143,5 mm.

1. Comprimento = 143,5 − 10,0 = 133,5 mm.
2. A incerteza prática de leitura é de cerca de ±0,5 mm.

Paquímetro

O paquímetro é o instrumento de medida direta mais versátil da oficina. Compõe-se de uma régua graduada com bico fixo, um cursor com bico móvel e nónio, e, em muitos modelos, uma haste de profundidade.

Existem três versões: de nónio (analógico), de relógio (a fração lê-se num mostrador) e digital (visor). A resolução típica é 0,02 mm (nónio 1/50) ou 0,01 mm (digital); o erro máximo admissível, porém, é geralmente maior do que a resolução, e consta do manual ou da norma.

Medições possíveis: exteriores, interiores, profundidades e, em alguns modelos, degraus.

Procedimento de medição de exteriores:

1. Limpar bicos e peça; fechar os bicos e confirmar o zero.
2. Abrir um pouco mais do que a peça; encostar o bico fixo e fazer deslizar o móvel até tocar suavemente.
3. Manter o paquímetro perpendicular ao eixo da peça, com a peça o mais perto possível da base dos bicos.
4. Bloquear o cursor, retirar com cuidado e ler: primeiro a escala principal, depois o nónio.

Exemplo resolvido · diâmetro de um parafuso de ancoragem. Paquímetro 1/50, zero verificado. Escala principal: zero do nónio entre os traços 15 e 16 mm, a coincidência é no 40.º traço.

1. Parte inteira: 15 mm.
2. Fração: 40 × 0,02 = 0,80 mm.
3. Leitura: 15,80 mm. Como um diâmetro nominal de 16 mm é pedido, o parafuso mede 0,20 mm a menos do que o nominal. Se a tolerância for de 0 a −0,2 mm o parafuso está no limite; repete-se em duas direções e em dois pontos.

Exemplo resolvido · profundidade de um rasgo. A haste de profundidade apoia no fundo do rasgo e o corpo na superfície. Escala principal: 18 mm. O 7.º traço do nónio 1/20 coincide.

1. Fração: 7 × 0,05 = 0,35 mm.
2. Profundidade: 18 + 0,35 = 18,35 mm.

Micrómetro

O micrómetro (ou palmer) usa um parafuso micrométrico de passo exato para conseguir resoluções mais finas, tipicamente de 0,01 mm, com gama de 25 mm por instrumento (0 a 25, 25 a 50, 50 a 75 mm, e assim por diante). É o instrumento indicado para diâmetros de hastes, espessuras de chapa e fios, onde as tolerâncias são de centésimos.

Como funciona. O passo do parafuso é de 0,5 mm: uma volta completa do tambor avança o fuso 0,5 mm. O tambor tem 50 divisões, pelo que cada divisão corresponde a 0,5 ÷ 50 = 0,01 mm.

Leitura:

1. Na bainha, ler os milímetros inteiros (traços acima da linha de referência) e verificar se o traço do meio milímetro (abaixo da linha) já está visível.
2. No tambor, ler a divisão que coincide com a linha de referência da bainha e multiplicar por 0,01.
3. Somar.
4. Num micrómetro com nónio na bainha, somar ainda os milésimos.

Exemplo resolvido · leitura sem meio milímetro. Bainha: 12 mm visíveis, sem o traço do meio milímetro. Tambor: divisão 38.

1. 12 + 38 × 0,01 = 12 + 0,38 = 12,38 mm.

Exemplo resolvido · leitura com meio milímetro. Bainha: 7 mm e o traço de 0,5 mm visível. Tambor: divisão 23.

1. 7 + 0,5 + 23 × 0,01 = 7,5 + 0,23 = 7,73 mm.

Exemplo resolvido · micrómetro com nónio na bainha. Bainha: 5 mm e meio milímetro visíveis, tambor na divisão 27, e a linha do nónio da bainha que coincide com um traço do tambor é a 4.ª (cada linha vale 0,001 mm).

1. 5,5 + 0,27 + 0,004 = 5,774 mm.

Exemplo resolvido · secção de um condutor. Mede-se com um micrómetro o diâmetro de um condutor de cobre maciço e obtém-se 1,78 mm. Qual é a secção?

1. Área = π × d² ÷ 4.
2. d² = 1,78² = 3,1684 mm².
3. π × 3,1684 = 9,9539; ÷ 4 = 2,4885.
4. Secção ≈ 2,49 mm², compatível com um condutor nominal de 2,5 mm². (Os condutores flexíveis têm vários fios e vazios, por isso a medição do diâmetro exterior global não dá a secção de cobre.)

Boas práticas do micrómetro:

• Verificar o zero com os contactos limpos e fechados pela roquete. Nos de gama superior a 25 mm, usar o padrão de ajuste (barra) fornecido.
• Aproximar com o tambor, terminar sempre com a roquete (um a três cliques).
• Medir à temperatura da peça; pegar no arco pelo isolante térmico para não o aquecer com a mão.
• Não rodar o tambor com a peça já apertada e não medir peças em movimento.

Escolher entre paquímetro e micrómetro

10. Instrumentos de medida indireta: compassos e suta

Quando o acesso é difícil, a peça tem formas irregulares ou a medida não pode ser lida diretamente, usam-se instrumentos que copiam ou transportam a medida. Estes instrumentos de medida indireta não têm escala própria: a medida passa para o instrumento e lê-se depois numa régua, num paquímetro ou num transferidor.

Compassos

Procedimento do compasso de exteriores:

1. Abrir ligeiramente mais do que a peça, depois fechar até as pontas tocarem sem forçar.
2. Fazer o toque ser suave: deve ser possível passar o compasso pela peça "ao seu próprio peso".
3. Transferir a abertura para uma régua de aço, ou preferencialmente para um paquímetro (a leitura passa a ser a do paquímetro).
4. Repetir para confirmar.

A qualidade da medida depende do "tato" do operador, por isso a incerteza é maior do que na medida direta (cerca de ±0,2 a ±0,5 mm com régua). Usa-se, assim, para operações de desbaste ou para locais de acesso difícil, não para tolerâncias finas.

Suta

A suta (também chamada falsa-esquadria) é um instrumento com uma lâmina articulada que se imobiliza num parafuso. Serve para copiar um ângulo de uma peça ou de uma obra e transportá-lo: para uma peça nova, para o desenho, ou para um transferidor onde se lê o valor.

Exemplo resolvido · inclinação de uma cobertura. Com a suta, um técnico copia o ângulo entre o telhado e a horizontal (apoiando a base num nível) e transfere-o para um transferidor, onde lê 28°. A estrutura de fixação regula-se, nas peças de suporte, para esse ângulo. A leitura num transferidor de 1° tem incerteza de cerca de ±0,5°, suficiente para a montagem e insuficiente para uma peça de precisão.

Medição indireta por cálculo: a distância entre centros

Em muitas peças, o que o desenho pede (a distância entre eixos de dois furos) não se pode ler diretamente. Mede-se o que é acessível e calcula-se.

Exemplo resolvido · distância entre centros de dois furos iguais. Numa chapa de suporte, medem-se com o paquímetro (bicos interiores e exteriores) a distância entre as arestas exteriores dos dois furos, 87,40 mm, e o diâmetro dos furos, 11,00 mm.

1. A distância entre arestas exteriores é igual à distância entre centros mais um diâmetro (um raio de cada lado): D_ext = c + d. Entre as arestas interiores é o contrário: D_int = c − d.
2. c = D_ext − d = 87,40 − 11,00 = 76,40 mm.
3. Se o desenho pedir 76,5 ± 0,2 mm, a peça está conforme: 76,40 está entre 76,3 e 76,7.
4. Atenção à incerteza: se o certificado do paquímetro indicar um erro máximo admissível de ±0,02 mm por medida, no pior caso o erro do resultado soma ±0,04 mm. Este valor vem do certificado e não da resolução: num paquímetro 1/50 o erro máximo é muitas vezes maior do que 0,02 mm (ver Ficha 01, Exercício 8).

Exemplo resolvido · diâmetro interior pelo compasso. O compasso de interiores é colocado num tubo e, depois, a abertura é medida com a régua e dá 42,5 mm.

1. A divisão da régua é de 0,5 mm; a leitura 42,5 mm é plausível.
2. Para confirmar, mede-se a abertura com o paquímetro e obtém-se, por exemplo, 42,30 mm.
3. A diferença de 0,20 mm mostra que a leitura com régua não bastaria para uma tolerância de décimas.

11. Instrumentos de verificação

Os instrumentos de verificação não medem sempre um valor: servem para verificar se a peça cumpre uma forma, uma posição ou um limite. Respondem com "passa" ou "não passa", ou mostram um desvio em relação a uma referência.

Réguas, esquadros e escantilhões

A régua de verificação (de fio) tem uma aresta retificada de grande precisão. Pousa-se sobre a superfície e observa-se por transparência: se passa luz entre a régua e a peça, há desvio. O apalpa-folgas (lâminas de espessura conhecida) quantifica a folga: a lâmina mais fina que ainda entra indica o desvio.

O esquadro verifica ângulos de 90° (e de 45° em modelos de meia-esquadria). Existem esquadros de aço com talão, de base e de precisão.

O escantilhão é um gabarito com o perfil que a peça deve ter. Exemplos: lâminas de raios, escantilhões de perfil de rosca, gabaritos de curvatura de uma pá ou de um flange.

Exemplo resolvido · esquadria de uma caixa metálica. Encosta-se um esquadro à aresta de uma caixa de quadro elétrico. Há um vão de luz em cima. Introduz-se um apalpa-folgas: a lâmina de 0,10 mm entra, a de 0,15 mm não.

1. A folga está entre 0,10 e 0,15 mm, num comprimento de contacto igual ao do esquadro.
2. Se o limite for 0,1 mm por 100 mm, a folga está entre 0,10 e 0,15 mm: pode estar no limite ou acima dele, e sem medir melhor não se aceita a peça; regista-se "0,10 mm / entre 0,10 e 0,15".

Comparadores

O comparador (ou relógio comparador) é um instrumento de medida diferencial. Um apalpador desloca-se e faz girar um ponteiro num mostrador. A divisão habitual é de 0,01 mm, a gama de 10 mm (existem de 0,001 mm e de gama menor). Uma volta do ponteiro corresponde a 1 mm, com 100 divisões.

Usa-se montado num suporte (base magnética ou de mármore), sobre uma referência plana. O procedimento:

1. Fixar o comparador no suporte, perpendicular à superfície de referência.
2. Aproximar o apalpador até o ponteiro ter dado cerca de uma volta (pré-carga).
3. Colocar o zero na referência (um bloco padrão, uma face de referência).
4. Passar à peça: a leitura é o desvio relativo à referência.
5. Registar o desvio com sinal.

Exemplo resolvido · cota por comparação. Acerta-se o zero do comparador numa pilha de blocos padrão de 20,000 mm. Ao passar à peça, o ponteiro marca +12 divisões (de 0,01 mm).

1. Desvio = +12 × 0,01 = +0,12 mm.
2. Cota da peça = 20,000 + 0,12 = 20,12 mm.

Exemplo resolvido · planeza de um flange. Roda-se o comparador por seis pontos da face de um flange e as leituras variam entre −0,03 mm e +0,05 mm.

1. Variação total = 0,05 − (−0,03) = 0,08 mm.
2. Se a tolerância de planeza for 0,10 mm, está conforme; se for 0,05 mm, não.

Calibres de limites (passa/não-passa)

Um calibre é um instrumento de dimensão fixa. O de tampão verifica furos, o de forquilha (ou de boca) verifica veios, e o de anel verifica roscas exteriores. Têm sempre dois lados: o lado passa (limite de material máximo) e o lado não-passa (limite de material mínimo). A peça é conforme se o lado "passa" entra e o "não-passa" não entra. Não dá o valor real, mas dá uma decisão rápida e exata.

Exemplo resolvido · calibre de tampão. Um furo de Ø 10 mm com a tolerância H7 (de 0 a +0,015 mm) tem como limites 10,000 e 10,015 mm.

1. Lado "passa" do tampão: Ø 10,000 mm, deve entrar.
2. Lado "não-passa": Ø 10,015 mm, não deve entrar.
3. Se o lado "passa" não entra, o furo é demasiado apertado (pode ser alargado); se o "não-passa" entra, o furo é demasiado largo (peça rejeitada).

Verificadores de roscados

O verificador de roscados (ou medidor de passos) é um conjunto de lâminas com dentes de passos diferentes. Encosta-se a lâmina à rosca e vê-se qual encaixa sem folga. Para roscas métricas, o diâmetro nominal e o passo são, por exemplo:

Exemplo resolvido · identificar uma rosca. Medem-se com o paquímetro o diâmetro exterior do parafuso (11,9 mm) e, com a lâmina de passos, o passo de 1,75 mm.

1. O diâmetro exterior de cerca de 12 mm e o passo de 1,75 mm correspondem a M12 de passo normal.
2. Confirma-se por contagem: 8 passos (9 cristas consecutivas) ocupam 8 × 1,75 = 14 mm.
3. Para roscas finas, o passo seria menor (por exemplo 1,25 mm em M12), pelo que o passo tem de ser sempre verificado.

Os calibres de rosca (tampão e anel, passa/não-passa) verificam a rosca interior e exterior.

Rugosímetro

A rugosidade é o conjunto de pequenas irregularidades da superfície. O rugosímetro tem um palpador de diamante que percorre uma pequena extensão e calcula parâmetros. O mais comum é o Ra, a média aritmética dos desvios do perfil em relação à linha média, em micrómetros (µm). Valores muito baixos são superfícies polidas; valores altos, superfícies rugosas. Importa em acoplamentos, vedações, superfícies de rolamento e de pintura.

12. Áreas de aplicação do controlo metrológico

O controlo metrológico estende-se a todas as grandezas que se medem. Cada área tem os seus instrumentos, as suas unidades e os seus padrões. Reconhecer as áreas e as respetivas aplicações é uma aptidão do referencial.

Observações por área

• Dimensional: base desta UC. Os instrumentos que estudámos estão ligados a padrões de comprimento, como os blocos padrão.
• Temperatura: a escala Celsius tem a mesma divisão que o kelvin, e 0 °C = 273,15 K. As sondas de contacto têm de assegurar bom contacto térmico, e a leitura só é válida depois da estabilização.
• Massas: balanças são ajustadas com pesos padrão. Em transações comerciais, as balanças estão sujeitas a controlo metrológico legal.
• Elétrica: o instrumento tem de ter categoria de medição (segundo a IEC 61010) e tensão nominal em corrente contínua adequadas ao ponto da instalação, e esta tem de ser igual ou superior à tensão máxima em circuito aberto da fileira indicada pelo fabricante dos módulos; a categoria e a tensão estão marcadas no instrumento e nas pontas de prova, e vale a mais baixa das duas. Ordem segura numa fileira: (1) confirmar que o instrumento funciona numa fonte conhecida; (2) seccionar a fileira do inversor com o seccionador DC; (3) medir a tensão em circuito aberto, em paralelo, confirmando a polaridade; (4) medir a corrente com pinça DC, sem abrir o circuito; (5) voltar a confirmar o instrumento na fonte conhecida. A corrente contínua não passa por zero e o arco que se forma ao abrir um circuito em carga mantém-se: nunca se desligam conectores sob carga. Usa-se o EPI definido no procedimento da empresa (luvas isolantes, óculos).
• Tempo: o segundo é a unidade mais exata que a humanidade consegue realizar. Em rotações usa-se rpm (rotações por minuto); 1 rpm = 1/60 Hz.
• Intensidade luminosa e radiometria: a candela mede a intensidade luminosa de uma fonte numa direção. Para energia solar interessa a irradiância (W/m²), medida com piranómetro ou célula de referência; o lux mede a iluminância visível e não substitui a irradiância.
• Pressões: distinguir pressão relativa (medida em relação à pressão atmosférica) de absoluta (em relação ao vácuo). 1 bar = 100 kPa.
• Outras: a velocidade do vento mede-se com anemómetro (de conchas ou ultrassónico), o binário de aperto com chave dinamométrica, devendo seguir sempre o valor do fabricante.

Exemplo resolvido · associar instrumento e grandeza

Para cada tarefa, indica a área e o instrumento.

1. Verificar o aperto de um parafuso de uma pá: binário, chave dinamométrica (área: outras).
2. Medir a irradiância no plano dos módulos: radiometria, piranómetro ou célula de referência.
3. Ler a temperatura da caixa de um inversor: temperatura, sonda de contacto ou câmara térmica.
4. Medir o diâmetro do fuste de um parafuso: dimensional, micrómetro ou paquímetro.
5. Verificar a tensão de uma fileira: elétrica, multímetro de categoria adequada.

13. Procedimento completo de controlo dimensional

Juntando tudo, o técnico segue um fluxo repetível, do desenho ao registo.

Conformidade

Uma peça é conforme se o valor medido, depois de corrigido, estiver entre os limites. Os limites calculam-se somando e subtraindo os afastamentos à medida nominal. A tolerância é a diferença entre limite máximo e mínimo.

Exemplo resolvido · limites e tolerância. Cota de 25 +0,1 / −0,2 mm.

1. Limite máximo: 25 + 0,1 = 25,1 mm.
2. Limite mínimo: 25 − 0,2 = 24,8 mm.
3. Tolerância: 25,1 − 24,8 = 0,3 mm.

Exemplo resolvido · decidir a conformidade. Um perfil deve ter 2 400 ± 5 mm. Mede-se 2 404 mm com uma fita de aço graduada em milímetros, a 20 °C.

1. Limites: 2 395 e 2 405 mm.
2. 2 404 está dentro: conforme.
3. Mas, se o erro máximo admissível da fita for ± 2 mm, o valor verdadeiro pode estar entre 2 402 e 2 406 mm. A hipótese de ultrapassar o limite superior (2 405 mm) existe: regista-se a decisão e a incerteza; em casos críticos, repete-se com instrumento melhor.
4. Note-se que a resolução da fita (1 mm) cumpre a regra de 1 para 10, porque o IT é de 10 mm e 1/10 do IT é 1 mm: a dúvida vem do erro máximo admissível, não da resolução.

Exemplo resolvido · peça com o limite ultrapassado. Um veio de Ø 16 ± 0,1 mm mede 15,86 mm no micrómetro, depois de corrigido o zero.

1. Limites: 15,9 e 16,1 mm.
2. 15,86 < 15,9: não conforme (0,04 mm abaixo do limite mínimo).
3. Ação: separar a peça, identificar como não conforme e informar o responsável; verificar o desgaste do processo que a fez.

Incerteza, de forma simples

A incerteza de medição exprime a dúvida do resultado: uma estimativa do intervalo dentro do qual o valor verdadeiro provavelmente se encontra. Uma abordagem simples soma as contribuições principais: resolução, erro máximo do instrumento, repetibilidade, temperatura. O GUM descreve métodos completos, que combinam as contribuições de forma estatística. Para decisões de aceitação, uma boa regra prática é não aceitar nem rejeitar quando o valor estiver tão perto do limite que a incerteza o ultrapasse: nesses casos, repete-se com instrumento melhor.

Registo da medição

Um bom registo inclui: identificação da peça e do lote, cota e tolerância, valores medidos (todos, e não só a média), unidade, instrumento (número), data, operador, condições relevantes (temperatura) e decisão. O registo é prova do trabalho e permite repetir, auditar e aprender.

Erros comuns

• Medir sem verificar o zero do instrumento, deixando um erro sistemático em todas as leituras.
• Confundir resolução com exatidão: o visor digital mostrar centésimos não garante que a medida esteja certa.
• Ler o traço mais próximo do nónio em vez do que coincide exatamente.
• Esquecer o meio milímetro na bainha do micrómetro.
• Forçar o fecho do paquímetro ou apertar o micrómetro sem roquete.
• Medir com o instrumento inclinado ou fora do eixo da peça.
• Olhar a escala de lado e cometer erro de paralaxe.
• Medir peças quentes ou ao sol, sem aclimatar.
• Usar o instrumento errado para a tolerância, por exemplo uma régua para décimas.
• Medir só numa direção ou num ponto e ignorar ovalização ou conicidade.
• Confundir polegadas com milímetros em fixações e catálogos importados.
• Trocar prefixos (mW com MW; µm com mm) e errar por fatores de mil.
• Trocar o IPQ pelo IPAC: um normaliza e mantém a metrologia, o outro acredita.
• Confundir calibração com ajuste: calibrar informa, ajustar afina.
• Usar instrumentos com calibração caducada ou sem etiqueta.
• Registar "OK" em vez do valor numérico com a unidade.
• Esquecer o EPI e a categoria de medição nas medições elétricas.

Glossário

• Acreditação: reconhecimento, por terceira parte independente, da competência de uma entidade para realizar atividades específicas.
• Ajuste: operação que afina um instrumento para reduzir o seu erro.
• Calibração: comparação de um instrumento com um padrão, com registo dos desvios e incertezas num certificado.
• Classe de precisão: categoria de instrumentos com o mesmo erro máximo admissível.
• Comparador: instrumento diferencial que mostra, num mostrador, o desvio relativo a uma referência acertada a zero.
• Dimensão: expressão de uma grandeza em função das grandezas de base, sem números nem unidades.
• Erro de medição: diferença entre o valor medido e o valor de referência.
• Erro máximo admissível: o maior erro que a norma ou o fabricante permite a um instrumento.
• Escantilhão: gabarito com o perfil que a peça deve ter.
• Exatidão: proximidade entre o valor medido e o valor verdadeiro.
• Fidelidade (precisão em condições de repetibilidade): proximidade entre indicações repetidas nas mesmas condições.
• Grandeza: propriedade de um fenómeno, corpo ou substância que pode ser expressa quantitativamente.
• GUM: Guia para a Expressão da Incerteza de Medição.
• Incerteza de medição: parâmetro que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser atribuídos ao mensurando.
• IPAC: Instituto Português de Acreditação, organismo nacional de acreditação.
• IPQ: Instituto Português da Qualidade, que coordena o SPQ e é o organismo nacional de normalização e a instituição nacional de metrologia.
• Justeza: proximidade entre a média das indicações e o valor verdadeiro.
• Mensurando: grandeza particular que se pretende medir.
• Micrómetro: instrumento de parafuso micrométrico, com resolução típica de 0,01 mm.
• Nónio (vernier): escala auxiliar que permite ler frações da divisão da escala principal.
• Norma: documento estabelecido por consenso e aprovado por um organismo reconhecido, de aplicação em regra voluntária.
• Paquímetro: instrumento de cursor para medir exteriores, interiores e profundidades.
• Paralaxe: erro de leitura por olhar a escala de lado.
• Padrão: realização de uma unidade ou de uma grandeza com valor e incerteza conhecidos, usada como referência.
• Rastreabilidade: propriedade de um resultado se relacionar com uma referência por uma cadeia ininterrupta de calibrações.
• Resolução: menor variação da grandeza que produz variação percetível na indicação.
• Rugosidade (Ra): média aritmética dos desvios do perfil em relação à linha média, em µm.
• SI: Sistema Internacional de Unidades.
• SPQ: Sistema Português da Qualidade, com os subsistemas da normalização, da qualificação e da metrologia.
• Suta: instrumento de lâmina articulada que copia e transporta ângulos.
• Tolerância: diferença entre a medida máxima e a medida mínima admitidas.
• VIM: Vocabulário Internacional de Metrologia.

Síntese

A metrologia dá confiança às medições que sustentam a qualidade, a segurança e o desempenho de sistemas eólicos e fotovoltaicos. Em Portugal, o Sistema Português da Qualidade reúne os subsistemas da normalização, da qualificação e da metrologia: o IPQ coordena, normaliza e mantém a metrologia nacional; o IPAC acredita laboratórios e outras entidades. A gestão dos instrumentos exige critérios de aquisição, identificação, calibração periódica e registos, e a rastreabilidade liga cada instrumento aos padrões nacionais por uma cadeia ininterrupta. O Sistema Internacional tem sete unidades de base, derivadas com e sem nome, prefixos decimais, unidades aceites para uso (hora, grau, litro, tonelada) e convive com sistemas como o imperial, com conversões feitas por fatores exatos. As qualidades do instrumento (resolução, sensibilidade, fidelidade, justeza, exatidão) e a classe de precisão orientam a escolha, apoiada na regra de 1 para 10. Os erros vêm do meio, do instrumento, do operador, da escolha do instrumento e da forma da peça, e previnem-se com procedimento: zero, limpeza, aclimatação, força constante, alinhamento, repetição e registo. O nónio lê frações da divisão, a resolução é a diferença entre uma divisão da principal e uma do nónio, e aplica-se ao paquímetro, ao goniómetro e, por analogia, ao micrómetro. As réguas, paquímetros e micrómetros medem diretamente, os compassos e a suta transportam medidas, e as réguas, os esquadros, os escantilhões, os comparadores, os calibres, os verificadores de roscados e o rugosímetro verificam. O controlo metrológico abrange as áreas dimensional, da temperatura, das massas, elétrica, do tempo, da intensidade luminosa, das pressões e outras.

Exercícios resolvidos

1. Qual é a diferença entre o papel do IPQ e o do IPAC?

Resolução: o IPQ coordena o Sistema Português da Qualidade e é o organismo nacional de normalização e a instituição nacional de metrologia; o IPAC é o organismo nacional de acreditação, que avalia a competência de laboratórios, entidades certificadoras e de inspeção.

2. Converte 3/8" e 5/16" para milímetros.

Resolução: 3/8 = 0,375 in; 0,375 × 25,4 = 9,525 mm. 5/16 = 0,3125 in; 0,3125 × 25,4 = 7,9375 mm, cerca de 7,94 mm.

3. Um voltímetro de classe 2 com escala de 0 a 100 V indica 40 V. Qual é o erro máximo absoluto e o erro relativo máximo?

Resolução: erro máximo = 2 % × 100 = 2 V; erro relativo = 2 ÷ 40 = 5 %.

4. Calcula a resolução de um nónio em que 25 divisões ocupam 24 mm, com escala principal em milímetros.

Resolução: cada divisão do nónio vale 24 ÷ 25 = 0,96 mm; resolução = 1 − 0,96 = 0,04 mm (igual a 1 ÷ 25).

5. Paquímetro de 1/20: escala principal 31 mm, coincide o 7.º traço. Leitura?

Resolução: 7 × 0,05 = 0,35 mm; leitura = 31 + 0,35 = 31,35 mm.

6. Micrómetro: bainha com 4 mm e o traço de meio milímetro visível; tambor na divisão 18. Leitura?

Resolução: 4 + 0,5 + 18 × 0,01 = 4,5 + 0,18 = 4,68 mm.

7. Um paquímetro fechado lê +0,05 mm. A peça é lida em 12,40 mm. Qual é a medida corrigida?

Resolução: 12,40 − 0,05 = 12,35 mm.

8. Uma barra de aço de 2 000 mm sofre uma subida de 15 K em relação a 20 °C. Quanto dilata? (α = 12 × 10⁻⁶ K⁻¹)

Resolução: ΔL = 2 000 × 12 × 10⁻⁶ × 15 = 2 000 × 0,000 012 × 15 = 0,024 × 15 = 0,36 mm.

9. A tolerância de uma cota é de 0,06 mm. Que resolução máxima exige a regra de 1 para 10?

Resolução: 0,06 ÷ 10 = 0,006 mm. Nenhum paquímetro serve; é preciso um micrómetro de 0,001 mm ou um comparador de alta sensibilidade.

10. Uma peça de 40 ± 0,2 mm foi medida em 40,25 mm. Está conforme?

Resolução: limites 39,8 e 40,2 mm; 40,25 > 40,2: não conforme.

11. Converte 54 km/h em m/s e 2,5 MW em W.

Resolução: 54 ÷ 3,6 = 15 m/s; 2,5 MW = 2,5 × 1 000 000 = 2 500 000 W.

12. Um calibre passa/não-passa para um furo de 10 mm H7 (0 a +0,015 mm): o lado "passa" entra e o "não-passa" também entra. Decisão?

Resolução: o furo excede o limite máximo de 10,015 mm: não conforme, demasiado largo.