O valor da termografia para a manutenção preventiva

Projeto de normas técnicas

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Rodrigo Cunha

No passado, os programas de manutenção de instalações industriais baseavam seu nível de manutenção preventiva no grau de riscos e consequências. Basicamente, isso significava: “Qual a probabilidade de haver uma falha e quanto dano isso causaria?” Se a resposta a essa pergunta fosse “pouco”, muitas instalações optavam por uma abordagem mais casual e reativa para a manutenção.

Uma das razões para adotar tal abordagem era que a manutenção preventiva exigia experiência significativa e equipamento e software complexos. Porém, duas coisas mudaram desde então. Primeiro: a produção agora funciona tão enxuta que o impacto do tempo ocioso é muito alto, mesmo na média, para incentivar pelo menos a prática de manutenção preventiva. Segundo: a tecnologia de inspeção está muito mais avançada, reduzindo o custo e o conjunto de habilidades exigidas para programas de manutenção preventiva (PdM).

Muitas empresas estão descobrindo que a manutenção preditiva além de apresentar melhor relação custo benefício, é mais eficiente do que a manutenção preventiva, uma vez que não é necessária a utilização de equipes para executar manutenção preventiva em máquinas que não apresentam problemas. A manutenção preventiva ainda é relativamente nova, mas já tem produzido resultados. Segundo o Programa Federal de Gerenciamento de Energia dos EUA, o tempo ocioso não planejado devido a falhas de equipamentos custa aos fabricantes até 3% de sua receita. Já a manutenção preditiva pode alcançar entre 8% e 12% de economia em comparação com métodos de manutenção reativos comuns. Um programa de manutenção preditiva emprega diversas técnicas de inspeção, desde a visualização térmica até o teste de vibração, ultrassom, monitoração baseada na condição, teste elétrico básico, entre outras.

O valor do uso de câmeras infravermelhas para a manutenção preventiva

Este artigo lida especificamente com aplicações de PdM para termovisores, também chamados de câmeras termográficas. A principal razão de mais empresas adotarem a PdM é o fato dela melhorar a qualidade e reduzir o custo da manutenção. A inspeção por infravermelho é um local comum para começar. Isso porque o primeiro indicador de muitos problemas elétricos e mecânicos comuns é um aumento na temperatura. Um termógrafo pode descobrir possíveis zonas problemáticas rapidamente ao inspecionar todo o sistema eletromecânico com um termovisor a partir de uma distância segura, sem interromper a operação. As vantagens de uma inspeção por infravermelho incluem:

– Reduzir o tempo ocioso. As inspeções por infravermelho são feitas com o equipamento em funcionamento, então, elas não causam tempo ocioso. Além disso, os problemas normalmente são encontrados mais cedo, causando menos tempo ocioso emergencial.

– Aumento da capacidade de produção e da qualidade. Os processos são otimizados porque problemas sutis são encontrados e tratados antes que causem um impacto importante na produção.

– Segurança. Inspeções regulares com um termovisor de alta resolução podem encontrar rapidamente uma ampla variação de problemas potencialmente perigosos antes que causem resultados catastróficos.

– Aumentar a receita. Mais tempo produtivo significa mais receita. E com a redução da manutenção dos componentes que se encontram em bom estado e da maior rapidez de consertos, os custos são reduzidos, o que produz maior lucro total.

– Custos com inventário e transporte de peças de reposição reduzido. Com a melhor compreensão da probabilidade e do momento para o reparo ou necessidades de substituição, o inventário de peças pode ser gerenciado e os custos de transporte reduzidos.

– Previsões mais confiáveis. Encontrar os problemas precocemente permite que a equipe das instalações programe adequadamente as atividades de manutenção corretiva quando funcionários e recursos estiverem disponíveis.

Manutenção preventiva mais eficiente

Para aplicações de inspeção de manutenção preventiva em situações potencialmente perigosas e/ou críticas, como instalações elétricas, processamento de produtos químicos, usinas de energia nuclear, centros de dados e operações financeiras, é fundamental ter o máximo possível de informações de diagnóstico para identificar mudanças repentinas. Por isso, em ambientes extremos, o técnico precisa ter em mãos um termovisor com recursos capazes de oferecer um alto nível de detalhamento de maneira rápida e fácil, como:

– Câmeras de alta resolução em ação. As aplicações nas áreas de petróleo, química, elétrica, energia nuclear, produção de cimento e aço, que implicam temperaturas extremas e condições potencialmente arriscadas, podem se beneficiar do nível de detalhes fornecidos pelas imagens infravermelhas de alta resolução.

Um bom exemplo da importância da resolução é durante a inspeção de isolamento refratário. A temperatura emitida pela estrutura refratária mantém os inspetores à distância, mas o técnico ainda precisa ser capaz de observar pequenas mudanças para prever quando os reparos serão necessários. Uma câmera infravermelha é fundamental para ter a capacidade de observar as alterações instantâneas enquanto há tempo para evitar um problema muito maior. Como essas estruturas tendem a ser muito altas, é preciso uma câmera que possa capturar imagens nítidas e claras de toda a estrutura, inclusive o topo. Desta forma, a câmera infravermelha varre toda a estrutura a partir do solo e depois amplia onde for encontrada uma anomalia. As imagens em alta resolução garantem que sejam vistos detalhes nítidos da anomalia, como fissuras em elementos estruturais, para ajudá-lo a decidir se é necessária atenção imediata.

Clique na figura para uma melhor visualização

Outras áreas de aplicações para câmeras infravermelhas incluem:

– Monitorar e medir as temperaturas e condições em torno de grandes motores ou outros equipamentos rotativos.

– Identificação de vazamentos e determinados níveis de fluidos em vasos e tanques selados.

– Monitorar o desempenho do isolamento em tubos de processos ou outros processos isolados.

– Encontrar conexões com falhas em circuitos elétricos e equipamentos de alta potência.

– Localizar disjuntores sobrecarregados em um painel de energia.

– Identificar fusíveis na/próximo a sua capacidade de corrente nominal ou que estejam inadequadamente instalados.

– Identificar problemas no mecanismo de distribuição elétrica.

– Tendências da temperatura de processo.

– Monitoração de eficiência operacional de equipamentos e sistemas de produção especializados.

Uma vez que a temperatura é uma das principais maneiras de detectar qualquer tipo de anomalia em um processo produtivo, fica clara a importância dos termovisores para auxiliar no processo de resolução de problemas do dia a dia do meio industrial. Por isso, diversas aplicações e modos de utilização ainda surgirão com esta finalidade. A manutenção preditiva por meio da termografia promove a redução da manutenção corretiva, dos custos de manutenção e do consumo de energia elétrica, além de contribuir para o aumento da eficiência operacional dos sistemas.

Rodrigo Cunha é gerente de Produto e Aplicação da Fluke do Brasil.

Livro: Incerteza de medições para ensaios físico-químicos

“Escrevi este livro para tornar os analistas proficientes na estimativa das incertezas de medições, sem traumatizar com a Estatística, analistas interessados pelo assunto, obrigatório para a acreditação dos laboratórios, que encontrarão um novo modo de explicar os conceitos empregados na rotina diária. Um texto para auxiliar os analistas na interpretação dos seus resultados, com o passo a passo detalhado, enfoque prático e cálculos no Excel para os profissionais usarem no seu dia a dia”. Com essa ideia na mente, Paulo Afonso Lopes está lançando o livro Incerteza de medições para ensaios físico-químicos – Como tornar-se um analista proficiente e conhecedor de uma nova estatística.

É uma publicação com abordagem original e que não pressupõe conhecimentos de estatística. Inclui um roteiro prático, após um passo a passo para a calcular as incertezas de medições de ensaios físico-químicos com o auxílio do Excel, cujos conceitos podem ser utilizados para calibrações, mas não para ensaios microbiológicos. Adicionalmente, explica os porquês dos conceitos estatísticos, tornando os analistas capazes de entenderem o que precisa ser feito e o significado dos seus resultados. Em resumo, um livro para analistas que sentem prazer em estarem em um laboratório e desejam saber como a estatística funciona para os auxiliar nas suas tomadas de decisão.

O autor é Ph.D. (FIT/USA), Estatístico (ENCE/IBGE), Fellow, American Society for Quality, Membro da Academia Brasileira da Qualidade, Professor do IME-Instituto Militar de Engenharia, Consultor de Estatística em Laboratórios da FUNED/MG, SENAI/SC e SENAI/RS.  Estatístico Especialista do Inmetro. Foi Adjunct e Visiting Professor: FIT e Univ. Wisconsin-La Crosse, USA, e consultor: RILAA/OPAS e GGLAS/Anvisa.

Para Paulo, é desnecessário (e seria imprudente) tentar transformar todos os analistas em estatísticos qualificados. No entanto, os analistas aprenderão um pouco do vocabulário estatístico, compreenderão algumas das armadilhas na realização das análises, saberão fazer perguntas com fundamento, irão interagir de modo mais produtivo com outros profissionais e obterão resultados considerados válidos, que serão compreendidos e interpretados corretamente.

Os analistas serão capazes de entenderem o que precisa ser feito e o real significado dos resultados em relação à teoria e à prática, identificando a informação estatística mais útil a partir dos estudos particulares das suas especializações. Por essas razões, o caráter do texto é eminentemente prático, no sentido de que possam usar rotineiramente as ferramentas estatísticas e serem capazes de interpretar os resultados. Adicionalmente, para atender àqueles que desejam ir um pouco além, foram incluídos conceitos dessas ferramentas, com o mínimo de formulação matemática para conhecerem o porquê das coisas, não apenas para compreenderem o que os métodos estatísticos têm a dizer, mas também o que não nos dizem para obterem-se conclusões razoáveis com base nas análises realizadas.

Este livro é para os analistas que sentem prazer em estarem em um laboratório e desejam saber como a estatística funciona para os auxiliarem nas suas tomadas de decisão. E quem pode se beneficiar com a sua leitura? Os analistas de laboratórios de ensaios físico-químicos que desejam avaliar, estatisticamente, as incertezas dos resultados obtidos no seu dia a dia, e que nunca precisarão falar o seguinte, de autor desconhecido: “Se eu tivesse apenas uma hora de vida, desejaria passar em uma aula de estatística, porque iria parecer uma eternidade…”.

O que eu preciso saber sobre o livro? O original enfoque deste livro é na abordagem dos conceitos estatísticos básicos, lidados com a flexibilidade necessária para a preparação dos analistas que não precisam ter nenhum conhecimento do assunto. Os pré-requisitos para se compreender os conceitos são alguma familiaridade com a matemática elementar e o uso de computadores, tablets smartphones.

O que este livro contém? Muitas explicações dos diferentes princípios, técnicas e ferramentas, usadas para aplicar os conceitos estatísticos na estimativa das incertezas das medições, com os métodos tradicionais, atualmente utilizados pelos laboratórios, auxiliando o analista de hoje naquilo que ele deve fazer agora e no futuro: escolher as apropriadas técnicas para os seus projetos a partir da multiplicidade delas.

Assim, esse livro auxilia nessa tomada de decisão. Todo o material aqui contido está em plena harmonia com o documento Avaliação de dados de medição – Guia para a expressão de incerteza de medição (GUM 2008), publicado pelo Inmetro (conhecido como GUM 2008), e com o Guide CG 4 – Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement. 3rd. ed., 2012, da Eurachem/Citac. A nomenclatura relativa aos termos gerais da metrologia segue o que consta no Vocabulário Internacional de Metrologia: conceitos fundamentais e gerais e termos associados (VIM 2012).

O livro apresenta um conhecimento abrangente de métodos para determinar a estimativa das incertezas de medições por meio de conceitos logicamente apresentados, podendo também ser utilizado para o estudo individual. O autor seguiu o princípio da navalha de Ockham no que se refere à parcimônia e à elegância do material apresentado: “Se em tudo o mais forem idênticas as várias explicações de um fenômeno, a mais simples é a melhor. Você verá, imediatamente, que esse livro não é igual a outros textos relativos à estimativa das incertezas de medições”.

Enfim, o livro tem uma abordagem original e sem precisar de conhecimentos de estatística, possui um passo a passo para os analistas calcularem as incertezas com o Excel, explica os porquês dos conceitos para interpretarem resultados e visa torná-los proficientes no assunto.

Preço do livro físico R$ 50,00

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Preço do e-book R$ 25,00

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A calibração de máquinas de ensaio de tração/compressão

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O projeto de um componente mecânico ou equipamento industrial requer conhecimento das propriedades dos materiais disponíveis. Durante a seleção de um tipo de material para o projeto são avaliadas as suas propriedades mecânicas e seu comportamento mecânico. A determinação das propriedades mecânicas é realizada através de ensaios normalizados. A maioria destes ensaios é destrutiva isto é, promovem a ruptura (ou grandes deformações) no corpo de prova (ensaio de tração, impacto, fadiga, fluências, dobramentos, etc.). Existem ainda os ensaios não destrutivos (ultrassom, magna flux e outros), que visam não inutilizar a peça ensaiada.

Um dos ensaios mecânicos de tensão-deformação mais usados é executado sobre carga de tração. O ensaio de tração consiste na aplicação gradativa de carga de tração uniaxial nas extremidades de um corpo de prova especificado.

No ensaio de tração submete-se um corpo de prova a um esforço, que tende a alongá-lo ou até mesmo esticá-lo até a sua ruptura. Os esforços ou cargas aplicadas ao mesmo são medidas na própria máquina de ensaio. Geralmente, este ensaio é realizado utilizando-se um corpo de prova de formas e dimensões padronizadas, para que os resultados obtidos possam ser comparados, ou, dependendo da finalidade do ensaio, suas informações possam ser usadas tecnicamente.

Tensão é definida genericamente como a resistência interna de uma força externa aplicada sobre um corpo, por unidade de área. Deformação é definida como a variação de uma dimensão qualquer desse corpo, por unidade da mesma dimensão, quando submetido a um esforço qualquer. Se uma carga é estática ou se ela se altera de maneira relativamente lenta com o tempo, e é aplicada uniformemente sobre uma seção reta ou superfície de um componente, o comportamento mecânico pode ser verificado mediante ensaios de tensão–deformação, os quais são normalmente realizados para metais à temperatura ambiente.

O resultado de um ensaio de tração é registrado na forma de um gráfico ou diagrama relacionando a carga em função do alongamento. Como as características carga de formação são dependentes do tamanho da amostra (quanto maior a área da seção reta do corpo de prova, maior a carga para produzir o mesmo alongamento), utiliza-se a normalização da carga e do alongamento de acordo com os seus parâmetros de tensão de engenharia e deformação de engenharia, para minimizar os fatores geométricos. O ensaio de tração pode ser utilizado para avaliar diversas propriedades mecânicas dos materiais de grande importância em projetos de máquinas e equipamentos mecânicos; é também bastante utilizado como teste para o controle das especificações da matéria prima fornecida.

O ensaio de tração pode ser realizado por uma máquina universal de ensaios, que também executa ensaios de compressão e flexão. A função básica destas máquinas é plotar um diagrama de carga versus deslocamento. Uma vez gerado o diagrama, pode-se manualmente calcular a tensão de escoamento com os simples recursos geométricos de lápis e régua, ou via um algoritmo computacional acoplado. Neste caso, é também calculado o módulo de Elasticidade E, a tensão limite de ruptura e o alongamento total. Quanto ao tipo de operação, as máquinas de ensaio podem ser eletromecânicas ou hidráulicas. A diferença entre elas é a forma como a carga é aplicada. Em qualquer caso a referência é para diferenciar máquinas de carregamento estático, quase estático e dinâmico.

A NBR ISO 7500-1 de 12/2016 – Materiais metálicos – Calibração e verificação de máquinas de ensaio estático uniaxial – Parte 1: Máquinas de ensaio de tração/compressão – Calibração e verificação do sistema de medição da força especifica a calibração e a verificação das máquinas de ensaio à tração/compressão. A verificação consiste em: uma inspeção geral da máquina de ensaio, incluindo seus acessórios para a aplicação de força; uma calibração do sistema de medição de força da máquina de ensaio; uma confirmação de que as características de desempenho da máquina de ensaio alcançam os limites dados para uma classe especificada.

Esta parte da NBR ISO 7500 trata da calibração e da verificação estática de sistemas de medição de força. Os valores de calibração obtidos não são necessariamente válidos para ensaios em alta velocidade ou para aplicação em ensaios dinâmicos. Informações adicionais relativas aos efeitos dinâmicos são dadas na Bibliografia.

A calibração da máquina de ensaio somente deve ser realizada se a máquina estiver em boas condições de funcionamento. Portanto, uma inspeção geral da máquina deve ser realizada antes da calibração do sistema de medição de força da máquina (ver Anexo A). Boas práticas metrológicas requerem uma calibração anterior a qualquer manutenção ou ajuste da máquina de ensaio para determinar as condições de uso da máquina, tal como encontrada.

Informação sobre a inspeção das bases de apoio é fornecida no Anexo B. A incerteza dos resultados de calibração é discutida no Anexo C. Essa calibração deve ser realizada em cada faixa nominal usada e com todos os indicadores de força empregados. Quaisquer dispositivos e acessórios (por exemplo, ponteiro, registrador) que possam afetar o sistema de medição de força devem, quando empregados, ser verificados de acordo com 6.4.6.

Se a máquina de ensaio possuir vários sistemas de medição de força, cada sistema deverá ser tratado como uma máquina de ensaio em separado. O mesmo procedimento deve ser seguido para as máquinas hidráulicas de duplo pistão.

A calibração deve ser realizada com a utilização de instrumentos de medição de força, com a seguinte exceção: se a força a ser calibrada estiver abaixo do limite inferior do instrumento de medição de força de menor capacidade utilizado no procedimento de calibração, devem ser empregados pesos calibrados. Quando for necessário mais do que um instrumento de medição de força para calibrar uma faixa nominal, a força máxima aplicada ao instrumento de menor capacidade deve ser a mesma que a força mínima aplicada ao instrumento de medição de força de maior capacidade a ser utilizado em sequência.

Quando um conjunto de pesos calibrados for utilizado para calibração de forças, o conjunto deve ser considerado um único instrumento de medição de força. A calibração pode ser realizada com forças de indicação constantes, Fi, ou a calibração pode ser realizada com forças de referência constantes, F. A calibração pode ser realizada com o emprego de forças lentamente crescentes para níveis de força crescentes ou forças lentamente decrescentes para níveis de força decrescentes.

A palavra “constante” significa que o mesmo valor nominal de Fi (ou F) é empregado nas três séries de medições (ver 6.4.5). Os instrumentos utilizados para a calibração devem ter rastreabilidade certificada ao Sistema Internacional de Unidades.

O instrumento de medição de força deve cumprir os requisitos especificados na norma NBR ISO 376. A classe do instrumento deve ser igual ou melhor do que a classe na qual a máquina de ensaio deve ser calibrada. No caso de pesos mortos, o erro relativo da força gerada por estes pesos deve estar no intervalo de ± 0,1 %.

A espessura das marcas de graduação da escala deve ser uniforme e a largura do ponteiro deve ser aproximadamente igual à largura de uma marca de referência. A resolução, r, do indicador deve ser obtida a partir da razão entre a largura do ponteiro e a distância entre os centros de duas marcas de graduação de escala adjacentes (intervalo da escala), multiplicada pelo valor da força que uma divisão de escala representa.

As razões recomendadas são 1:2, 1:5 ou 1:10; é requerido um espaçamento de 2,5 mm ou maior para a estimativa de um décimo de uma divisão da escala. Se as leituras variarem mais que o valor previamente calculado para a resolução (com o instrumento de medição de força descarregado e com o motor e/ou mecanismo de acionamento e controle ligado para se determinar a soma de todos os ruídos elétricos), a resolução, r, deve ser considerada igual à metade da variação da oscilação, mais um incremento.

Isto apenas determina a resolução devido ao ruído do sistema e não leva em conta os erros de controle, por exemplo, em máquinas hidráulicas. Para máquinas com variação automática de faixa nominal, a resolução do indicador muda em função da variação da resolução ou do ganho do sistema.

Para o procedimento de calibração, para o alinhamento do instrumento de medição de força, montar os instrumentos de medição de força à tração na máquina, de modo a minimizar quaisquer efeitos de flexão (ver NBR ISO 376). Para o alinhamento de um instrumento de medição de força à compressão, montar os apoios com calota esférica no instrumento, se a máquina não tiver uma cavidade esférica incorporada.

Para calibração à tração e compressão em sistemas de ensaio que não usam apoios de compressão para o ensaio, o instrumento de medição de força deve ser conectado à máquina de ensaios com pinos roscados. Neste caso, o instrumento de medição de força deve ser calibrado de forma similar (isto é, com pinos roscados) e é necessária a rotação do instrumento de medição de força em um ângulo de 120° entre cada série de medições durante a calibração da máquina de ensaios.

Se a máquina tiver duas áreas de trabalho com um mesmo dispositivo de aplicação e indicação de força, uma calibração pode ser realizada, por exemplo, em compressão na área de trabalho superior igual em tração na área de trabalho de baixo e vice-versa. Recomenda-se que o certificado contenha um comentário adequado.

A calibração deve ser realizada a uma temperatura ambiente compreendida entre 10 °C e 35 °C. A temperatura na qual a calibração é realizada deve ser anotada no certificado de calibração. Um período de tempo suficiente deve ser fornecido para permitir que o instrumento de medição de força atinja uma temperatura estável.

A temperatura do instrumento de medição de força não pode variar em mais do que 2 °C do início ao fim de cada série de calibração. Se necessário, as correções de temperatura devem ser aplicadas às leituras (ver NBR ISO 376). Imediatamente antes do procedimento de calibração, o instrumento de medição de força, posicionado na máquina, deve ser pré-carregado pelo menos três vezes entre zero e a força máxima a ser medida.

Emprega-se um ou uma combinação dos seguintes métodos: aplica-se uma força nominal, Fi, indicada pelo indicador de força da máquina; registra-se a força de referência, F, indicada pelo instrumento de medição de força; aplica-se uma força nominal de referência, F, indicada pelo instrumento de medição de força; registra-se a força, Fi, indicada pelo indicador de força da máquina. O termo “nominal” significa que não é necessário repetir exatamente os valores de força em cada série de medições, no entanto, recomenda-se que esses valores sejam aproximados.

Para a aplicação de forças discretas, devem ser realizadas três séries de medições com forças crescentes. Para máquinas que utilizem não mais que cinco níveis discretos de força, cada valor do erro relativo não pode exceder os valores indicados na Tabela 2 para a classe especificada. Para máquinas que utilizam mais do que cinco níveis discretos de força, cada série de medições deve incluir pelo menos cinco níveis de força em intervalos aproximadamente iguais entre 20 % e 100 % do valor máximo da faixa calibrada.

Se uma calibração for conduzida em forças inferiores a 20 % do limite superior da faixa, devem ser realizadas medições suplementares de força. Cinco ou mais forças de calibração diferentes devem ser selecionadas para cada série de forças abaixo de 20 % do limite superior da faixa, de modo que a relação entre duas forças de calibração adjacentes seja nominalmente menor ou igual a 2.

Por exemplo: aproximadamente 10 %, 7 %, 4 %, 2 %, 1 %, 0,7 %, 0,4 %, 0,2 %, 0,1 % etc., abaixo do limite superior da faixa, incluindo o limite inferior de calibração. A série de forças mais baixas pode não ser uma série completa e, por isso, não necessita de cinco pontos de calibração.

O limite inferior do intervalo não pode ser inferior a r multiplicado por: 400 para a classe 0,5; 200 para a classe 1; 100 para a classe 2; 67 para a classe 3. Para máquinas de ensaio com indicador de variação automática da faixa nominal, pelo menos duas forças devem ser aplicadas em cada trecho da faixa em que a resolução não muda. O instrumento de medição de força pode ser girado em um ângulo de 120° antes de cada série de medições, e uma pré-carga deve ser realizada.

Para cada força discreta, deve ser calculado o erro de indicação relativo e o erro de repetibilidade relativo do sistema de medição de força da máquina de ensaio (ver 6.5). O indicador deve ser ajustado para zero antes de cada série de medições. A leitura do zero deve ser realizada cerca de 30 s após a força ser completamente removida. No caso de um indicador analógico, deve também ser checado se o ponteiro oscila livremente em torno de zero, e, se um indicador digital for utilizado, se qualquer valor abaixo de zero é claramente mostrado, por exemplo, por um indicador com sinal negativo.

Quando solicitado, o erro de reversibilidade relativo, v, deve ser determinado por meio da realização de uma calibração nos mesmos níveis discretos de força, primeiro com forças crescentes e depois com forças decrescentes. Neste caso, a calibração deve ser realizada utilizando um instrumento de medição de força calibrado para forças decrescentes, de acordo com a NBR ISO 376. Apenas uma série de medições com níveis de forças decrescentes é necessária para determinar o erro de reversibilidade.

A Tabela abaixo fornece os valores máximos permitidos para os diferentes erros relativos do sistema de medição de força e para a resolução relativa do indicador de força, os quais caracterizam a faixa nominal da máquina de ensaio de acordo com a classe apropriada. Quando aplicável, a classificação de uma máquina para todas as faixas, deve ser limitada pela classificação obtida na “verificação dos acessórios”, na “verificação dos efeitos das diferentes posições do pistão” ou no “erro relativo de reversibilidade”. Uma faixa nominal do indicador de força somente deve ser considerada conforme com os requisitos de uma classe se a verificação for satisfatória, no mínimo, entre 20 % e 100 % do valor máximo da faixa calibrada.

Valores característicos do sistema de medição de força (clique na figura para uma melhor visualização)

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Os requisitos desta norma abrangem a maior parte dos componentes de incerteza na calibração de máquinas de ensaio. Ao cumprir com esta norma, a incerteza é explicitamente obtida conforme requerido por algumas normas de acreditação.

Subtrair a incerteza da exatidão permitida pode resultar em dupla contagem da incerteza. A classificação de uma máquina de ensaios calibrada e certificada para atender a uma classe específica não garante que a exatidão, incluindo a incerteza, será menor do que um valor específico. Por exemplo, uma máquina de ensaio que atinja Classe 0,5 não tem, necessariamente, uma exatidão, incluindo a incerteza, menor do que 0,5 %.

Conheça mais sobre o controle da temperatura

Vídeos das palestras

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Assista aos vídeos do Seminário ABQ Qualidade Século XXI – Qualidade no Brasil: Lições a aprender, promovido pela Academia Brasileira de Qualidade (ABQ): http://www.abqualidade.org.br/Eventos/home.php?videos-abq

Cristiano Bertulucci Silveira

O controle de temperatura aplicado na indústria é uma das tecnologias essenciais na fabricação adequada de produtos pois em um processo de fabricação, se a temperatura variar muito acima ou abaixo da faixa ideal necessária para uma determinada fase de um processo de fabricação, os resultados podem ser revestimentos danificados, adesão inadequada, material enfraquecido ou um componente comprometido. Por este motivo, torna-se cada vez mais importante que o fabricante não apenas determine a temperatura adequada para cada etapa de produção, mas também monitore a temperatura dentro deste processo.

Os controladores de temperatura nas operações de fabricação cumprem a seguinte função: São responsáveis por garantir que a etapa do processo opere dentro dos padrões, medindo a temperatura constantemente e comparando e corrigindo com a temperatura especificada (programadas internamente) no controlador. Como resultado, os fabricantes podem descobrir problemas relacionados com a temperatura mais rapidamente e tratá-los quando necessário. Existem três tipos gerais de controles de temperatura que são aplicados durante os processos de fabricação: controle de temperatura ON-OFF, Proporcional e PID.

O controle de temperatura ON/OFF é o mais barato de todos os tipos de controle e também o mais simples em termos de funcionamento pois o seu controle é apenas ligar ou desligar. Por exemplo, no caso de uma temperatura medida ficar abaixo de um certo ponto, os sinais de controle são enviados para a máquina ligar um resistência de forma com que a temperatura se eleve. Da mesma forma, se a temperatura ultrapassar um determinado ponto, o controle de temperatura é acionado para desligar a resistência ou ligar um sistema de resfriamento a fim de baixar esta temperatura.

controle de temperatura on off

Um outro exemplo comum de controle ON/OFF é um termostato doméstico de uma geladeira por exemplo. Quando a temperatura cai abaixo de um certo ponto, o controlador aciona o motor da geladeira para diminuir a temperatura e fazer com que ela volte ao valor programado. Com o ar condicionado funciona da mesma maneira: se a temperatura sobe passando um certo ponto, o controlador aciona o ar-condicionado, fazendo com que a temperatura volte ao estado que foi programada. Controles ON/OFF são freqüentemente usados em processos onde a mudança de temperatura é muito lenta e o controle de temperatura não é necessário.

Ao contrário do controle de temperatura ON/OFF, que só atua quando um limite ajustado é atingido, os controles proporcionais são projetados para responder à mudança de temperatura antes que ela saia da faixa desejada. Essencialmente, os controles proporcionais aumentam ou diminuem a fonte de energia à medida que a temperatura atinge seu limite superior, inferior ou Setpoint, o que retarda ou acelera o aquecimento e ajuda a estabilizar a temperatura.

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Pela Figura 2, podemos ver que a uma variação no tempo do disparo de um rele ou um Triac pode resultar em uma porcentagem da carga em relação a original na saída. Veja que ligando a saída por 5 segundos e deixando ela desligada por mais 15 segundos até ligar ela novamente, fazemos com que o sistema dose a energia de forma com que a carga na saída se mantenha a 25% da energia que poderia vir da carga e existir ali. Veja abaixo outro exemplo em que aumentamos o tempo ligado para 12 segundos e o tempo desligado para 8 segundos. Agora temos uma carga na saída 60% da carga nominal.

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O tempo de ciclo deve ser curto o suficiente para permitir que a massa térmica da carga suavize os pulsos de comutação e neste exemplo utilizamos um ciclo de 20 segundos. Deve-se atentar que alguns sistemas podem necessitar de tempos de ciclo mais curtos do que os que suportados por um relé por exemplo. Nesses casos, um relé de estado sólido é tipicamente usado com tempos de ciclo de até 0,2 segundos.

Na prática, o tempo de ciclo pode não ser uma constante, podendo variar com a demanda da potência. A seguir você pode ver uma animação e entender como variando a largura dos pulsos, podemos dosar a energia e qual o resultado produzido em um diodo (mais ou menos energia para produzir luz):

inversor de frequencia pwm

O controle de temperatura PID combina os chamados controle proporcional com o controle integral e derivativo (PID). Assim, ele permite que o sistema opere dentro de uma banda proporcional da mesma forma que um controle proporcional faz mas com duas características adicionadas que melhoram a regulação global da temperatura. O recurso proporcional permite que o controle reaja às circunstâncias atuais e ajuste adequadamente. Já valor integral leva em consideração a soma de eventos recentes (ou seja, ritmos de controle proporcional passados) e o valor derivado por sua vez determina a reação apropriada com base na taxa com a qual os ritmos passados estão mudando. Combinados, os três usam dados atuais, dados passados e a taxa na qual os dados estão mudando para definir um algoritmo específico de controle de temperatura compensando assim, o erro de temperatura entre a variável de processo e o ponto de ajuste, mantendo uma temperatura constante.

controle-de-temperatura-pid

Em termos simples, PID significa:

P para Proporcional
I para Integral
D para Deirivativo

Ao decidir qual o tipo de controle é melhor para um processo específico, há várias coisas que devemos ter em mente. Em primeiro lugar, considere o tipo de sensor de entrada (termopar ou RTD) e o intervalo de temperatura que o seu processo exige. Em segundo lugar, considere a forma que a saída deve ser associada: relé eletromecânico, SSR ou saída analógica. Em terceiro lugar, decida que tipo de algoritmo de controle é necessário (on/off, proporcional ou PID). Por fim, considere o número e o tipo de saídas necessárias para a aplicação, como calor, resfriamento, alarme e limite. Uma vez que estes fatores foram determinados, será muito mais fácil determinar que tipo de controlador de temperatura é adequado para uma aplicação específica.

O controlador de temperatura é necessário em qualquer situação onde é desejado manter a temperatura estável e controlada. Isto pode ser uma situação onde deseja-se manter objetos quentes ou resfriados e que esta temperatura esteja igual a temperatura alvo (setpoint), independente de mudanças no ambiente. Neste contexto, existem dois tipos fundamentais de controlador de temperatura: o de controle em malha aberta e o de controle em malha fechada sendo que o de controle em malha aberta é a aplicação mais básica de controle de temperatura e nesta aplicação a temperatura real do objeto não é levada em consideração.

controlador-de-temperatura-malha-aberta-malha-fechada

Para que você possa entender melhor o controle em malha aberta, imagine o sistema de ar condicionado de um carro convencional. Em um dia quente, o ar condicionado regulado no máximo deixaria a temperatura confortável, mas por outro lado em um dia frio, a mesma configuração deixaria o ambiente do carro muito gelado pois o controlador de temperatura opera sem considerar a temperatura ambiente.

Para que a temperatura ambiente seja considerada, é necessário a utilização de um sensor que faz a leitura da da temperatura e informa ela ao controlador que por sua vez realiza o controle a fim de manter um valor desejado. Na figura acima podemos ver esta diferença na indústria em que temos o aquecimento de um tanque. No controle em malha aberta o operador deve olhar a temperatura e então agir na válvula manualmente. A válvula opera sem ter o valor exato da temperatura na sua entrada. Por outro lado em malha fechada, a válvula abre e fecha no tempo exato pois ele sabe exatamente como está ficando a temperatura na saída.

Abaixo, você pode visualizar um diagrama de controle em malha aberta:

controlador de temperatura malha aberta

Já o controle em malha fechada é mais sofisticado e nestas aplicações a saída da temperatura é medida e ajustada constantemente a fim de manter constante a temperatura de saída próxima da desejada (setpoint). Como exemplo, podemos citar a medição da temperatura feita pelo sensor de temperatura dentro de um forno que comprada com o setpoint definido no controlador do painel elétrico. O controlador de temperatura por sua vez se encarrega de manter e controlar o processo da forma como deve ser. Veja abaixo um diagrama de controle em malha fechada:

controlador de temperatura em malha fechada

Como vimos, o controlador de temperatura é um dispositivo aplicado para manter uma temperatura desejada em um valor específico. O exemplo mais simples de controlador de temperatura é o encontrado nas geladeiras das residências onde um termostato mede a temperatura do refrigerador e envia a informação para o controlador de forma com que ele comanda o motor da geladeira que por sua vez faz circular gás nas serpentinas que retiram calor interno da geladeira de forma com que a sua temperatura fique dentro da regulada por você. Também temos o exemplo do forno elétrico, onde o controlador monitora a temperatura interna e liga ou desliga a resistência de forma com que a temperatura fique dentro da desejada.

O controlador de temperatura aplicado na indústria opera da mesma forma do que os encontrados nas residências sendo que as aplicações mais comuns são para o controle de aquecimento e resfriamento de fornos, chillers e ar condicionados individuais e centrais. No ambiente industrial utiliza-se vários tipos de sensores que medem a temperatura constantemente e que comparam esta medição com a desejada gerando assim um sinal de correção de forma com que os dispositivos como válvulas proporcionais ou controladores de corrente e tensão ajustem a energia necessária para manter a temperatura desejada.

Algumas das aplicações que podemos encontrar o controlador de temperatura gerenciando a manufatura são em extrusoras de plástico, formadoras térmicas, embalagens, processamento e armazenamento de alimentos, etc. A seguir podemos ver alguns exemplos nestes segmentos:

Tratamento Térmico / Fornos

Os controladores de temperatura são usados em fornos e em aplicações de tratamento térmico tais como fornos cerâmicos, caldeiras e trocadores de calor.

Embalagem

No mundo da embalagem, as máquinas equipadas com barras de vedação, aplicadores de cola, funções de fusão a quente, túneis de encolhimento ou aplicadores de etiquetas devem operar com níveis de temperatura e tempo de processo estabelecidos por padrões de qualidade. Neste quesito, o controlador de temperatura regula com precisão estas operações para garantir a fabricação de produto com alta qualidade.

Plástico

É comum realizar o controle de temperatura na indústria de plásticos em chillers portáteis, secadores e equipamentos de moldagem e extrusão. Em equipamentos de extrusão, o controlador de temperatura é utilizado para monitorar e controlar precisamente temperaturas em diferentes pontos críticos na produção do plástico.

Saúde e Farmacêutico

O controlador de temperatura é  utilizado no setor de saúde para aumentar a precisão. Equipamentos comuns que utilizam estes dispositivos incluem instrumentos de ensaio de laboratório, autoclaves, incubadoras, equipamento de refrigeração, câmaras de cristalização e câmaras de ensaio onde os espécimes devem ser mantidos dentro de parâmetros de temperatura específicos.

Alimentação

As aplicações comuns de processamento de alimentos que envolvem o controlador de temperatura incluem processos que possuem preparação de cerveja, mistura, esterilização e fornos de cozimento e recozimento sendo que nestes processos os controladores regulam a temperatura e/ou tempo de processo para garantir um desempenho ideal.

Todos os controladores de mercado possuem alguns pontos em comum que são as entradas e as saídas. Tipicamente, se você deseja medir algo, você precisa de uma entrada de medição, que neste caso é a temperatura. Após medir, se você deseja controlar algo, entrão você precisará de uma saída.
O controlador de temperatura pode ter diferentes tipos de entradas. Isto porque a entrada depende do tipo do sinal e do sensor especificado para determinado processo. Os 3 tipos de sensores para aplicações de temperatura são os termoacopladores ou termopares, resistivos (RTDs) e termistores.

termopar

Os termopares ou termoacopladores incluem os tipos J, K, T, R, S, B e L entre outros e a letra se caracteriza pela composição dos materiais que compõem os 2 fios do instrumento de medição e pela temperatura que eles suportam. Por possuir um par de fios distintos em termos de materiais, eles também são chamados de termopar. Abaixo, você pode ver uma tabela com a característica mostrando a composição de cada um de cada um. (clique na tabela para uma melhor visualização)

controlador-temperatura-tabela-termopar

 

 

 

 

 

 

 

 

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Os RTDs (Resistance Temperature Detectors) utilizam materiais como a platina em sua composição que suporta temperaturas de até 500ºC ou níquel (um pouco menos estável que a platina). Eles se baseiam na variação da resistividade com a temperatura e por possuírem característica resistivas podem apresentar uma desvantagem com relação ao termopar devido ao fato de que quando a corrente circula pelo RTD, ela provoca aquecimento, que pode interferir na medição da temperatura. Tipicamente o RTD é chamado de PT100 é composto por platina, possuindo 100Ω e é muito encontrados em processos com fornos industriais.

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Os termistores podem ser de dois tipos: NTC ou PTC e são sensores semicondutores que podem ter a varição de resistência de forma proporcional. A resistência pode se elevar com a temperatura (PTC – positive temperature coeficient) ou se comportar de forma inversa em que a resistência diminui com a elevação da temperatura (NTC – negative temperature coeficient).

Os termistores são muito encontrados nas geladeiras, freezers e tanques de refrigeração de bebidas.

Alternativamente, o controlador de temperatura pode possuir entradas de tensão e corrente, permitindo assim a aquisição de sinais de outros tipos de sensores como pressão, nível e fluxo. Entradas típicas de sinais de tensão podem ser de 0 a 5VDC, 0 a 10VDC (mais comum) e 2 a 10VDC. Já para entradas do tipo corrente, podemos encontrar no mercado a de 0 a 20mA e 4 a 20mA (mais comum).

Tipicamente, um controlador de temperatura pode ter incorporado um recurso para detectar quando um sensor de entrada está com defeito ou está ausente. Isso é conhecido como detecção de falha de sensor e sem esta funcionalidade de condição de falha, poderão haver danos significativos ao equipamento a ser controlado caso falhe o sensor pois esse recurso permite que o controlador interrompa o processo imediatamente se uma condição de falha do sensor for detectada.

Da mesma forma que os controladores possuem entradas, eles também possuem saídas sendo que cada saída pode ser utilizada para fazer várias funções, incluindo controle de processo tais como ligar ou desligar aquecimento ou resfriamento, disparar um alarme ou enviar o valor de temperatura para um CLP.

As saídas típicas de um controlador de temperatura incluem reles comuns, reles de estado sólido e saídas analógicas. Uma saída a rele possui tipicamente um polo alinhado com uma bobina de tensão DC. O controlador energiza a bobina do rele, provendo isolação dos seus contatos. Isso permite que os contatos controlem uma fonte de tensão externa capaz de alimentar a bobina de um contator que fará o controle em correntes muito mais elevadas por exemplo.

Outro tipo de saída que pode ser encontrada em um controlador de temperatura é a do tipo SSR. SSR são saídas lógicas que ligam ou desligam um rele de estado sólido. A maioria dos relés de estado sólido requerem de 3 a 32VDC para ligar e um SSR típico com sinal de 10V pode ativar até três relés de estado sólido.

Um triac fornece a função de rele sem peças móveis. É um dispositivo de estado sólido que controla correntes de até 1A e suas saídas podem permitir uma pequena quantidade de corrente de fuga, geralmente menor que 50mA. Esta corrente de fuga não afeta circuitos de contator de aquecimento, mas pode ser um problema se a saída for usada para conectar a outro circuito de estado sólido, como uma entrada de um CLP. Se isso é uma preocupação, um contato de relé padrão seria uma escolha melhor pois fornece corrente zero absoluta quando a saída é desenergizada e os contatos estão abertos.

Saídas analógicas também podem ser encontradas no controlador de temperatura com sinais típicos de 0-10V ou 4-20mA sendo que estes sinais são calibrados de modo a variar em porcentagem da saída. Por exemplo, se um controlador de temperatura estiver enviando um sinal de 0%, a saída analógica será 0V ou 4mA. Da mesma forma, quando o controlador estiver enviando um sinal de 50%, a saída será 5V ou 12mA e quando ele estiver enviando um sinal 100%, a saída será 10V ou 20mA.

Um controlador de temperatura poderá possuir vários parâmetros além do Setpoint. Basicamente o Setpoint é o alvo setado pelo operador e representa o que o controlador precisa manter estável. Por exemplo, uma temperatura nominal de 30°C significa para o controlador que ele deverá manter a temperatura neste valor o tempo todo.

Alarme Alto ou Baixo – Outro parâmetro é o valor de alarme que é utilizado para indicar quando um processo atingiu alguma condição determinada. Há algumas variações nos tipos de alarmes. Por exemplo, um alarme alto pode indicar que a temperatura ficou mais quente do que o valor ajustado e da mesma forma, um alarme baixo pode indicar que a temperatura caiu abaixo do valor ajustado.

Em um sistema de controle de temperatura, um alarme fixo elevado evita que uma fonte de calor danifique o equipamento desligando a fonte se a temperatura exceder algum valor de Setpoint. Um alarme fixo baixo, por outro lado pode proteger o equipamento caso exceda a mínima temperatura evitando o congelamento.

O controlador de temperatura também pode testar um dispositivo de saída danificado, tal como um elemento de aquecimento aberto. Isto pode ser feito verificando a quantidade de sinal de saída e comparando com a quantidade de alteração detectada no sinal de entrada. Por exemplo, se o sinal de saída for 100% e o sensor de entrada detectar qualquer alteração na temperatura após um certo período de tempo sem alterar a saída, o controlador determinará que o loop está quebrado. Esse recurso é conhecido como alarme de Loop.

Alarme de Desvio – Outro tipo de alarme é o alarme de desvio que é ajustado em algum valor em torno do Setpoint. O alarme de desvio monitora o ponto de ajuste do processo e permite que o operador seja notificado quando o processo variar muito em relação ao valor pré-programada do Setpoint.

Alarme de Banda – Uma variação no alarme de desvio é o alarme de Banda e ele será ativado dentro ou fora de uma faixa de temperatura designada. Tipicamente, os pontos deste tipo de alarme são definidos metade acima e metade abaixo do ponto de ajuste do controlador de temperatura. Por exemplo, se o ponto de ajuste for 150° e os alarmes de desvio estiverem ajustados em ± 10°, os alarmes seriam ativados quando a temperatura atingisse 160° no extremo superior ou 140° no extremo inferior. Se o Setpoint for alterado para 170°, o alarme alto ativará a 180° e o alarme baixo a 160°.

Abaixo podemos ver uma Figura com os diferentes tipos de alarmes para um controlador de temperatura.

parametro-alarme-controlador-temperatura

Outro conjunto comum de parâmetros do controlador de temperatura são os parâmetros PID, que significa proporcional, integral, derivada e é uma função de controle avançado que usa feedback do processo controlado para determinar a melhor forma de controlar esse processo. Todo controlador de temperatura, do básico ao mais complexo opera basicamente da mesma forma.

Vimos que basicamente, os controladores controlam ou mantêm alguma variável ou parâmetro com um valor definido e neste sentido existem duas variáveis requeridas pelo controlador que são o sinal de entrada real e valor de Setpoint desejado. O sinal de entrada é também conhecido como o valor do processo e é amostrado muitas vezes por segundo, dependendo do controlador para o efetivo controle

O valor de entrada ou processo, após amostrado, é comparado com o valor de Setpoint e caso o valor real não seja igual ao do Setpoint, o controlador de temperatura gera uma mudança de sinal de saída com base na diferença entre o Setpoint e o valor de processo juntamente com a informação se o valor de processo está se aproximando ou se afastando do Setpoint. Este sinal de saída inicia então algum tipo de resposta para corrigir o valor real de forma que ele busque o Setpoint.

A ação de controle tomada depende do tipo de controlador de temperatura. Por exemplo, se o controlador de temperatura tiver um controle do tipo ON/OFF, será o Setpoint que vai  decidir se a saída precisa ser ligada, ou desligada. O controle ON/OFF é um dos tipos mais simples de controle a ser implementado e ele opera em cima de valores pre definidos. Por exemplo, imagine um controlador de temperatura que foi ajustado para controlar a temperatura dentro de uma sala. Se o Setpoint for 68° e a temperatura real cair para 67°, um sinal de erro mostrará uma diferença de -1°.

O controlador enviará então um sinal para ligar a resistência que gera o calor necessário para elevar a temperatura de volta ao ponto de ajuste de 68°. Uma vez que a temperatura chega a 68°, o aquecedor desliga. Para uma temperatura entre 68 ° e 67 °, o controlador não toma nenhuma ação e o aquecedor permanece desligado. No entanto, uma vez que a temperatura chega a 67 °, o aquecedor vai ligar novamente.

Por outro lado, ao contrário do controle ON/OFF, o controle PID determina o valor de saída exato necessário para manter a temperatura desejada e neste caso a potência de saída pode variar de 0 a 100% (no ON/OFF era somente ligado e desligado). No PID o controlador de temperatura utiliza um tipo de saída analógica sendo o conversor de saída proporcional ao valor da entrada. No entanto, se a saída for um tipo de saída binária, como um rele por exemplo ou um controlador SSR ou triac, a saída deverá ser proporcional ao tempo para obter uma representação analógica.

Um sistema proporcional ao tempo usa tempos de ciclo para proporcionar o valor de saída.  Como exemplo, se o tempo de ciclo for ajustado para 8 segundos, um sistema que pede 50% de energia terá a saída ligada por 4 segundos e desligada por 4 segundos. Contando que o valor de potência não mude, os valores de tempo também não mudariam pois ao longo do tempo, a potência foi calculada em média para o valor de 50% comandado (metade ligado e metade desligado). Se a potência de saída precisasse ser 25%, então para o mesmo tempo de ciclo de 8 segundos, a saída estaria ligada por 2 segundos e desligada por 6 segundos. Veja figura abaixo:

pid-controlador-temperatura

Se os pulsos forem iguais (4s ligado e 4 segundos desligado), um tempo de ciclo mais curto é desejável porque o controlador pode reagir mais rapidamente e mudar o estado da saída para determinadas mudanças no processo. No entanto, devido à mecânica de um rele, um tempo de ciclo mais curto pode encurtar a atuação dele batendo na sua limitação de velocidade de chaveamento. Assim, este tempo não é recomendável ser inferior a 2 segundos.

Para dispositivos de comutação de estado sólido como um controle SSR ou triac, os tempos de comutação podem ser bem melhores e como falado, tempos de comutação mais longos, independentemente do tipo de saída, permitem uma maior oscilação no valor do processo. A regra geral é que, somente se o processo permitir, quando uma saída de rele for usada, um tempo de ciclo mais longo deve ser pensado.

Características adicionais

Comunicação – O controlador de temperatura também pode ter vários recursos opcionais adicionais. Um deles é a capacidade de comunicação. Um link de comunicação permite que o controlador se comunique com um CLP ou um computador permitindo a troca de dados entre o controlador de temperatura e o CLP. Um exemplo de troca de dados típica seria um computador som sistema SCADA conectado ao CLP que por sua vez recebe a informação da temperatura do controlador que está lendo o valor do processo.

Setpoint Remoto – Uma segunda opção é um Setpoint remoto. Esse recurso permite que um dispositivo remoto, como um CLP ou computador altere o Setpoint do controlador de temperatura. Neste caso, ao contrário da capacidade de comunicação mencionada acima, a entrada de Setpoint remoto utiliza um sinal de entrada analógico linear que é proporcional ao valor de Setpoint. Isso fornece maior flexibilidade ao operador para alterar o Setpoint de um local remoto. Com relação ao sinal, um sinal típico pode ser 4-20 mA ou 0-10 VDC.

Configuração por Software – Outro recurso comum fornecido com o controlador de temperatura é a capacidade de configurá-lo usando um software especial em um computador conectado via um link de comunicação. Isso permite uma configuração rápida e fácil do controlador e também a opção de salvar configurações para uso futuro.

Entrada Digital – Outra característica comum é a entrada digital. que pode trabalhar em conjunto com um Setpoint remoto permitindo selecionar o Setpoint local ou remoto para o controlador. Também pode ser usado para selecionar entre o Setpoint 1 e o Setpoint 2 conforme programado no controlador de temperatura. As entradas digitais também podem redefinir remotamente um dispositivo caso ele entre na condição de limite.

Outras características opcionais incluem uma fonte de alimentação do transmissor que pode ser usada para alimentar um sensor de 4-20mA por exemplo. Esta fonte de alimentação poderia ser usada para fornecer alimentação de 24VDC até no máximo de 40mA.

Display – Em algumas aplicações, um display de duas cores também pode ser uma característica desejável, facilitando a identificação de diferentes estados do controlador. Alguns produtos também possuem monitores que podem mudar de vermelho para verde ou vice-versa dependendo de condições pré-programadas, como por exemplo mostrar em vermelho uma condição de alarme. Assim, nenhum alarme poderia ser mostrado por um display verde, mas se um alarme estiver presente, o visor ficaria vermelho.

O controlador de temperatura pode ser encontrado em diferentes tipos com uma vasta gama de recursos e capacidades. Há também muitas maneiras de categorizar os controladores de acordo com suas capacidades funcionais.

Loop único ou Multi-loop

Em geral, o controlador de temperatura é de loop único ou multi-loop. O controlador de loop único possui uma entrada e uma ou mais saídas para controlar um sistema térmico. Já os controladores multi-loop possuem múltiplas entradas e saídas capazes de controlar vários loops em um processo. Com mais loops de controle é possível controlar mais funções do sistema de processo.

controlador-de-temperatura-loop

O controlador de temperatura de loop único pode ser encontrado no mercado na sua forma básica em que mudanças de Setpoint devem ser realizadas de forma manual e na forma mais sofisticados que seja capaz de executar automaticamente até oito mudanças de Setpoint ao longo de um determinado período de tempo.

Analógico

controlador-de-temperatura-analógicoO tipo de controlador de temperatura mais simples e básico é o controlador analógico. Controladores analógicos são de baixo custo, simples e versáteis o suficiente para um controle de processo robusto e confiável em ambientes industriais severos, incluindo aqueles com ruídos e interferências significativas. Neste tipo, o display do controlador é tipicamente um botão giratório.

Os controladores analógicos são usados principalmente em sistemas térmicos não críticos ou não sofisticados que necessitam apenas de controle de temperatura ON-OFF. Um controlador de temperatura analógico básico aceita termopares ou entradas RTD e oferece opcionalmente o modo de controle de potência percentual para sistemas sem sensores de temperatura. Sua desvantagem básica é a falta de exibição de informação legível e a falta de sofisticação para tarefas de controle mais desafiadoras. Além disso, a ausência de qualquer capacidade de comunicação limita a sua utilização para aplicações simples, tais como comutação ON/OFF em elementos de aquecimento ou dispositivos de arrefecimento.

Controlador de Controle de Limite

controlador-de-temperatura-limiteEstes tipos de controladores realizam o controle de limite de segurança sobre a temperatura do processo sendo que neste caso eles não possuem capacidade para controlar a temperatura por conta própria. Simplificando, os controladores de limite são dispositivos de segurança independentes para serem utilizados ao lado ou em conjunto com um controlador de loop de controle existente. O controlador de temperatura de limite é capaz de aceitar termopar, RTD ou entradas de processo com limites ajustados para alta ou baixa temperatura, assim como um controlador comum. O limite de travamento deve ser definido por um operador conforme necessidades do processo. Um exemplo típico seria uma segurança definida para um forno. Se o forno exceder alguma temperatura definida, o dispositivo limite desligaria o sistema a fim de evitar danos ao forno e possivelmente qualquer produto que possa ser danificado por temperaturas excessivas.

Controlador de Temperatura de Uso Geral

controlador-de-temperatura-uso-geralOs controladores de temperatura de uso geral são usados para controlar a maioria dos processos típicos na indústria. Normalmente, eles possuem uma variedade de tamanhos DIN, saídas múltiplas e funções de saída programáveis. Estes controladores também podem executar o controle PID em situações que possuem esta demanda e são tradicionalmente colocados no painel frontal com o visor para facilitar a acessibilidade do operador.

A maioria dos controladores de temperatura digitais modernos podem calcular automaticamente os parâmetros PID para obter o melhor desempenho do sistema térmico usando seus algoritmos de auto-ajuste incorporados. Estes tipos de controlador de temperatura possuem uma função pré-tune responsável por calcular inicialmente os parâmetros PID para um processo e definir uma função de sintonia contínua para refinar constantemente os parâmetros PID. Isso permite uma configuração rápida, economia de tempo e redução de desperdício.

Controlador de Temperatura para Acionamento de Motor de Válvula

controlador-de-temperatura-valvulaUm tipo especial de controlador de uso geral é o controlador de temperatura para acionamento de motor de válvula (VMD). Estes controladores são projetados especificamente para controlar motores de válvulas aplicados em processos de fabricação, tais como controle de queimador de gás em uma linha de produção. Neste tipo de controlador, algoritmos de ajuste especiais dão um controle preciso e uma reação de saída rápida sem a necessidade de feedback de slidewire ou conhecimento excessivo em algoritmos de ajuste de PID. Os controladores VMD controlam a posição da válvula em algum lugar entre 0% a 100%, dependendo das necessidades energéticas do processo industrial.

Controlador de Perfil de Temperatura

controlador-de-temperatura-perfilO controlador de temperatura do tipo perfil, também chamado de controlador de rampa de imersão permite aos operadores programar uma série de setpoints e o tempo para chegar em cada setpoint. Programar uma mudança de setpoint é chamado de rampa e o tempo para permanecer em cada setpoint é chamado de soak ou dwell. Uma rampa ou um soak é considerado um segmento. Um controlador de temperatura perfilador oferece a capacidade de inserir um número de segmentos para permitir perfis complexos de temperatura sendo que estes podem ser armazenados como receitas pelo operador. A maioria dos perfiladores permitem o armazenamento de várias receitas para uso posterior sendo que os perfiladores menores podem permitir quatro receitas com dezesseis segmentos cada um.

O controlador de temperatura de perfil é capaz de executar perfis de rampa e imersão tais como mudanças de temperatura ao longo do tempo juntamente com a duração de espera e imersão/ciclo sem a necessidade de um operador. Aplicações típicas para controladores de perfil incluem tratamento térmico, recozimento, câmaras ambientais e fornos de processo complexos.

Controlador de Temperatura Multi Loop

controlador-de-temperatura-multi-loopAlém do controlador de temperatura de loop único que pode controlar apenas um loop de processo, os controladores de loop múltiplo podem controlar mais de um loop, o que significa que eles podem aceitar mais de uma variável de entrada. De um modo geral, um controlador multi-loop pode ser pensado como um dispositivo com muitos controladores de temperatura individuais dentro de um chassi único. A programação de qualquer um dos loops é semelhante à programação de um controlador de temperatura comum. No entanto, sistemas multi-loop tendem a não ter a tradicional interface de usuário física (sem display ou switches) utilizando em vez disso um link de comunicação dedicado.

Os controladores de loop múltiplo precisam ser configurados por um programa de software especializado em um PC onde o controlador de temperatura pode ser programado e configurado usando a interface de comunicações dedicada. As informações podem ser acessadas através de uma interfaces de comunicações que podem ser DeviceNet, profibus, modbus/RTU, CanOPEN, Ethernet/IP e modbus/TCP.

O controlador de temperatura de malha múltipla fornece um sistema modular compacto que pode operar dentro de um sistema autônomo ou em um ambiente de CLP. Como uma substituição para os controles de temperatura em CLPs, eles fornecem controle PID rápido e poupam o trabalho intensivo de cálculos a partir do processador de um CLP, permitindo taxas mais rápidas de varredura. Como substituto para vários controladores DIN, eles fornecem um único ponto de acesso de software a todos os loops de controle e o custo de instalação é reduzido eliminando muita fiação, recortes de painel e economia de espaço.

Controladores de loop múltiplo fornecem alguns recursos adicionais não disponíveis em controladores tradicionais. Por exemplo, os controladores de loop múltiplo têm maior densidade de loop para um determinado espaço. Alguns sistemas de controle de temperatura de múltiplos laços podem ter até 32 loops de controle em um pacote montado no trilho DIN não muito maior que 8″. Eles também reduzem a fiação por ter um ponto de conexão comum para a fonte de alimentação e interfaces de comunicação.

O controladore de temperatura multi-loop também possui recursos de segurança aprimorados, um dos quais é a ausência de botões onde qualquer pessoa pode alterar configurações críticas. Ao ter controle completo sobre as informações que estão sendo lidas ou escritas para o controlador, o fabricante do equipamento pode limitar as informações que qualquer operador possa ler ou alterar, impedindo que ocorram condições indesejáveis, como a definição de um valor de ajuste muito alto para um intervalo que pode danificar o produto ou a máquina.

Existem tipicamente duas opções de tensão de alimentação quando se trata de controlador de temperatura: baixa tensão (24VAC / DC) e alta tensão (110-230VAC). Controladores podem possuir tamanhos padrão que são referidos por números DIN como 1/4 DIN, 1/8 DIN, 1/16 DIN e 1/32 DIN sendo que DIN é um acrônimo para a tradução aproximada “Deutsche Institut fur Normung”, uma organização alemã de padrões e medições. Para nossos propósitos, o DIN indica simplesmente que um dispositivo está em conformidade com um padrão geralmente aceito para dimensões de painel.
Comparação do tamanho DIN.

controlador-de-temperatura-din

 

Tamanho DIN 1/4 1/8 1/16 1/32
Tamanho em mm 92 x 92 92 x 45 45 x 45 49 x 25
Tamanho em polegadas 3.62 x 3.62 3.62 x 1.77 1.77 x 1.77 1.93 x 0.98

Observando a figura e a tabela podemos ver que o menor tamanho é o 1/32 DIN, que é 24mm×48mm com um recorte de painel correspondente a 22,5mm×45mm. O próximo tamanho é o 1/16 DIN que mede 48mm×48mm com um corte de painel tamanho de 45mm×45mm. O 1/8 DIN é 48mm×96mm com um recorte de painel de 45mm×92mm. Por fim, o tamanho maior é o 1/4 DIN que mede 96mm×96mm com um recorte de painel de 92mm×92mm.

É importante notar que as normas DIN não determinam a profundidade de um controlador atrás de um painel. Elas apenas determinam as dimensões do painel frontal e dimensões do painel de corte.

Em alguns casos, é desejável que um controlador de temperatura tenha algum tipo de aprovação de um instituto ou agência para garantir que o controlador atenda a um conjunto mínimo de padrões de segurança. O tipo de aprovação depende do país em que o controlador será utilizado sendo que o registro mais comum de aprovação, UL e cUL, aplica-se a todos os controladores usados nos EUA e no Canadá. Geralmente, há uma certificação requerida para cada país e no Brasil temos o INMETRO. Para controladores que são usados em países da União Européia, a aprovação CE é necessária. Um terceiro tipo de aprovação é FM e isso se aplica apenas a dispositivos de limite de controladores nos EUA e no Canadá.

Cristiano Bertulucci Silveira é engenheiro eletricista pela Unesp com MBA em Gestão de Projetos pela FVG e certificado pelo PMI. Atuou em gestão de ativos e gestão de projetos em grandes empresas como CBA-Votorantim Metais, Siemens e Votorantim Cimentos. Atualmente é diretor de projetos da Citisystems –cristiano@citisystems.com.br – Skype: cristianociti

Verificação, qualificação, certificação: qual destas ferramentas de teste é a mais adequada?

Normas comentadas

NBR 14039 – COMENTADA de 05/2005Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV – Versão comentada.

Nr. de Páginas: 87

NBR 5410 – COMENTADA de 09/2004Instalações elétricas de baixa tensão – Versão comentada.

Nr. de Páginas:209

Richard Landim, especialista em produtos da Fluke Networks Brasil

À medida que as redes crescem e se transformam, o desempenho do cabeamento torna-se crítico no que diz respeito à qualidade do serviço entregue. Os administradores e usuários estão constantemente demandando novas tecnologias, serviços e melhor performance, o que, inevitavelmente, requer infraestrutura de rede avançada, confiável e segura.

Neste cenário, as ferramentas de teste de cabeamento tornaram-se essenciais para que instaladores, empreiteiros e técnicos garantam a qualidade e evitem falhas na infraestrutura da rede. Essencialmente existem três maneiras para se testar uma instalação de cabeamento: verificação, qualificação e certificação. Mas é preciso analisar cada tipo de teste para que o usuário certifique-se qual ferramenta melhor atende às suas necessidades.

O cabeamento está conectorizado corretamente? Os testes de verificação respondem a esta pergunta. Para o cabeamento de cobre, essas ferramentas de baixo custo e simples de utilizar realizam funções de continuidade básicas, como pinagem e geração de tons. A pinagem dirá que cada par está conectado aos pinos certos em plugues (machos) e soquetes (fêmeas) com bons contatos nas terminações, enquanto que a geração de tons é usada para auxiliar na identificação de um cabo específico em um grupo ou em uma extremidade remota.

Alguns testadores de verificação incluem um recurso de reflectometria no domínio do tempo (Time Domain Reflectometer, TDR) para ajudar a determinar a distância até a extremidade de um cabo ou um local de problema. Esse tipo de ferramenta também é capaz de detectar se um switch está conectado ao cabo sob teste.

No caso da fibra, um localizador visual de falhas (Visual Fault Locator, VFL) pode servir como ferramenta de identificação, à medida que verifica a continuidade das conexões de fibra para ajudar a encontrar interrupções, conectores e fusões com problemas. Além disso, o localizador visual de falhas verifica a polaridade e a orientação apropriadas das fibras em caixas de passagem, cassetes e DIOs.

Embora a verificação seja ideal para o troubleshooting e realmente a primeira linha de defesa na descoberta de problemas de cabeamento, a maioria dos testes de cabo exige mais do que uma simples verificação. Como consequência, raramente é o único método utilizado, a menos que esteja testando aplicações apenas de voz POTS (serviço telefônico convencional) rodando sobre cabos de voz simples como os de Categoria 3.

Sozinhos, os testes de verificação não averiguarão a capacidade do cabeamento para comportar aplicações específicas. E certamente não resultarão na capacidade de garantir as normas de conformidade necessárias para uma garantia de fabricante.

O cabeamento pode suportar a aplicação desejada? Os testadores de qualificação incluem a funcionalidade de verificação, porém são mais sofisticados, capazes de qualificar a largura de banda do cabeamento. A qualificação fornece as informações necessárias para determinar se o cabeamento sob teste suportará a sinalização para aplicações específicas.

Combinados com o recurso de verificação, os testadores de qualificação também são excelentes ferramentas na solução de problemas. São ideais para pequenas adições, movimentos e alterações ou para a configuração de uma rede temporária que precisa estar qualificada a uma tecnologia de rede específica.

Também podem ajudar a decidir se uma planta de cabeamento existente precisa ser atualizada para comportar uma nova aplicação. Mas como os testes de verificação, a qualificação não realiza a certificação exigida pelos fabricantes de cabeamento ou pelas normas atuais.

O cabeamento cumpre as normas do setor? Os testadores de certificação são a única resposta para esta pergunta. Usados por instaladores/fornecedores e gerentes de unidades empresariais para assegurar que o novo cabeamento satisfaça plenamente aos requisitos das normas de cabeamento como a nova TIA-568.3-D, uma ISO 11801 ou a nossa ABNT NBR 14565, a certificação é a mais rigorosa de todos os testes de cabo. É exigida pelos fabricantes de cabeamento para receber uma garantia.

A certificação inclui todos os testes que entram na verificação e na qualificação, mas também realizam várias medições por meio de faixas de frequência definidas previamente e compara os resultados detalhados aos padrões definidos pela TIA, ISO ou demais órgãos reguladores como a ABNT. Os resultados determinam aprovação ou reprovação de acordo com a norma e indicam se uma ligação está em conformidade com uma categoria ou classe específica de cabo, como a categoria 6A ou EA. Isso, por sua vez, diz qual aplicação esse link é capaz de suportar.

Embora a decisão de utilizar testes de verificação, qualificação ou certificação de cabeamento, em última análise, se trate do que o cliente necessita, os testadores de certificação que atendem as normas do setor são os únicos capazes de oferecer o suporte e a segurança financeira necessária. Qualquer outra escolha põe a responsabilidade única de garantia sobre você. E com um custo médio do link de pelo menos R$200 para uma instalação comercial, qualquer valor em risco é muito significativo.

Importância da periodicidade na calibração dos instrumentos de medição

Normas comentadas

NBR 14039 – COMENTADA de 05/2005Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV – Versão comentada.

Nr. de Páginas: 87

NBR 5410 – COMENTADA de 09/2004Instalações elétricas de baixa tensão – Versão comentada.

Nr. de Páginas:209

Adonis Alvarenga

Considerados o coração das empresas, os instrumentos de testes e medição verificam e avaliam os processos de produção e gerenciam a qualidade final dos produtos, sendo diretamente responsáveis pelo maior ou menor sucesso dos negócios. Nesse sentido, a verificação regular da condição destas peças vitais da corporação com um equipamento de calibração rastreável, é essencial, pois além de assegurar que a qualidade seja sempre compatível com as expectativas do cliente – o que é essencial quando é preciso obedecer à certificação ISO 9000 – ela é também lucrativa.

Ao desenvolver as especificações dessa classe de produtos, os engenheiros de projeto levam em conta uma variedade de influências de incerteza, como por exemplo, a rastreabilidade pelo Sistema Internacional de Unidades (SI), a estabilidade em curto e longo prazos ou devido à variação ambiental, além de outras fontes de incerteza com base no design do produto. As incertezas relacionadas à estabilidade de longo termo devem ser definidas por um determinado intervalo de tempo, sendo as de um ano o mais comum.

Os equipamentos de teste e medição devem ser projetados para atender a todas as especificações, por isso, é fundamental que desde a concepção do produto, sejam realizados testes por métodos tais como análise estatística de confiabilidade e teste de ciclo de vida acelerado. Ao se adquirir um equipamento de teste, lembrando sempre da importância de ser um produto de qualidade incontestável, é preciso selecionar um intervalo apropriado para a sua recalibração.

Este intervalo pode ser mais curto ou mais longo do que o intervalo de tempo indicado nas especificações do fabricante, em função de fatores como frequência de utilização ou agressividade do ambiente de funcionamento. Por isso, a norma que rege os laboratórios de calibração, a NBR ISO/IEC 17025:2005, estabelece que um laboratório de calibração não deve recomendar um intervalo de calibração, exceto se tiver sido previamente acordado com o cliente.

Quer o usuário final selecione um intervalo de recalibração de seus instrumentos de teste e medição com base na especificação indicada pelo fabricante, ou através de quaisquer outros meios, é importante sempre avaliar os dados desta recalibração, de modo a garantir que os intervalos pré-selecionados atendam de fato aos seus requisitos de qualidade e confiabilidade.

E por que calibrar? A necessidade de atingir resultados consistentes constitui um dos motivos mais importantes para a calibração dos instrumentos de medição. Manter a regularidade desta calibração traz benefícios consistentes, como qualidade ampliada e produção mais uniforme, baixo custo operacional devido à confiabilidade aprimorada, acesso aos mercados internacionais, estabelecimento de um sistema de controle de qualidade, atendimento dos critérios de controle de produção, e maior confiabilidade na medição e resultados dos testes.

Adonis Alvarenga é gerente da Fluke Calibration para America Latina, divisão da Fluke Corporation.

Cetesb diz que houve queda nas emissões veiculares nos últimos dez anos

A Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) divulgou o relatório Emissões Veiculares no Estado de São Paulo apontando que os índices de poluentes lançados por automóveis, utilitários, ônibus e caminhões para a atmosfera continuam em decréscimo. A estimativa é de que, em 2015, foram emitidas no Estado 366 mil toneladas de monóxido de carbono (CO), 197 mil toneladas de óxidos de nitrogênio (NOx), 5,5 mil toneladas de material particulado (MP), 4,7 mil toneladas de dióxido de enxofre (SO2) e 80 mil toneladas de Compostos Orgânicos Voláteis (COV), que é a soma de hidrocarbonetos (NMHC)  e aldeídos (RCHO). Em 2014, as emissões foram de 416 mil toneladas de CO, 214 mil toneladas de NOx, 6.159 mil toneladas de MP, 6.562 mil toneladas de SO2, e 88 mil toneladas de COV. Todos esses indicativos da qualidade do ar mostram tendência declinante nos últimos dez anos.

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Segundo o estudo da Cetesb, 60% dessas emissões estão concentradas na Macrometrópole Paulista, área geográfica que reúne as regiões metropolitanas de São Paulo, Campinas, Baixada Santista, Vale do Paraíba e Sorocaba. Os automóveis e as motocicletas foram os maiores responsáveis pelas emissões de CO e de NMHC, enquanto os caminhões contribuíram com as de MP, NOx e SO2. A participação dos veículos mais antigos e tecnologicamente defasados, com mais de 20 anos, responde por 10% da frota e 42% das emissões totais.

As emissões veiculares de gases de efeito estufa, medida em CO2eq (dióxido de carbono equivalente), foi da ordem de 40,9 milhões de toneladas de CO2eq, contabilizando uma redução de 9% em relação ao ano anterior, em decorrência do aumento do uso do etanol em substituição à gasolina e pela redução do consumo de diesel. A maior contribuição vem dos caminhões, com cerca de 15 milhões de toneladas de CO2eq, seguido dos automóveis com cerca de 12 milhões de toneladas.

Para estimar a frota circulante em São Paulo, foi adotado um critério diferente do Detran- SP, que não exclui os veículos efetivamente fora de uso. Por esse critério, em 2015, havia em operação um total 15,4 milhões de veículos nas vias paulistas, menos de 1% acima da estimativa do ano anterior. Desses, 10,2 milhões são automóveis, 2 milhões são comerciais leves, 600 mil ônibus e caminhões e 2,6 milhões de motocicletas. Em 2015, o consumo de gasolina e de diesel diminuiu em relação ao ano anterior, enquanto o de etanol subiu cerca de 25%.

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O estado da arte da calibração de um instrumento analógico

Elcio Cruz de Oliveira

Os sistemas de medição normalmente incluem dispositivos para compensação automática das variações de pressão estática. Estes instrumentos devem ser calibrados, devendo a exatidão das medições estar dentro dos limites para se atingir uma incerteza, no resultado da medição, menor que a especificada para esta aplicação.

De maneira simplificada, o Inmetro [1] recomenda que a calibração de medidores analógicos de pressão com sensor de elemento elástico seja efetuada com aplicação crescente (carregamento) de pressão ou vácuo, nos pontos específicos, até que o instrumento a ser calibrado indique esses valores. Em seguida, os valores correspondentes do padrão são registrados. Em um segundo momento, se deve aliviar continuamente (descarregamento) a pressão ou vácuo, registrando os valores de indicação nos mesmos pontos definidos no carregamento.

Entretanto, outros métodos diferentes do recomendado neste documento [1] podem ser utilizados pelo laboratório, desde que apropriadamente validados, conforme requerido na NBR ISO/IEC 17025 [2]. Dentro deste contexto, observa-se que vários laboratórios realizam calibrações internas fixando o valor do instrumento padrão e fazendo leituras no objeto, a ser calibrado. O objetivo deste trabalho é avaliar o impacto metrológico desta prática em detrimento à calibração conforme a orientação do Inmetro.

Calibração [3] “é a operação que estabelece, sob condições especificadas, numa primeira etapa, uma relação entre os valores e as incertezas de medição fornecidos por padrões, e as indicações correspondentes com as incertezas associadas; numa segunda etapa, utiliza esta informação para estabelecer uma relação, visando a obtenção de um resultado de medição a partir de uma indicação”. A recomendação do Inmetro deixa abertura quanto a qual instrumento deve ser fixado e onde a leitura deve ser feita. Além do mais, em se tratando de instrumentos analógicos, outra fonte de dúvidas é a leitura da escala do medidor.

Escala [3] de um instrumento de medição mostrador “é parte de um instrumento de medição mostrador que consiste num conjunto ordenado de marcas, eventualmente associadas a números ou a valores de grandezas”. A resolução da escala do manômetro em calibração a ser considerada no cálculo de incerteza pode ser preferencialmente escolhida igual a 1, 1/2, 1/5 ou 1/10 do valor de uma divisão da escala [4], a depender da habilidade do operador. Resolução [3] de um dispositivo mostrador “é a menor diferença entre indicações mostradas que pode ser significativamente percebida”.

A incerteza de medição das calibrações é calculada, a partir do GUM [5]. As principais fontes de incerteza levadas em consideração, neste trabalho, são: incerteza do padrão, resolução, repetibilidade, histerese, ajuste da curva e erro sistemático remanescente ou residual.

A incerteza do padrão é obtida pela relação entre a incerteza expandida proveniente do certificado de calibração e o fator de abrangência. A incerteza da resolução é a relação entre a menor divisão da escala e , onde R é a quantidade de vezes que o operador consegue dividir esta menor divisão da escala. A incerteza proveniente da repetibilidade é o próprio desvio padrão das leituras. A incerteza proveniente da histerese é a maior diferença entre um ciclo ascendente e descendente dividida por . A incerteza padrão do ajuste da curva é dada pelo desvio padrão da regressão.

Como estas fontes de incerteza estão na mesma unidade, a incerteza padrão combinada é calculada pela raiz quadrada da soma dos quadrados destes valores. A incerteza expandida é o produto entre esta incerteza padrão combinada e o fator de abrangência, para um nível de confiança de 95%.

A incerteza final da calibração é uma soma linear em módulo entre a incerteza expandida e o erro sistemático remanescente ou residual. Existe um limite abaixo do qual não é possível reduzir o erro sistemático de uma medição. Um destes erros é o de calibração, diretamente associado ao instrumento com o qual se faz a medição. Este tipo de erro é também chamado erro sistemático residual. Geralmente, o erro de calibração (residual) vem indicado no instrumento ou manual, pelo fabricante; é o limite dentro do qual o fabricante garante os erros do instrumento.

Estudo de caso

O objeto, manômetro classe A1, fabricante FAMABRAS, escala de 0 a 42 kgf/cm2, Figura 1, foi calibrado contra um padrão calibrador de pressão, modelo PC-507, fabricante PRESYS, Figura 2. A calibração foi efetuada em 0, 25, 50, 75 e 100% da escala, com quatro leituras em cada ponto, sendo duas ascendentes e duas descendentes.

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Figura 1. Manômetro a ser calibrado

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Figura 2. Instrumento padrão

Dois procedimentos de calibração foram realizados, que geraram três resultados distintos. O primeiro procedimento foi realizado segundo a recomendação do Inmetro: fixar a leitura no objeto a ser calibrado e fazer leituras no padrão.

O segundo procedimento foi realizado, fixando a leitura no padrão e fazendo leituras no objetivo a ser calibrado. Nesta abordagem, dois diferentes operadores realizaram a atividade, concomitantemente. O primeiro operador fez leituras mais conservadoras, considerando a resolução de 0,5 kgf/cm2 (igual a divisão da escala) e o segundo tomou a postura de um operador mais experiente, considerando a resolução como 0,125 kgf/cm2 (1/4 da divisão da escala). Os resultados das três abordagens da calibração são apresentados na Tabela 1.

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Os valores em negrito são as contribuições de incerteza mais relevantes, para cada abordagem e suas respectivas porcentagens entre parênteses em relação à incerteza padrão combinada. A repetibilidade é uma fonte de incerteza muito relevante, nas três abordagens.

Na abordagem em que a leitura é feita no instrumento a ser calibrado, sem aumentar a resolução da escala, esta contribuição é tão significativa quanto à repetibilidade. Os valores destacados (3,5; 3,0 e 2,6) se referem à relação entre a incerteza expandida e o erro sistemático remanescente e demostram que esta diminui, quando a leitura é realizada no instrumento padrão.

Enfim, a análise crítica da calibração de um manômetro analógico mostrou a importância de se seguir à orientação normativa em se fazer leituras no instrumento padrão; entretanto, caso sejam feitas leituras no instrumento a se calibrar, este trabalho recomenda que se aumente a resolução do dispositivo mostrador, a fim se de alcançar resultados metrologicamente compatíveis. Estudos futuros serão realizados com outros instrumentos analógicos, variando a resolução de leitura, a fim de se observar se existe uma relação de compatibilidade entre esta prática e a recomendada pelas normas; ou seja, leitura no instrumento padrão.

Agradecimentos

Aos Técnicos de Manutenção do Terminal de Cabiúnas, PETROBRAS TRANSPORTE S.A. – TRANSPETRO, onde a parte experimental deste trabalho foi executada, especialmente à Iziana Dutra Souza, Júlio César Santos Rodrigues, Cláudio Francisco Mota e Alexander Sardemberg da Silva.

Referências

[1] Orientação para realização de calibração de medidores analógicos de pressão. DOQ-CGCRE-017, Revisão 03 – dez/2013.

[2] Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração (2005). Segunda edição. NBR ISO/IEC 17025.

[3] Vocabulário Internacional de Metrologia – Conceitos fundamentais e gerais e termos associados (VIM 2012) – Rio de Janeiro: ABNT, Inmetro.

[4] Medidores de pressão Parte 1: Medidores analógicos de pressão com sensor de elemento elástico — Requisitos de fabricação, classificação, ensaios e utilização (2013). NBR 14105-1.

[5] Guia Para a Expressão da Incerteza de Medição (2003). Terceira edição brasileira em língua portuguesa – Rio de Janeiro: ABNT, Inmetro, SBM.

Elcio Cruz de Oliveira é doutor em ciências, mestre em Metrologia e licenciado em química e consultor da Petrobras Transpetro S.A  – elciooliveira@petrobras.com.br