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1- 1 - ENCARREGADO DE INSTRUMENTAÇÃO NOÇÕES DE METROLOGIA

Noções de Metrologia

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Apostila dos cursos: Encarregado de Instrumentação e Instrumentista Montador, ambos do Prominp

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ENCARREGADO DE INSTRUMENTAÇÃO NOÇÕES DE METROLOGIA

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ENCARREGADO DE INSTRUMENTAÇÃO

NOÇÕES DE METROLOGIA

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© PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei 9.610, de 19.2.1998.

É proibida a reprodução total ou parcial, por quaisquer meios, bem como a produção de apostilas, sem

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TEIXEIRA, Paulo Roberto Frade

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR, 2006.

63 p.:il.

PETROBRAS – Petróleo Brasileiro S.A.

Av. Almirante Barroso, 81 – 17º andar – Centro CEP: 20030-003 – Rio de Janeiro – RJ – Brasil

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ÍNDICE 1 Metrologia ................................................................................................................................... 6 1.1 Noções de metrologia................................................................................................................. 6 1.2 Papel da metrologia no sistema da qualidade............................................................................ 6 2 NBR ISO 9001:2000 ................................................................................................................... 7 2.1 Histórico ...................................................................................................................................... 7 2.2 Etapas para obtenção do certificado .......................................................................................... 8 2.3 Terminologia na metrologia ( segundo portaria Inmetro No 029 de 10/03/1995 ) ..................... 9 2.4 NBR ISO 9001:2000 e metrologia ............................................................................................ 11 2.5 ABNT NBR ISO 10012:2004..................................................................................................... 12 2.5.1 Objetivos ................................................................................................................................... 12 2.5.2 Escolha inicial dos intervalos de comprovação........................................................................ 14 2.5.3 Métodos para análise crítica dos intervalos de comprovação.................................................. 14 2.5.3.1 Método do ajuste automático.................................................................................................... 15 2.5.3.2 Método do gráfico de controle .................................................................................................. 15 2.5.3.3 Método do tempo de uso .......................................................................................................... 15 3 Normas para tagueamento ....................................................................................................... 16 3.1 Generalidades........................................................................................................................... 16 3.2 Público alvo............................................................................................................................... 16 3.3 Aplicações industriais ............................................................................................................... 16 4 Estrutura hierárquica da planta................................................................................................. 17 4.1 0bjetivos .................................................................................................................................... 17 4.2 Planta ........................................................................................................................................ 17 4.3 Área........................................................................................................................................... 17 4.4 Setor.......................................................................................................................................... 18 4.5 Grupo ........................................................................................................................................ 18 4.6 Instrumentos / equipamentos.................................................................................................... 18 4.6.1 Equipamentos ........................................................................................................................... 18 4.6.2 Instrumentos ............................................................................................................................. 18 4.7 Sufixo ........................................................................................................................................ 18 4.8 Divisão da fábrica para tagueamento ....................................................................................... 19 5 Tagname................................................................................................................................... 20 5.1 Objetivos ................................................................................................................................... 20 5.2 Tagname para instrumentação................................................................................................. 21 5.2.1 Formato do Tagname ............................................................................................................... 21 5.2.2 Procedimentos para a formação das letras de prefixo do tagname de instrumentos .............. 21 5.2.3 Notas da tabela......................................................................................................................... 25 5.3 Exemplos de formação da identificação funcional de instrumentos ........................................ 27 5.4 Símbolos utilizados nos fluxogramas de processo................................................................... 29 5.5 Simbologia geral em instrumentação ....................................................................................... 29 6 Algarismos significativos........................................................................................................... 30 6.1 Regras básicas de arredondamento (NBR-5891) .................................................................... 31 7 Confiabilidade metrológica........................................................................................................ 33 7.1 Erros.......................................................................................................................................... 33 7.1.1 Erros sistemáticos..................................................................................................................... 34 7.1.2 Erros aleatórios ou acidentais................................................................................................... 34 7.2 Precisão e exatidão .................................................................................................................. 34 8 Estatística aplicada à metrologia .............................................................................................. 37 8.1 Conceitos básicos..................................................................................................................... 37 8.2 Caracterização da amostra....................................................................................................... 38 8.2.1 Média ........................................................................................................................................ 38 8.2.2 Medida de dispersão................................................................................................................. 39 8.2.2.1 Variância da amostra ................................................................................................................ 39

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8.2.2.2 Desvio padrão........................................................................................................................... 39 8.3 Distribuições ............................................................................................................................. 40 8.3.1 Distribuição normal ................................................................................................................... 40 8.3.2 Distribuição normal padronizada .............................................................................................. 41 8.3.3 Tabela de distribuição normal................................................................................................... 43 8.4 Intervalo de confiança............................................................................................................... 44 8.5 Distribuição de Student ( tv ) .................................................................................................... 44 8.6 Cálculo de incerteza ................................................................................................................. 47 8.6.1 Avaliação da incerteza de medição.......................................................................................... 47 8.6.2 Avaliação da incerteza padrão Tipo A...................................................................................... 48 8.6.3 Avaliação da incerteza padrão Tipo B...................................................................................... 51 8.6.4 Determinação da incerteza expandida ..................................................................................... 51 8.6.5 Declaração de resultados de medição ..................................................................................... 52 9 Sistemas de calibração e ajuste............................................................................................... 53 9.1 Conceitos do sistema de calibração/ajuste .............................................................................. 53 9.2 Escolha dos instrumentos do processo .................................................................................... 54 9.2.1 Pontos críticos de controle........................................................................................................ 54 9.2.2 Componentes da malha............................................................................................................ 55 9.3 Rastreabilidade ......................................................................................................................... 56 9.4 Capacitação da mão de obra.................................................................................................... 57 9.5 Documentação.......................................................................................................................... 57 9.6 Sistema de medição ................................................................................................................. 57 9.6.1 Propagação de erros ................................................................................................................ 57 9.7 Condicionamento dos padrões ................................................................................................. 58

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CAPÍTULO I

1 Metrologia

1.1 Noções de metrologia

Metrologia é ciência que estuda a medição.

Ela trata do estudo e aplicação dos meios adequados à quantificação de magnitudes tais

como: comprimento, ângulo, massa, tempo, velocidade, temperatura, etc.

A Execução de uma medição é um procedimento experimental onde o valor de uma grandeza

físico será apurado por comparação com a grandeza de referência.

Para executarmos uma medição, três condições são necessárias:

♦ A existência de um sistema numérico.

♦ A definição da grandeza da medida.

♦ Estabelecimento da unidade de base.

Instrumento de Medição é um aparelho destinado a fazer medições, sozinho ou

complementado por outro equipamento.

1.2 Papel da metrologia no sistema da qualidade

O desempenho satisfatório de um sistema da qualidade depende, fundamentalmente, da

avaliação ou quantificação de características específicas de processos ou produtos. Estas

características constituem as variáveis de interesse.

Observe abaixo o ciclo de gerenciamento convencional das atividades que compõem um

Sistema de Qualidade. Destaca-se o papel do processo de medição para o efetivo funcionamento do

sistema.

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CAPÍTULO II

2 NBR ISO 9001:2000

2.1 Histórico

Em 1979 um grupo de trabalho foi criado pela ISO (lnternational Organization for

Standardzation) - Organização internacional para Normalização, com a tarefa de elaborar um conjunto

de normas, cuja finalidade principal era a de estabelecer padrões mínimos de aceitação referentes ao

sistema da qualidade das empresas, talvez não se imagina que tal conjunto de normas seria tão

divulgado e aplicado ao redor do mundo.

Em 1987, quando a primeira edição destas normas foi publicada, iniciava-se uma era que

marcou uma mudança profunda em termos de conceitos de trabalho e qualidade nas empresas. O

conjunto de normas de sistema da qualidade recebeu a denominação de ISO Série 9000.

Atualmente, cada vez mais empresas buscam a certificação pelas normas ISO 9001:2000 em todo

mundo. As últimas estatísticas apresentam o Brasil como o primeiro da América do Sul, com 7900

empresas certificadas, de acordo com dados de 31/12/2003 do INMETRO.

A tendência é que o número de empresas aumente a cada dia, já que, neste momento, o

conceito ISO 9001:2000 começa a atingir empresas de pequeno e médio porte. No final de 1995, o

Brasil tinha mais de 1.000 empresas certificadas, conforme requisitos especificados pelas normas ISO

9001:2000.

O objetivo de tais normas é garantir o estabelecimento de critérios para as relações de clientes

e fornecedoras, em um processo de venda e compra, sendo as únicas que podem ser utilizadas para

efeito de auditorias. As outras normas existentes podem ser consideradas como guias de apoio à

implementação do Sistema da Qualidade adotado.

O que significa ISO?

ISO vem do grego isos e significa igualdade, homogeneidade ou uniformidade. Ao contrário do

que muitos pensam, ISO não vem da abreviatura de International Organization for Standardzation.

Até a edição de 1994 existiam 3 normas (ISO 9001, ISO 9002 e ISO 9003) passíveis de

certificação.

A ISO 9001 era aplicada quando a empresa necessitar garantir a conformidade em relação às

atividades de projeto, desenvolvimento, produção, instalação e serviços associados. É a mais completa

de todas, possuindo 20 requisitos básicos.

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A ISO 9002 era aplicada quando a empresa necessitar garantir a conformidade em relação às

atividades de produção, instalação e serviços.

A ISO 9003 era aplicada quando a empresa necessitar garantir a conformidade em relação,

somente, à inspeção e ensaios finais.

Com a edição das normas em 2000, estas três normas foram agrupadas em somente uma,

denominada de ISO 9001:2000.

O que significa Certificado ISO 9001:2000 ?

Consiste em uma avaliação geral do sistema da qualidade das empresas por uma entidade

especializada e independente.

Após as visitas de auditoria (normalmente três a cinco dias) os auditores informarão à empresa

se esta atende às exigências dos requisitos ISO 9001:2000.

Os seguintes documentos compõem a família ISO 9001:2000 :

NBR ISO 9001:2000 : Sistemas de gestão da qualidade - Requisitos

NBR ISO 9004:2000 : Sistemas de gestão da qualidade – Diretrizes para melhorias de desempenho

NBR ISO 19011:2002 : Diretrizes para auditorias de sistema de gestão da qualidade e/ou ambiental

ABNT NBR ISO 10012:2004 : Comprovação Metrológica para Equipamentos de Medição

NBR ISO 9000:2000 : Sistemas de gestão da qualidade – Fundamentos e vocabulário

2.2 Etapas para obtenção do certificado

A obtenção da certificação tem um prazo médio de 12 meses e engloba as seguintes etapas:

1 - Decisão e compromisso gerencial.

2 - Indicação dos responsáveis: grupo dirigente, coordenadores de setores, divulgação para toda

empresa, e definição dos termos da auditoria.

3 - Inicio das auditorias internas, indicação das áreas a serem melhoradas e estabelecimento do grupo

de documentação.

4 - Primeiro esboço do Manual da Qualidade: procedimentos para as melhorias recomendadas,

articulação e aprovação dos procedimentos, implementação dos procedimentos.

5 - Procedimentos estabelecidos e documentados.

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6 - Visita inicial do órgão certificador: revisão e aprovação do Manual da Qualidade, auditorias e ações

corretivas.

7 - Pré-auditoria: correção das deficiências e não conformidades.

8 - Auditoria final.

9 - Certificação, a ser efetuada por um órgão ou empresa credenciada como certificador,

obrigatoriamente independente da ISO.

Uma vez conseguida a certificação, reconhecida internacionalmente e com validade para três

anos, o órgão certificador executará auditorias periódicas em intervalos de seis meses. Ao final do

período de três anos, o sistema da qualidade é reavaliado, inclusive considerando-se os resultados das

visitas semestrais, que podem determinar até na redução do número de dias de avaliação requerido

em comparação ao da avaliação inicial.

2.3 Terminologia na metrologia ( segundo portaria Inmetro No 029 de 10/03/1995 )

A seguir iremos mostrar os termos mais utilizados dentro da área de instrumentação de acordo

com V.I.M. - Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia.

AJUSTE - Operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho

compatível com seu uso.

CALIBRAÇÃO - Conjunto de Operações que estabelece, sob condições especificadas, a relação entre

os valores indicados por um instrumento de medição ou sistema de medição ou valores representados

por uma medida materializada ou material de referência, e os valores correspondentes das grandezas

estabelecidos por padrões.

ERRO - Resultado de uma medição menos o valor verdadeiro do mensurando.

ESTABILIDADE - Aptidão de um instrumento de medição em conservar constantes suas

características metrológica ao longo do tempo.

EXATIDÃO - Grau de concordância entre o resultado de uma medição e um valor verdadeiro do

mensurando.

GRANDEZA - Atributo de um fenômeno, corpo ou substância que pode ser qualitativamente distinguido

e quantitativamente determinado.

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GRANDEZA DE INFLUÊNCIA - Grandeza que não é o mensurando, mas que afeta o resultado da

medição deste.

INCERTEZA DA MEDIÇÃO - Parâmetro, associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a

dispersão dos valores que podem ser fundamentalmente atribuídos a um mensurando.

MENSURANDO - Grandeza submetida à medição.

PADRÃO - Medida materializada, instrumento de medição, material de referência ou sistema de

medição destinado a definir, realizar, conservar ou produzir uma unidade ou um ou mais valores

conhecidos de uma grandeza para servir como referência.

PADRÃO PRIMÁRIO - Padrão que é designado ou amplamente reconhecido como tendo as mais altas

qualidades metrológicas e cujo valor é aceito sem referência a outros padrões de mesma grandeza.

PADRÃO SECUNDÁRIO - Padrão cujo valor é estabelecido por comparação com padrão primário da

mesma grandeza.

PADRÃO DE REFERÊNCIA - Padrão, geralmente tendo a mais alta qualidade metrológica disponível

em um dado local ou em uma dada organização, a partir do qual as medições lá executadas são

derivadas.

PADRÃO DE TRABALHO - Padrão utilizado rotineiramente para calibrar ou controlar medidas

materializadas, instrumentos de medição ou materiais de referência.

PADRÃO DE TRANSFERÊNCIA - Padrão utilizado como intermediário para comparar padrões.

REPETITIVIDADE DAS MEDIÇÕES - Grau de concordância entre os resultados de medições

sucessivas de um mesmo mensurando efetuadas sob as mesmas condições de medição.

REPRODUTIBILIDADE DAS MEDIÇÕES - Grau de concordância entre os resultados das medições de

um mesmo mensurando, efetuadas sob condições variadas de medição.

RESOLUÇÃO - Menor diferença entre indicações de um dispositivo mostrador que pode ser

significativamente percebida.

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RASTREABILIDADE - Propriedade de um resultado de medição ou do valor de um padrão estar

relacionado a referências estabelecidas, geralmente padrões nacionais ou internacionais, através de

uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas.

TEMPO DE REPOSTA - Intervalo de tempo entre o instante em que um estimulo é submetido a uma

variação brusca e o instante em que a resposta atinge e permanece dentro de limites especificados em

torno do seu valor final estável.

2.4 NBR ISO 9001:2000 e metrologia

As empresas que pretendem se qualificar conforme a NBR ISSO 9001:2000 tem que demonstrar proficiência em metrologia, atendendo aos requisitos do item 4.11.

O item 4.11 é subdividido em 2 sub-itens:

Generalidades

O fornecedor deve estabelecer e manter procedimentos documentados para controlar, calibrar

e manter os equipamentos de inspeção, medição e ensaios (incluindo software de ensaio) utilizados

pelo fornecedor para demonstrar a conformidade do produto com os requisitos especificados. Os

equipamentos de inspeção, medição e ensaios devem ser utilizados de tal forma, que assegurem que

a incerteza das medições seja conhecida e consistente com a capacidade de medição requerida.

Procedimento de controle

O fornecedor deve:

A. Determinar as medições a serem feitas e a exatidão requerida e selecionar os equipamentos

apropriados de inspeção, medição e ensaios com exatidão e precisão necessárias

B. Identificar todos os equipamentos de inspeção, medição e ensaios que possam afetar a qualidade

do produto e calibrá-los e ajustá-los a intervalos prescritos ou antes do uso, contra equipamentos

certificados que tenham uma relação válida conhecida com padrões nacional ou internacional

reconhecidos. Quando não existirem tais padrões, a base utilizada para calibração deve ser

documentada

C. Definir os procedimentos empregados para a calibração de equipamentos de inspeção, medição e

ensaios, incluindo detalhes como: tipo do equipamento, identificação única, localização, freqüência

de conferência, método de conferência, critérios de aceitação e a ação a ser tomada quando os

resultados forem insatisfatórios

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D. Identificar equipamentos de inspeção, medição e ensaios com um indicador adequado, ou registros

de identificação aprovados, para mostrar a situação da calibração

E. Manter registros de calibração para os equipamentos de inspeção, medição e ensaios

F. Avaliar e documentar a validade dos resultados de inspeção e ensaios anteriores quando os

equipamentos de inspeção, medição ou ensaios forem encontrados fora de calibração

G. Assegurar que as condições ambientais sejam adequadas para calibrações, inspeções, medições

e ensaios que estejam sendo executados

H. Assegurar que o manuseio, preservação e armazenamento dos equipamentos de inspeção,

medição e ensaios sejam tais, que a exatidão e a adequação ao uso sejam mantidas

I. Proteger as instalações de inspeção, medição e ensaios, incluindo tanto materiais e equipamentos

como software para ensaios, contra ajustes que possam invalidar as condições de trabalho

Nota: O sistema de comprovação metrológica para equipamentos de medição da ABNT NBR ISO

10012 pode ser usado como orientação.

2.5 ABNT NBR ISO 10012:2004

2.5.1 Objetivos

Objetivo desta norma é :

• Assegurar que medições sejam realizadas com a exatidão pretendida.

• Especificar as principais características do sistema de comprovação a ser utilizado para os

equipamentos de medição do fornecedor.

• Aplicar-se apenas a equipamentos de medição utilizados na demonstração da concordância

com a especificação.

Obs. : ABNT NBR ISO 10012:2004 não se abrange extensivamente outros elementos que possam

afetar resultados de medições, como: métodos de medição, competência do pessoal, etc...

Onde aplicar a ABNT NBR ISO 10012:2004 ?

• Laboratórios de ensaio.

• Prestadores de serviço de aferição.

• Laboratórios possuidores de um sistema da qualidade em conformidade com o ISO Guide 25

• Fornecedores de produtos serviços possuidores de um sistema da qualidade no qual

resultados de medição são utilizados para demonstrar conformidade com requisitos

especificados nas normas ISO 9001:2000.

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• Outras organizações.

Os requisitos da ABNT NBR ISO 10012:2004 estão descritos nos seguintes itens da norma:

1 – Objetivo e campo de aplicação

2 – Referências normativas

3 – Termos e definições

4 – Requisitos gerais

5 – Responsabilidade da direção

5.1 – Função metrológica

5.2 – Foco no cliente

5.3 – Objetivos da qualidade

5.4 – Análise crítica pela direção

6 – Gestão de recursos

6.1 – Recursos humanos

6.2 – Recursos de informação

6.3 – Recursos materiais

6.4 – Fornecedores externos

7 – Comprovação metrológica e realização do processo de medição

7.1 – Comprovação metrológica

7.2 – Processo de medição

7.3 – Incerteza de medição e rastreabilidade

8 – Análise e melhoria do sistema de gestão de medição

8.1 – Generalidades

8.2 – Auditoria e monitoramento

8.3 – Controle de não-conformidades

8.4 – Melhoria

Diretrizes para determinação de intervalos de comprovação para equipamentos de medição.

De acordo com a Norma NBR ISO 10012:2004, um grande número de fatores influência a

freqüência de calibração. Os mais importantes, são:

• tipo de equipamento

• recomendações do fabricante

• dados de tendência conseguidos por registros de aferições anteriores

• registro histórico de manutenção e assistência técnica

• extensão e severidade de uso

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• tendência a desgaste e derivação

• freqüência de verificação cruzada com outros equipamentos de medição, em especial,

padrões de medição

• freqüência e formalismo das aferições em uso

• condições ambientais (temperatura, umidade , vibração e etc)

• exatidão pretendida da medição

• conseqüências de um valor medido incorretamente ser aceito como correto devido a defeito

do equipamento

De modo geral, não se pode ignorar o custo ao se determinar os intervalos de comprovação,

tornando-se este, portanto um fator limitador.

Existem dois critérios básicos e opostos que precisam estar em equilíbrio quando da decisão

sobe os intervalos de comprovação para cada equipamento de medição. São eles:

• risco de o equipamento de medição não estar em conformidade com a especificação,

quando em uso, dever ser tão pequeno quanto possível

• Os custos de comprovação devem ser mantidos no mínimo

2.5.2 Escolha inicial dos intervalos de comprovação

A base para a decisão inicial na determinação de intervalos de comprovação é

invariavelmente, a chamada intuição técnica. Alguém com experiência em medições em geral ou no

equipamento de medição a ser comprovado em particular e, de preferência, com conhecimento de

intervalos usados por outros laboratórios, faz uma estimativa para cada equipamento, ou grupo de

equipamentos, quanto à extensão de tempo em que ele deve-se manter dentro da tolerância após a

comprovação. Os fatores a serem considerados são:

• Recomendação do fabricante do equipamento

• Extensão e severidade de uso

• Influência do ambiente

• Exatidão pretendida pela medição

2.5.3 Métodos para análise crítica dos intervalos de comprovação

Um sistema que mantém intervalos de comprovação sem análise crítica, determinada tão

somente pela intuição técnica, não é considerado suficientemente confiável.

Uma vez que a comprovação esteja estabelecida de forma rotineira, deve ser possível um

ajuste nos intervalos, a fim de se otimizar o equilíbrio entre riscos e custos, como já foi mencionado.

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Existe uma gama de métodos disponíveis para análise crítica dos intervalos de comprovação.

Não existe um método ideal adequado a toda a gama de equipamentos existentes.

2.5.3.1 Método do ajuste automático

Cada vez que um equipamento é comprovado de forma rotineira, o intervalo subseqüente pode

ser estendido, caso seja considerado dentro dos limites de tolerância, ou reduzido, se estiver fora

destes limites.

2.5.3.2 Método do gráfico de controle

São escolhidos os mesmos pontos de calibração de cada comprovação e os resultados são

levados a um gráfico em função do tempo. A partir do gráfico são analisadas as dispersões e conforme

o resultados das mesmas faz-se à mudança no intervalo de comprovação.

2.5.3.3 Método do tempo de uso

Este método é uma variação dos métodos anteriores. O método básico permanece inalterado,

mas o intervalo de comprovação é expresso em horas de uso em vez de meses decorridos.

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CAPÍTULO III

3 Normas para tagueamento

3.1 Generalidades

O propósito desta norma é estabelecer uma padronização, visando a uniformização dos

procedimentos para identificação de instrumentos e equipamentos, bem como da Simbologia de

Instrumentação, conforme a norma ISA S5.1 , 5.2 , 5.3 e 5.4 (1992)

3.2 Público alvo

Destina - se a todas as pessoas envolvidas, direta ou indiretamente, com o gerenciamento de

projetos, controle e automação de processos , especialistas em processos produtivos, ou outros que de

alguma forma estariam ligados às descrições e/ou especificações de um determinado processo de

tagueamento de uma planta , onde são necessário identificar os equipamentos e instrumentos de

controle utilizados.

3.3 Aplicações industriais

Esta norma deve ser utilizada para:

• Fluxogramas de Processos

• Diagramas de Instrumentação e Tubulação

• Diagramas de Sistemas de Instrumentação

• Listas de Instrumentos / Equipamentos, Especificação Técnica para Compras , etc.

• Identificação de Instrumentação e Equipamentos

• Desenhos ligados a instruções de: instalação, manutenção e operação

• Diagramas de Loops de controle e outros congêneres.

Antes de apresentarmos os formatos e características do código de identificação do que

denominamos de TAGNAME, vamos abordar sucintamente as características da Estrutura Hierárquica

da Planta, ou as divisões que podemos efetuar em uma determinada planta de Processos para que

possamos aplicar regras lógicas que permitam uma identificação sem a ocorrência de multiplicidade de

equipamentos ou instrumentos com o mesmo nome.

Isto é muito importante para a implantação de um sistema de qualidade , evitando assim , uma

não conformidade devido à duplicidade de tags .

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CAPÍTULO IV

4 Estrutura hierárquica da planta

4.1 0bjetivos

Como objetivo de auxiliar a definição e os procedimentos que interligam uma planta de

processo, com os recursos que este possui, tais como: tanques, vasos, válvulas, instrumentos, painéis

e outros, torna-se necessário adotarmos uma filosofia que permita dividir hierarquicamente todas as

partes de uma planta de processos, ou seja, uma fábrica em sua totalidade ou somente as partes de

interesse, em atendimento ao projeto a ser desenvolvido.

Esta filosofia a qual chamaremos de ESTRUTURA HIERÁRQUICA DA PLANTA, explica quais

são as divisões suficientes, para definir, de forma clara e objetiva uma dada área produtiva na sua

totalidade ou parcialmente.

Com o intuito de adotarmos uma terminologia o mais simples quanto possível listamos a seguir,

os cincos (5) termos mais comuns sem prejuízo das sugestões das normas oficiais. São estes:

• PLANTA

• ÁREA

• SETOR

• GRUPO

• INSTRUMENTOS/ EQUIPAMENTOS

4.2 Planta

O termo Planta define por si só a implantação como um todo . Dentro da planta estão

envolvidos todos os demais locais que serão objetos de estudos de divisão para efeito de tagueamento.

Portanto , a Planta concentra todos os locais existentes na implantação , os contenham ou não

elementos que serão objetos de identificação Intencional , ou seja , que devem ser tagueados.

4.3 Área

A área define dentro da região um setor específico, que será tomada como uma identidade e

submetida a subdivisões que permitam de forma lógica uma divisão que procura contemplar a

execução de atividades específicas do processo.

Page 18: Noções de Metrologia

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4.4 Setor

O Setor divide dentro da área locais específicos de execução de urna fase do processo .

Dentro do setor podem ou não existir vários equipamentos de operação diversificada que podem ter

sua identidade própria.

4.5 Grupo

O grupo define o menor conjunto do processo que possui em geral a característica de executar

urna tarefa definida. Assim sendo, pode ser urna máquina ou um conjunto de equipamentos que

execute uma função específica. Por exemplo um grupo de tanques que contenha suas bombas,

agitadores, motores, indicadores, transmissores ou outros medidores ou ainda uma ou várias malhas

de controles relativas a este grupo de tanques.

4.6 Instrumentos / equipamentos

São os componentes físicos que estão contidos no Processo, compondo todas as suas partes

funcionais.

Estes dispositivos podem ser classificados como segue:

4.6.1 Equipamentos

Bombas, vasos, tanques, vibradores, misturadores , pasteurizadores, silos, motores,

clarificadoras, máquinas diversas e muitas outros. Equipamentos são portanto, todos os recursos que

uma bomba , por exemplo , têm para realizar urna determinada tarefa produtiva mesmo que esta seja

ligada indiretamente à fabricação de um determinado produto.

4.6.2 Instrumentos

Indicadores, controladores, registradores, sensores, variadores , atuadores, transmissores,

conversores, válvulas de controle e etc. instrumentos são portanto todos os dispositivos utilizados para

medir, registrar, monitorar e / ou controlar as variáveis de processo de uma determinada planta

industrial ou não.

4.7 Sufixo

O sufixo é um caractere alfanumérico que será aplicado no final do código que compõe o

Tagname sendo de aplicação opcional e destinada à definir aplicações ou localizações , eventos, como

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por exemplo : um local onde na planta temos mais que uma unidade fabril e queremos evitar a

ocorrência de Tagnames idênticos. Podemos utilizar o sufixo para melhor identificar a aplicação e

localização de determinados instrumentos e equipamentos.

4.8 Divisão da fábrica para tagueamento

A fim de que se promova o tagueamento, dois documentos básicos, são necessários:

• Lay-out Geral da Unidade Fabril (Planta)

• Fluxograma Operacional ou Fluxogramas de Processos

No primeiro documento deverão constar todos os locais onde serão implantados equipamentos

instrumentos, sejam eles , prédios ou parte de prédios, que estejam ou não ligados diretamente ao

processo, independentemente de vir a serem considerados objeto das regras de tagueamento.

Este documento vai permitir definir a localização dos equipamentos e instrumentos de um

modo geral , por possuírem códigos que direcionam a sua localização.

No segundo documento deverão constar simbolicamente todos os elementos e seus

relacionamentos com os processos. Estes documentos podem também descrever simbolicamente um

setor de utilidades e vai nos permitir definir a identidade dos equipamentos, ou seja, o local e a função

especifica que a mesmo esta efetuando.

A importância destes documentos transcende ao tagueamento, pois o mesmo também será à

base dos sinópticos operacionais que poderão ser desenvolvidos nas telas das interfaces homem

máquina (monitores de Sistemas Supervisórios ou outros).

Portanto é de suma importância que este documento sofra o menor número de mudanças ,e

que possua o maior número de detalhes referentes às variáveis de controle do processo, tais como :

potência dos motores, set-points de temperatura ou pressão, dados de vazão, nível e outras, bem

como as tolerâncias máximas permitidas para cada variável .

Page 20: Noções de Metrologia

20

CAPÍTULO V

5 Tagname

5.1 Objetivos

Como vimos o Tagname é um código alfanumérico, cuja finalidade é a de identificar

equipamentos ou instrumentos, dentro de uma planta de processos. Com ele podemos saber quais são

os recursos, ou seja, equipamentos e instrumentos componentes de um processo produtivo, de uma

malha de controle, de um loop de controle de uma máquina de um grupo de máquinas de uma planta

ou um grupo de plantas e como este controle esta sendo executado.

O Tagname também é a identificação física de um instrumento ou equipamento. Por meio

deste podemos localizar onde o instrumento / equipamento esta instalado, se há painel, se instalado no

campo ou numa sala de controle , se faz parte de uma tela de um Sistema Supervisório etc.

Para isto, o Tagname deve ser flexível, possuindo um código tal, que este possa ser facilmente

lembrado, escrito e trabalhado, não demasiado longo.

Esta norma pretende tornar livre e flexível a identificação de elementos, porém deve-se ter em

mente que o bom senso sempre deverá estar presente num trabalho consciente; portanto cuidado com

tags confusos, ou aleatórios, longos demais e na possibilidade de tags iguais ou coincidentes, difíceis

de interpretar e etc.

A qualidade de um bom projeto depende do grau de exatidão e confiabilidade de sua

documentação técnica portanto o Tagname deve ser definido no início do mesmo, para não se perder o

exato controle das informações, necessárias para o bom andamento dos trabalhos.

Portanto sempre que uma implantação seja realizada a aplicação das regras de identificação

poderão ser utilizadas independentemente do porte da implantação.

Não é necessário para a aplicação do Tagname que sejam obrigatoriamente definidos

Tagnames para as áreas já existentes, estejam elas tagueadas ou não, o importante é verificar se há

ocorrência de equipamentos ou instrumentos que coincida com o número de Tagname a ser definido

na nova implantação.

Fica claro que uma vez definido os principais números do Tagname, ou seja Número da Área ,

número do Setor e Grupo, estes devem sempre ser indicados no código de identificação do

equipamento ou do instrumento.

Page 21: Noções de Metrologia

21

5.2 Tagname para instrumentação

O Tagname para instrumentação, deve apresentar a mesma filosofia que o Tagname para

equipamentos, ou seja identificar a sua função e a localização do instrumento numa malha de controle

ou medição.

Formado por um código alfanumérico, onde cada instrumento é identificado primeiramente por

um prefixo de letras. Este prefixo inicial identifica e classifica intencionalmente o instrumento. Os dígitos

subseqüentes localizam o instrumento. Esta localização deverá ser sempre coerente com a sistemática

adotada para o Tagname dos elementos ou equipamentos, de forma que tanto os equipamentos,

elementos ou instrumentos da mesma área recebam igualmente os mesmos dígitos de identificação de

área, setor e grupo.

5.2.1 Formato do Tagname

De acordo com a International Society for Measurement and Control norma ISA - S5.1 e a

ABNT norma NBR-8190 , é sugerido o seguinte formato:

5.2.2 Procedimentos para a formação das letras de prefixo do tagname de instrumentos

A identificação funcional é formada por um conjunto de letras cujo significado é dado na tabela

em anexo . A primeira letra identifica a variável medida ou iniciadora.

São letras que identificam qual é o tipo de medição ou indicação que se esta efetuando. Assim

um controle de temperatura inicia com a letra “T”, o mesmo para pressão “P”, as demais letras são

representadas conforme indicado na tabela em anexo na coluna “Variável Medida ou Inicial”

As letras subseqüentes identificam as funções do instrumento ou ainda fazem o papel letras

modificadoras, pois modificam o nome original do instrumento.

Por exemplo um TE, tem sua primeira letra identificando a variável temperatura e a segunda

letra E chamada de subseqüente , no caso um elemento primário , que pode ser um sensor de

temperatura seja PT-100 ou termopar ou outro princípio de medição de temperatura .

Page 22: Noções de Metrologia

22

Outro exemplo, um FI = Indicador de Vazão, tem como primeira letra a variável vazão = F. Ao

acrescentarmos a letra Q, coluna “Modificadora”, esta modificará o nome original do FI, pois acrescenta

ao instrumento um dispositivo de Totalização, portanto ficando a identificação funcional = FQI.

A identificação funcional é estabelecida de acordo com a função do instrumento e não de

acordo com sua construção. De maneira que um registrador de pressão diferencial quando usado para

registrar a vazão é identificado por FR. Se um indicador de pressão ou um pressostato forem

conectados num tanque onde se deseja indicar nível e um alarme de nível por chave, estes são

identificados com LI e LS, respectivamente.

A primeira letra da identificação funcional é selecionada de acordo com a variável medida e

não a variável manipulada. A variável manipulada é a variável controlada pela variável medida.

Logo uma válvula de controle que varia a vazão para controlar um nível, comandada por um

controlador de nível , é identificada como LV e não FV.

As letras subseqüentes identificam as funções do instrumento, podendo ser:

• Funções passivas - elemento primário, orifício de restrição, poço;

• Funções de informação - indicador, registrador, visor;

• Funções ativas ou de saída - controlador, transmissor, chave e outros;

• Funções modificadoras - alarmes ou indicação de instrumento multifunção.

As letras subseqüentes usadas como modificadoras podem atuar ou complementar o

significado da letra precedente. A letra modificadora modifica a primeira letra ou uma das

subseqüentes.

Como no caso de um LILL, onde se deseja explicar que o instrumento esta indicando um nível

muito baixo, utilizam-se uma quarta letra, um “L” de “low”. Veja que se o instrumento indicasse apenas

um alarme de nível baixo, teríamos: LIL.

O caso acima mostra que é possível incluir-se uma quarta letra na identificação intencional do

instrumento, sendo que esta opção deve ser apenas utilizadas em casos de extrema necessidade.

A seqüência de formação da identificação Intencional de um instrumento é a seguinte:

A primeira letra deve sempre indicar a variável medida. Veja a coluna, “Variável medida ou

Inicial" na Tabela em anexo. Se a primeira letra possuir sua função modificada, veja a coluna

Modificadora.

As letras subseqüentes indicam as funções do instrumento na seguinte ordem:

a) Letras que designam funções passivas ou de informação, veja a coluna "função de informação ou

passiva” na tabela em anexo.

b) Letras que designam funções ativas ou saídas , veja a coluna "função final".

c) Letras que modificam a função do instrumento ou que funcionam como complemento de

explicação de função, veja a coluna "Modificadora" dentro da coluna de letras subseqüentes.

Page 23: Noções de Metrologia

23

Se houver letras modificadoras, estas devem ser colocadas imediatamente após a letra que

modificam.

A identificação funcional deve ser composta de no máximo três (3) letras. Uma Quarta letra

somente será permitida no caso de extrema necessidade de explicar completamente qual é a função

do instrumento:

a) para instrumentos mais complexos, as letras podem ser divididas em subgrupos.

b) no caso de um instrumento com indicação e registro da mesma variável, a letra I , pode ser

omitida.

Um instrumento complexo, com diversas medições ou funções, pode ser designado por mais

de urna identificação funcional. Assim um transmissor registrador de razão de vazões, com uma chave

atuada pela razão, em fluxogramas, pode ser identificado por dois círculos tangenciais (vide símbolos

gerais de instrumentação), contendo as identificações FFRT e FFS. Em outros documentos, onde são

usados símbolos gráficos, o instrumento pode ser identificado por FFRT / FFS.

Todas as letras da identificação funcional, devem ser maiúsculas. A tabela, a seguir, é a

transcrição original da norma ISA- 55.1.

Page 24: Noções de Metrologia

24

1A LETRA LETRAS SUBSEQUENTES

Letra Variável Medida

Letra de Modificação

Função de Leitura Passiva

Função de Saída ou Final Letra de Modificação

A Analisador (4) Alarme

B Queimador (Chama)

Indefinida Indefinida Indefinida

C Condutibilidade

Elétrica

Controlador

D Densidade ou

Peso Específico

Diferencial (3)

E Tensão (Fim) Elemento Primário

F Vazão Razão (Fração)

(3)

G Medida

Dimensional

Visor (7)

H Comando Manual

Alto (5 , 11 , 12)

I Corrente Elétrica Indicação ou

Indicador

J Potência Varredura

K Tempo ou Programa Estação de Controle

L Nível Lâmpada Piloto Baixo (5 , 11 , 12)

M Umidade Médio ou Intermed.

(5 , 11 , 12)

O Orifício de

Restrição (8)

P Pressão Ponto de Teste

Q Quantidade Integração (3)

R Radioatividade Registrador

S Velocidade ou

Freqüência

Segurança (6)

Chave ou Interruptor

T Temperatura Transmissor

U Multivariáveis (1) Multifunção Multifunção Multifunção

V Viscosidade Válvula

W Peso ou Força Poço

X (2) Não classificada Não classificada Não classificada

Y Relê ou Computador

(9,10)

Z Posição Elemento Final de

Controle

Page 25: Noções de Metrologia

25

5.2.3 Notas da tabela

(1) O uso da letra U para variáveis ou instrumentos que executam multifunção, em lugar de uma

combinação de letras, é opcional.

(2) A letra não classificada X é própria para indicar variáveis que serão usadas somente uma vez . Se

usada como primeira letra, poderá ter qualquer significado , e qualquer significado como letra

subseqüente.

Por exemplo: Um XR pode ser um registrador de amplitude; ou um TX pode ser um P/I ou um

I/P, montado no corpo de uma válvula de controle de temperatura, ou pode estar montado no campo .

Outro exemplo, um XR pode ser um registrador de tensão mecânica, e etc

(3) Qualquer primeira letra se usada em combinação com as letras modificadoras D (diferencial) , F

(vazão) ou Q (Totalização ou integração), ou qualquer combinação delas, representará uma nova

variável medida e a combinação será tratada como primeira letra

(4) A primeira letra A, para analise, cobre todas as análises não listadas na Tabela . Cada tipo de

análise deverá ser definida fora do seu círculo de identificação no fluxograma símbolos

tradicionalmente conhecidos como pH , 02 e CO, têm sido usado opcionalmente em lugar da primeira

letra A. Esta pratica pode causar confusão, particularmente quando as designações são datilografadas

por máquinas mecânicas .Como exemplo podemos citar um AT, ou seja um Analisador de

concentração de ácido, pode ser simbolizado como mostramos na figura abaixo:

(5) O uso dos termos modificadores alto , baixo , médio ou intermediário e varredura é preferido,

porém opcional. Muito utilizado para explicar se uma variável apresenta uma determinada condição de

alarme, como por exemplo um TAL , um instrumento que indica um alarme baixo de temperatura .

Note que a letra A funciona como letra de função passiva , pois na realidade o instrumento pode ser

um simples indicador de temperatura, onde não é importante dizer que este também indica, caso

contrário sua representação seria TIAL= indicador de temperatura com alarme de temperatura baixa .

(6) O termo segurança se aplicará somente para elementos primários de proteção de emergência .

Então, uma válvula auto - operada que previne a operação de um sistema acima da pressão desejada ,

Page 26: Noções de Metrologia

26

aliviando a pressão do sistema, será uma PCV, mesmo que a válvula não opere continuamente, ou

seja, uma válvula proporcional .

Entretanto esta válvula receberá a representação de PSV se for usada para proteger o sistema

contra condições de emergência, isto é, condições que colocam em risco o pessoal e o equipamento,

ou ambos, e que não são esperados acontecer normalmente.

A designação PSV se aplica para todas as condições de emergência em termos de pressão ou

temperatura “TSV”, não importando a construção e o modo de operação da válvula de alívio ou válvula

de segurança ou outra.

Obs.: É comum encontrarmos a designação “PV ou TV ou LV e etc.”, para válvulas

proporcionais ou outro tipo e que estão efetuando controle da variável manipulada .

No caso mencionado acima, indicamos PCV ou TCV ou LCV e etc, quando as válvulas são

auto - controladas, auto - operadas, auto - pilotadas etc.

(7) A função passiva visor, aplica-se a instrumentos que indicam diretamente o processo e

normalmente não possuem escala. Por exemplo os visores de vidro acoplados a tanques para indicar a

existência de fluido interno ou tubos de vidro, plásticos, ou outros materiais, conectamos a um tanque

para indicar o nível

(8) A letra O é usada precedida da letra F, significando orifício de restrição, independente da finalidade

a que se destina, isto é, reduzir pressão ou limitar vazão . O orifício de restrição não é usado para

medição.

(9) Dependendo da aplicação, um dispositivo que conecta, desconecta ou transfere um ou mais

circuitos pode ser uma chave, um relê, um controlador de duas posições.

(10) As funções associadas com o uso da letra subseqüente Y, devem ser definidos fora do círculo de

identificação.

Este procedimento não é necessário quando a função for evidente, tal como uma válvula

solenóide em uma linha de sinal .

A letra Y descrita na tabela, coluna “letras subseqüentes função final” refere-se a relês ou

funções de computação, ou seja, funções lógicas E, OU etc. , funções diversas tais como

“Multiplicação /Divisão /Soma/ Subtração / Extração de raiz Quadrada e etc." ou ainda funções

matemáticas especiais. É importante notar que estas funções devem ser representadas fora do circulo

de identificação do instrumento

(11) O uso dos termos modificadores alto, baixo, e médio, corresponde a valores das variáveis medidas

e não dos sinais . Como abordado anteriormente, são muito freqüentes para indicar o parâmetro de

alarmes de uma variável.

Page 27: Noções de Metrologia

27

Por exemplo, um alarme de nível alto atuado pelo sinal de um transmissor de nível será um

LAH .

(12) Os termos alto e baixo, quando aplicados a posições de válvulas, são definidos como:

a) alto - denota que a válvula está ou aproxima-se da posição totalmente aberta.

b) baixo - denota que a válvula está, ou aproxima-se da posição totalmente fechada.

Esta notação não é comumente utilizada para válvulas de controle proporcionais, porém no

caso de válvulas Um / Of que possuam sensores de proximidade e deseja-se indicar que esta atingirá a

posição "Aberta" ou "Fechada” , pode ser possível .

5.3 Exemplos de formação da identificação funcional de instrumentos

O objetivo é dar alguns exemplos sucintos de formação da identificação funcional de

instrumentos. Esta identificação é muito importante, pois descreve qual é a variável que esta sendo

medida qual é o tipo de instrumento e qual recurso que este esta utilizando.

Vejamos os seguintes exemplos:

PI = Indicador de pressão: “P” é a variável medida (Pressão), e “I” é a função de informação ou

passiva. Neste caso pode-se ter vários tipos de instrumentos. Desde um manômetro mecânico

a instrumentos eletrônicos sofisticados. Note que ao indicar PI em um fluxograma a intenção é

descrever que naquele determinado ponto deseja-se somente indicar a pressão,

independentemente do tipo de instrumento utilizado.

Outros exemplos podem ser:

TI = Indicador de Temperatura

LI = Indicador de Nível

SI = Indicador de Velocidade

RI = Indicador de Radioatividade

MI = Indicador de Umidade

AI = Indicador de Condutividade, ou pH, ou 02 e etc.

VI = Indicador de Viscosidade

Page 28: Noções de Metrologia

28

PIC = Indicador controlador de Pressão: Neste caso a função final é o controle de uma malha ,

portanto , letra "C" da coluna “função final” e a letra “I” somente uma função passiva

mencionando que o instrumento também esta indicando de alguma forma a variável "P"

pressão.

Outros exemplos podem ser:

TIC = Indicador Controlador de Temperatura

LIC = Indicador Controlador de Nível

FIC = Indicador Controlador de Vazão

JIC = Indicador Controlador de Potência

SIC = Indicador Controlador de Velocidade

BIC = Indicador Controlador de Queima ou Combustão (Queimadores de caldeiras ou fomos ou

outros)

LAH = Alarme de Nível Alto: Neste exemplo a letra "A" define a função de informação ,

indicando que o instrumento esta sendo utilizado para um alarme. A letra modificadora “H”

complementa esta informação indicando o parâmetro do alarme, no caso nível alto.

Outros exemplos podem ser:

TAH = Alarme de Temperatura Alta

SAL = Alarme de Baixa Velocidade

WAL = Alarme de Peso Baixo

HV = Válvula de controle manual: A letra “V” indica a função final e a letra “H” indica a variável

inicial. Note que neste caso esta válvula não é proporcional .

LCV = Válvula de controle de nível auto - operada: Neste exemplo a letra ' “C" pode estar

indicando que a válvula é auto - operada.

LV = Válvula de nível : Geralmente esta notação determina que se trata de uma válvula de

controle proporcional.

Obs.: A primeira letra sempre indica a variável medida e não a variável que esta sendo manipulada.

Page 29: Noções de Metrologia

29

5.4 Símbolos utilizados nos fluxogramas de processo

5.5 Simbologia geral em instrumentação

Painel Principal acessível ao

operador

Montado no Campo

Painel Auxiliar acessível ao

operador

Painel Auxiliar não acessível ao operador

Instrumentos Discretos

Instrumentos Compartilhados

Computador de Processo

Controlador Lógico

Programável

Page 30: Noções de Metrologia

30

CAPÍTULO VI

6 Algarismos significativos

Segmento AB

A B Régua graduada em centímetros Menor divisão da escala u = 1 cm

AB = 14 u + Fração de u Se 3 observadores fossem anotar o comprimento AB:

Todos anotariam 14 unidades completas. Mas poderiam avaliar a fração de u de 3 modos

diferentes:

Fração de u = 0,6 u

Fração de u = 0,5 u

Fração de u = 0,4 u

Nenhum dos três estada errado ! Portanto o comprimento AB pode ser:

AB = 14,4 cm

AB = 14,5 cm

AB = 14,6cm

A medida do comprimento AB apresenta 3 algarismos significativos, sendo 2 corretos e 1

duvidoso .

AB = 14,5 cm

algarismo duvidoso

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Fração de u não pode ser medida,

mas pode ser avaliada pelo

observador dentro dos seus limites de

percepção

14 unidades completas, portanto , exata .

Page 31: Noções de Metrologia

31

A aderência da medição ao fenômeno físico associado deve ser indicada pela quantidade de

algarismos significativos do resultado da medição.

Os algarismos significativos de um número contam-se da esquerda para a direita, a partir do

primeiro não nulo. Exemplos:

0,002500 4 a.s.

83 2 a.s. 78,0 3 a.s. 0,18 2 a.s.

134,5 4 a.s. 26,10 4 a.s. 28,1 3 a.s.

0,0105 3 a.s. 6.1 Regras básicas de arredondamento (NBR-5891)

REGRA 1 - Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo por conservar é menor

que 5, ele permanecerá conservado sem modificações.

Exemplo: 1,333 ⇒ 1,33 ⇒ 1,3

menor que 5 menor que 5 REGRA 2 - Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo por conservar é superior

a 5, ele deverá ser aumentado uma unidade.

Exemplo: 1,666 ⇒ 1,67 ⇒ 1,7

maior que 5 maior que 5 REGRA 3 - Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo por conservar é igual a 5 ,

e for seguido de no mínimo um algarismo diferente de zero, o último algarismo por conservar deverá

ser aumentado de uma unidade.

Exemplo: 4,8512 ⇒ 4,9

Algarismo diferente de zero Algarismo seguinte igual a 5

REGRA 4 - Quando o algarismo imediatamente seguinte ao último algarismo por conservar é um 5

seguidos de zeros, por exemplo:

4,550; 2,750; 3,650; 1,25

Page 32: Noções de Metrologia

32

é necessário observar dois casos: REGRA 4.1 - Quando o último algarismo por conservar é ímpar, arredonda-se para o algarismo par

mais próximo, ou seja, aumenta-se de uma unidade o último algarismo por conservar. Exemplo:

4,550 => arredondada a 1a decimal , será 4,6

3,350 => arredondada a 1a decimal , será 3,4

REGRA 4.2 - Quando o último algarismo por conservar for par, ele permanecerá conservado sem

modificação. Exemplo:

2,850 => arredondada a 1a decimal , será 2,8

1,650 => arredondada a 1a decimal , será 1,6

Page 33: Noções de Metrologia

33

CAPÍTULO VII

7 Confiabilidade metrológica

Um programa de confiabilidade metrológica consiste em manter sistemas de medição estáveis

(sob controle), efetuando verificações programadas em seus equipamentos, métodos e operadores

envolvidos.

O controle das variações dos resultados de medições é importante para:

• Verificar a sua qualidade, estabelecendo médias e desvios

• Verificar a estabilidade no decorrer do tempo

• Estabelecer a previsibilidade

• Obter coerência

Todo resultado de uma medição possui erros e desvios. Essas diferenças podem ser causadas

por:

• Métodos e procedimentos inadequados

• Condições do operador

• Condições do ambiente

• Imperfeição do objeto a ser medido

• Variações causadas em função do tempo

7.1 Erros

O erro consiste na diferença entre o valor medido e o valor real. É impossível medir sem

cometer erros. Efetuando-se medidas com instrumentos perfeitos, com operadores experimentados e

tomadas todas as precauções, os resultados encontrados nessas medidas não são exatamente iguais,

ainda que o operador utilizasse o mesmo instrumento para medir a mesma grandeza.

Os erros cometidos numa medição podem ser:

• Sistemáticos

• Aleatórios ou acidentais

Page 34: Noções de Metrologia

34

7.1.1 Erros sistemáticos

São erros que ocorrem com uma certa constância ou de forma previsível. São originários de

falhas de métodos empregado ou de defeitos do operador. Podem ser corrigidos, uma vez

identificados.

Exemplos:

• erros decorrentes da falta de aferição de instrumentos;

• erros devido a imperfeições dos procedimentos de medição (vício do operador);

• erros devido a influências do ambiente, por exemplo, variação de temperatura.

7.1.2 Erros aleatórios ou acidentais

São erros devido a causas sempre desconhecidas e imprevisíveis, independentes do operador,

do instrumento ou do método utilizado na medição, ou seja, são erros provocados por alterações não

perceptíveis dos aparelhos, do objeto que será medido e do ambiente onde é efetivada a medição .Os

erros acidentais não podem ser determinados isoladamente, mas podem ser analisados

quantitativamente, em geral, mediante cálculos estatísticos.

Exemplos:

• erros de leitura de escalas;

• influência do cansaço do operador ao longo de uma série de medições;

• erro de paralaxe na leitura de uma escala.

7.2 Precisão e exatidão

Grandezas precisas significam medidas com pouca dispersão e estão relacionadas com a

repetitividade e estabilidade.

A exatidão está associada à média de uma série de medidas. O termo "exatidão" pode ser

usado para caracterizar processo (aparelho, método e operador) , medição e instrumento.

Page 35: Noções de Metrologia

35

Na figura abaixo se tem um exemplo clássico de precisão e exatidão.

Exemplo 1:

Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, no valor de 50

psi, apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:

1a Medida: 40 psi 2a Medida: 45 psi 3a Medida: 50 psi

Conclusão: O instrumento não é exato, pois a média dos valores não é 50, também não é

preciso, pois houve uma dispersão muito grande, ou seja não apresenta repetitividade.

Exemplo 2:

Um manômetro de range 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, no valor de 50 psi,

apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:

1a Medida: 40 psi 2a Medida: 60 psi 3a Medida: 50 psi

Conclusão: O instrumento é exato, pois a média dos valores é 50, porém não é preciso, pois

houve uma grande dispersão, ou seja não apresenta repetitividade.

Exemplo 3:

Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, no valor de 50

psi, apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:

1a Medida: 44 psi 2a Medida: 45 psi 3a Medida: 46 psi

Page 36: Noções de Metrologia

36

Conclusão: O instrumento não é exato, pois a média dos valores não é 50, porém é preciso,

pois houve uma pequena dispersão, ou seja apresenta repetitividade.

Exemplo 4:

Um manômetro de range de 0 a 100 psi, quando comparado com o seu padrão, no valor de 50

psi, apresentou o seguinte resultado, após três calibrações:

1a Medida: 51 psi 2a Medida: 50 psi 3a Medida: 49 psi

Conclusão: O instrumento é exato, pois a média dos valores é 50, também é preciso, pois

houve uma pequena dispersão, ou seja apresenta repetitividade.

Page 37: Noções de Metrologia

37

CAPÍTULO VIII

8 Estatística aplicada à metrologia

8.1 Conceitos básicos

Estatística é ciência que se preocupa com a organização , descrição , análise e interpretação

dos dados experimentais .

A confiabilidade metrológica utiliza-se de ferramentas estatísticas para avaliar a eficiência de

ensaios e produzir resultados confiáveis, ou seja, são técnicas que poderão ser utilizadas em um

laboratório metrológico em suas atividades, visando à obtenção da confiabilidade nas medições por ele

executadas.

O objetivo da inferência estatística é tirar conclusões probabilísticas sobre aspectos das

populações , com base na observação de amostras extraídas dessas populações .

População é o conjunto global de medidas.

Amostra é um subconjunto da população, um pequeno número de elementos que serão

examinados e medidos.

População

Amostra

Page 38: Noções de Metrologia

38

População

Amostra

No de Observações

N

n

Média

Nx∑=µ

nx

x ∑=

Variância

σ 2

Nx∑ −

=)( 2µ

S 2

1)(

2

−=∑ −

nxx

Desvio Padrão σσ 2= SS 2=

8.2 Caracterização da amostra

8.2.1 Média

Se um conjunto de medições de um mesurando fornece “n” valores individuais independentes

x1, x2, x3, o resultado do valor mais provável para o conjunto, é expresso como sendo a média

aritmética amostral dos “n” valores individuais, a qual é definida pela expressão:

x = n

xin

∑ ,

Onde: x = média aritmética

xi = valores da amostra

n = números de elementos da amostra

Exemplo: Após o ajuste de um transmissor de pressão, foram feitas três leituras seguidas, a 1a foi 4,02

mA, a 2a foi 3,99 mA e a 3a foi 4,10 mA. Calcule a média das 3 leituras.

x = 4,02 + 3,99 + 4,10 = 4,036 mA, 3

Utilizando-se a regra de arredondamento para 3 algarismos significativos o resultado da média

é de 4,04 mA.

Page 39: Noções de Metrologia

39

8.2.2 Medida de dispersão

8.2.2.1 Variância da amostra

A variância da amostra avalia o quanto os valores observados estão dispersos ao redor da

média.

S 2

1)(

2

−=∑ −

nxx

Onde: S 2

= Variância

X = valor de cada amostra

x = média aritmética das amostras

n = números de elementos da amostra

Exemplo: Após o ajuste de um transmissor de pressão, foram feitas três leituras seguidas, a 1a foi 4,02

mA, a 2a foi 3,99 mA e a 3a foi 4,10 mA. Calcule a variância das 3 leituras.

X X - x ( X - x ) 2

4,02 mA 4,02 – 4,04 = - 0,02 0,0004

3,99 mA 3,99 – 4,04 = - 0,05 0,0025

4,10 mA 4,10 – 4,04 = + 0,06 0,0036

∑ -------- 0,0065

S2 = 0,0065 = 0,00325 3 – 1

Utilizando-se a regra de arredondamento para 2 algarismos significativos o resultado da variância é de 0,0032. 8.2.2.2 Desvio padrão

A variância é uma média dos desvios ( xi - x ) ao quadrado .O desvio padrão é a raiz quadrada positiva da variância.

SS 2=

Page 40: Noções de Metrologia

40

xi (Amostras) ( x4 - x ) 2 ( x2 - x ) 2 x ( x1 - x )2 ( x3 - x ) 2 Elementos

Onde: s= desvio padrão

S2 = Variância da amostra

Exemplo: A partir da variância da amostra de 0,0032, calcule o desvio padrão.

05656,00032,0 ==s

Utilizando-se a regra de arredondamento para 2 algarismos significativos o resultado do desvio

padrão é de 0,057 mA.

8.3 Distribuições

As grandezas de influência atuantes na medição de um mesurando provocam uma

aleatoriedade em seus valores medidos.

Assim sendo, esses valores aparecem de modo razoavelmente ordenado, dentro de uma certa

uniformidade , com alguns deles tendo uma freqüência maior ou mais provável . A freqüência desses

valores distribuídos, origina geralmente uma distribuição de probabilidades denominada de normal .

8.3.1 Distribuição normal

Os valores das medições de um mesurando distribuem-se simetricamente em torno de um

valor central (média). Pequenos desvios em relação a este são mais freqüentes.

Para estudar uma distribuição normal devemos conhecer dois parâmetros: média e desvio

padrão.

Page 41: Noções de Metrologia

41

A distribuição tem as seguintes características:

• Forma de sino

• Simétrica em relação á média

• A probabilidade tende a zero nas extremidades

• Altura ordenada no centro

Onde: µ = média aritmética

δ = desvio padrão

O gráfico acima nos mostra que para a faixa da µ ± δ (lê-se: a média ± um desvio padrão), a

68% de probabilidade de ocorrer um evento nesta faixa, ou seja, para o exemplo utilizado no

transmissor de pressão cuja média das leituras foi de 4,04 mA, há 68% de probabilidade de que novas

leituras neste instrumento ocorram na faixa de 4,04 ± 0,057 mA.

8.3.2 Distribuição normal padronizada

Para cada média e desvio padrão existe uma distribuição, conseqüentemente haverão tantas

distribuições quantos forem os experimentos que têm o comportamento normal .

Com o objetivo de se evitar a utilização de um número infinito de famílias de normais com seus

números reais, recorre-se à operação com valores relativos, originando então a distribuição normal

padronizada.

Page 42: Noções de Metrologia

42

A distribuição normal padronizada tem média “zero” e sua abscissa a contar do ponto central é

definida pela expressão:

σµ−

=xz

Onde: z = número de desvios padrão a contar da média

x = valor individual considerado

µ = média da distribuição normal

σ = desvio padrão da distribuição normal

A Distribuição Normal Padronizada normalmente é utilizada quando trabalhamos com um

número igual ou superior a 30 amostras.

É bom salientar que o valor da área total definida pela curva é igual a 1, ou seja, a

probabilidade de ocorrer um evento dentro desta faixa é de 100% e que a partir da média, tendendo

ao infinito, que são os extremos da curva de Distribuição Normal, temos metade da área para cada

lado, pois a mesma é simétrica.

Page 43: Noções de Metrologia

43

8.3.3 Tabela de distribuição normal

A tabela permite estimar a porcentagem de medidas que estarão contidas dentro de limites pré-

determinados (através da área), ou seja, a tabela permite com uma maior facilidade a determinação da

probabilidade de ocorrer um evento.

É interessante salientar que a tabela da Distribuição Normal Padronizada (que se encontra no

anexo 1, no final da apostila), nos oferece valores entre 0,0000 e 0,5000, pois como a curva da

Distribuição Normal é simétrica, ela pode ser utilizada para os dois lados a partir da média.

Exemplo de um cálculo de probabilidade utilizando a Distribuição Normal:

Na medição da temperatura ambiente de um laboratório, foram medidos valores que resultaram

em uma temperatura média de 20,2 oC e desvio padrão de 0,2 oC . Admitindo-se que o conjunto de

temperaturas tenha uma distribuição normal, determinar a probabilidade de que a temperatura do

laboratório seja menor que 20,0 oC .

x = 20,2 oC e σ = 0,2 oC

σµ−

=xz

12,0

2,200,20−=

−=z

A normal padronizada é simétrica em torno da média , então o valor da Tabela de distribuição

normal em anexo para z = 1 é de 0,3413 . Sendo a área sob a curva a partir da média igual 0,5 unidade

, conclui-se que a probabilidade para ocorrerem valores de temperatura abaixo de 20,0 oC é de:

% probabilidade = 0,5 – 0,3413 = 0,1587

% probabilidade = 15,87 %

Page 44: Noções de Metrologia

44

8.4 Intervalo de confiança

Intervalo de confiança é aquele que, com probabilidade conhecida (chamada nível ou grau de

confiança) deverá conter o valor real do parâmetro considerado .

Limites de Confiança são os limites superior e inferior do intervalo de confiança.

O estudo do cálculo do Intervalo de confiança fornecerá o embasamento teórico para a

determinação das Incertezas de Medição.

Xi = x ± e0

Onde: Xi = intervalo de confiança

x = média amostral

1 - α = intervalo de confiança, se 1 - α = 0,95, então o nível de confiança é de 95%

± e0 = Incerteza da Medição

8.5 Distribuição de Student ( tv )

Como geralmente na calibração e ajustes nos instrumentos não há possibilidade da utilização

dos parâmetros da distribuição normal, já que o desvio padrão da população, a média são

desconhecidos e o número de amostras é menor que 30, estima-se então o desvio padrão e a média a

partir do desvio padrão amostral e da média amostral respectivamente .

Page 45: Noções de Metrologia

45

Neste caso um valor similar à “z” é definido pela expressão:

nSxxt i

/−

Onde: tν ( valor tabelado ) que determina a probabilidade de ocorrer um evento

ν = n – 1 (graus de liberdade)

xi = valor individual do conjunto

x = média amostral

s = desvio padrão amostral

n = quantidade de repetições do conjunto

Conhecendo-se então a distribuição “tv” , será efetuado um procedimento de cálculo análogo ao

da distribuição normal padronizada .

Para identificar o valor “tv” na tabela em anexo, é necessário conhecer o grau de liberdade

associado a um nível de confiança.

Page 46: Noções de Metrologia

46

Uma vez que a média de um conjunto de “ n “ de repetições tem um valor fixo , o “ enésimo “

valor medido xné definido pela média amostral e pelos outros ( n –1 ) valores medidos .

Deste modo os graus de liberdade de um conjunto de “n” repetições é igual a n-1.

Exemplo:

A média do conjunto de dez medições de pressão é 374,9992 mmHg e um desvio padrão

0,00065 mmHg . Qual a probabilidade que uma medição seja menor que 374,9993 mmHg ?

xi = 374,9993 mmHg

x = 374,9992 mmHg

s = 0,00065 mmHg

n = 10

nSxxt i

/−

10/00065,09992,3749993,374 −

=tν

tν = 0,487

De acordo com a tabela de Student (que esta no final da apostila no anexo 1) para nove graus

de liberdade (10 – 1 = 9, consultar na tabela v = 9), o valor 0,487 não existe mas está entre t 0,60 e t

0,70, e então por interpolação temos:

t = probabilidade 0,60 ? 0,70 v = valor da tabela 0,261 0,487 0,543

Valor pedido = v – valor inicial da faixa valor final da faixa– valor inicial da faixa

Valor pedido = 0,487 – 0,261 = 0,80

0,543 – 0,261

t = 0,8 . (0,70 – 0,60) + 0,60

t = 0,68 ou 68%

Logo existe uma possibilidade de 68 % para que ocorram valores medidos menores do que

374,9993 mmHg .

Page 47: Noções de Metrologia

47

8.6 Cálculo de incerteza

O resultado de uma medição é somente uma estimativa do valor do mensurando. Sendo assim,

a expressão completa que representará o valor de tal mensurando deverá incluir a incerteza da

medição.

A incerteza de medição é um parâmetro que caracteriza o intervalo no qual estão os valores

que poderão ser atribuídos razoavelmente ao mensurando com uma determinada probabilidade.

A incerteza de medição é a indicação quantitativa da qualidade dos resultados da medição,

sem a qual os mesmos não poderiam ser comparados entre si, com os valores de referência

especificados ou com um padrão.

8.6.1 Avaliação da incerteza de medição

Na maioria dos casos o mensurando não é medido diretamente, mas é determinado por "n"

outras grandezas de entrada Xi,X2,...,XN, através de uma relação funcional.

Y = f (Xi , X2 , ..... Xn)

• Aquelas cujos valores e incertezas ao diretamente determinados durante a medição, tais

como: temperatura ambiente, pressão barométrica, umidade, etc ...

• Aquelas cujos valores e incertezas são trazidos de fontes externas para a medição, tais

como: de padrões, de certificados de materiais de referência e de dados de referência

obtidas de literaturas.

A estimativa do desvio padrão associado da saída Y, denominada incerteza padrão

combinada uc(y), é obtida a partir dos desvios padrão estimados (incerteza padrão) de cada grandeza

de entrada Xi .

u (Xi) - incerteza padrão da grandeza Xi.

Cada incerteza padrão u (Xi) pode ser estimada de duas maneiras: Avaliação Tipo A, baseado

num conjunto de observações de Xi, através de um tratamento estatístico. Avaliação Tipo B, através de

outros meios que não dependam de um conjunto de observações.

Page 48: Noções de Metrologia

48

8.6.2 Avaliação da incerteza padrão Tipo A

Quando são executadas medições sob condições de repetitividade u (Xi) = s(Xi). é estimativa

da incerteza padrão de cada medição do Tipo A u( x i ) = nxis )(

é estimativa da incerteza padrão da

média das medições.

Para calcularmos a incerteza de medição do Tipo A para pequenos valores de amostras

(menores que 30 e não conhecemos o desvio padrão da população), devemos utilizar a seguinte

equação:

Xi = x ± e0 Onde: Xi = intervalo de confiança

x = média aritmética ± e0 = Incerteza da Medição Na equação acima podemos substituir o ± e0, por:

± e0 = ± tν . nxis )(

Onde: ± e0 = Incerteza da Medição

tν (valor tabelado) que determina a probabilidade de ocorrer um evento

S (Xi) = desvio padrão da amostra

n = número de elementos da amostra Como resultado final temos a seguinte equação:

Xi = x ± tν . nxis )(

Onde: Xi = intervalo de confiança

x = média aritmética

tν (valor tabelado) que determina a probabilidade de ocorrer um evento S (Xi) = desvio padrão da amostra

n = número de elementos da amostra

Exemplo do cálculo de Incerteza de Medição: Após o ajuste de um transmissor de pressão,

foram feitas três leituras seguidas, a 1a foi 4,02 mA, a 2a foi 3,99 mA e a 3a foi 4,10 mA. Calcule a

incerteza de medição com nível de confiança de 95%.

Page 49: Noções de Metrologia

49

1o Passo: Calcular a média aritmética

x = n

xin

∑ ,

Onde: x = média aritmética xi = valores da amostra n = números de elementos da amostra

x = 4,02 + 3,99 + 4,10 = 4,036 mA, 3

Utilizando-se a regra de arredondamento para 3 algarismos significativos o resultado da média

é de 4,04 mA.

2o Passo: Calcular a Variância da amostra.

S 2

1)(

2

−=∑ −

nxx

Onde: S 2

= Variância

X = valor de cada amostra

x = média aritmética das amostras n = números de elementos da amostra

X X - x ( X - x ) 2 4,02 mA 4,02 – 4,04 = - 0,02 0,0004 3,99 mA 3,99 – 4,04 = - 0,05 0,0025 4,10 mA 4,10 – 4,04 = + 0,06 0,0036

∑ -------- 0,0065

S2 = 0,0065 = 0,00325 3 – 1

Utilizando-se a regra de arredondamento para 2 algarismos significativos o resultado da

variância é de 0,0032.

Page 50: Noções de Metrologia

50

3o Passo: Calcular o Desvio Padrão.

2ss = Onde: s= desvio padrão S2 = Variância da amostra

05656,00032,0 ==s

Utilizando-se a regra de arredondamento para 2 algarismos significativos o resultado do desvio

padrão é de 0,057 mA.

4o Passo: Calcular a Incerteza de Medição com nível de confiança de 95%.

e0 = ±tν . nxis )(

Onde: e0 = Incerteza da Medição

tν (valor tabelado) que determina a probabilidade de ocorrer um evento

S (Xi) = desvio padrão da amostra

n = número de elementos da amostra Como temos apenas 3 amostras o grau de liberdade a ser consultado na coluna v na

Distribuição t de Student é 2 pois, v = n – 1, ou seja, v = 3 – 1 = 2.

Como o nível de confiança é de 95%, temos que consultar na coluna P 0,975, porque a partir

da média temos 47,5% ou 0,475 de probabilidade para ocorrer um evento de cada lado da mesma,

mas o valor fornecido na Distribuição de t de Student corresponde a 50% ou 0,5 do lado esquerdo a

partir média mais 47,5 % ou 0,475 do lado direito a partir da média, portanto a coluna a ser

consultada deverá ser a P 0,975 (0,5 + 0,475 = 0,975). Portanto o valor de tν é 4,3030.

e0 = ± 4,3030 . 0,057

3

e0 = ± 0,141mA Utilizando a regra do arredondamento para dois algarismos significativos o valor da Incerteza

de Medição é de ± 0,14 mA.

Page 51: Noções de Metrologia

51

Quando formos calcular a Incerteza de Medição de um transmissor qualquer, devemos colocar

como valor final no laudo ou relatório de calibração, o maior valor de Incerteza que o instrumento

fornecer.

8.6.3 Avaliação da incerteza padrão Tipo B

A estimativa da incerteza padrão Tipo B pode ser feita assumido que Xi, tem uma determinada

distribuição e um intervalo de dispersão. Estas distribuições podem ser uniforme, retangular, triangular,

normal, etc.

Assumindo-se que Xi tem distribuição retangular num intervalo (a , b) a incerteza padrão do

Tipo B é dada por:

u2(Xi) = (( b – a )2 / 12 )

Se b - a = 2c, a equação acima se torna: u2 (Xi) = (2c)2 / 12 = c2 / 3

Assumindo-se que Xi, tem distribuição triangular num intervalo (a , b) a incerteza padrão do

Tipo B é dada por:

u2(Xi) = (( b – a )2 / 24 )

Quando a incerteza expandida (U (Xi)) de X1 vem de um certificado de calibração, com as

informações do nível da confiança e grau de liberdade ou fator de abrangência (k), a incerteza padrão

é calculada da seguinte forma:

u(Xi) = U(Xi) / k

8.6.4 Determinação da incerteza expandida

uc(y) pode ser geralmente utilizada para expressar a incerteza em um resultado de medição.

Em algumas aplicações comercias, industriais, regulamentares e quando a segurança e a saúde estão

em foco, é às vezes necessário se dar uma incerteza que defina um intervalo em torno do resultado de

medição. Espera-se que este intervalo englobe uma grande porção da distribuição de valores que

podem razoavelmente ser atribuídos ao mensurando. A incerteza expandida U é dada por:

U= k . uc(y)

O resultado de medição é: y ± U.

k é o fator de "Student" que depende do nível de confiança e dos graus de liberdade de uc(y).

Uma vez determinado o número de graus de liberdade efetivos obtém-se o valor de falar de

abrangência através de uma tabela para o nível de confiança aproximadamente 95%.

Page 52: Noções de Metrologia

52

Notas:

1) Erro e incerteza não são sinônimos, representam conceitos completamente diferente ; não

podem ser confundidos entre si.

2) Na declaração de Incerteza expandida deve constar o nível de confiança com que ela foi

determinada.

3) O grau de liberdade relativo à incerteza Tipo B geralmente é considerado infinito

8.6.5 Declaração de resultados de medição

Após a incerteza expandida ser calculada para um nível da confiança o valor do mensurando e

a incerteza expandida deverão ser declarados como y ± U e complementados com informação sobre o

valor do fator de abrangência k, que depende dos graus de liberdade, e seu respectivo nível da

confiança, geralmente de 95%.

As incertezas são geralmente expressas bilateralmente em termos da unidade do mensurando

ou de forma relativa (%, ppm, ppb, etc.)

O valor da incerteza deverá ser declarado no máximo com dois algarismos significativos, se for

o arredondamento deverá ser sempre para cima.

Para entender melhor consulte o Relatório de Calibração que está no anexo I

Page 53: Noções de Metrologia

53

CAPÍTULO IX

9 Sistemas de calibração e ajuste

9.1 Conceitos do sistema de calibração/ajuste

Especificamente este capitulo trata dos Equipamentos de Medição e Ensaios onde os

principais requisitos são:

A - Identificação das medidas criticas a executar, a exatidão requerida do processo produtivo e o

equipamento apropriado para a execução das Calibrações e Ajustes.

B - Identificação dos equipamentos de controle de medida e ensaio, Calibração e Ajuste em intervalos

prescritos contra equipamentos certificados e reconhecidos dentro da Cadeia Metrológica Nacional ou

Internacional.

C - Documentar e manter procedimentos detalhados para freqüência, métodos, critério de

"conformidade" e/ou "não conformidade' e de ações a serem tomadas em qualquer caso.

D - Garantir que os equipamentos de Medição e Ensaio tenham exatidão e precisão requeridas.

E - Manter identificados todos os equipamentos de medição e Calibração com marcação para

identificação da situação da Calibração.

F - Manter os registros das Calibrações e Ajustes para os equipamentos de Medição e Ensaio.

G - Fazer avaliação e documentar a validade de medição e ensaios anteriores quando estes fugirem

das especificações.

Este sistema deve fazer parte do Programa de Qualidade que qualquer Empresa venha a

desenvolver e implantar, tendo em vista a melhoria da qualidade de seus produtos e

conseqüentemente ter como objetivo final a sua Certificação Internacional nos padrões da lSO 9000. É

constituído basicamente dos seguintes passos, que serão descritos a seguir.

Page 54: Noções de Metrologia

54

9.2 Escolha dos instrumentos do processo

A adequação da instrumentação de processo obedece a um critério de análise do processo ao

qual será instalado, sendo feito em conjunto com especialistas da áreas envolvidas. Sabendo-se que

sempre deverá partir do seguinte princípio: uma malha de Controle ou Medição crítica, faz sentido

dentro do conceito de QUALIDADE e é definida como uma grandeza de medida, desde que, se o erro

exceder do limite da exatidão requerida, sua atuação no processo causará uma incidência direta sobre

a qualidade do produto. Características das variáveis:

a - Ponto (faixa) de trabalho;

b - Limites permissíveis de variação;

c - Exatidão e incerteza que garanta a qualidade do produto;

d - Repetibilidade da grandeza medida.

9.2.1 Pontos críticos de controle

Para determinar quais equipamentos devem ser estar sujeitos à confirmação metrológica ,

principalmente aqueles de monitoração / controle de processo , é importante estabelecer, ao longo da

linha de produção e inspeção , pontos críticos de controle . Isto é importante para se obter o máximo

de resultado custo / benefício , visto que confirmação metrológica implica em investimento de capital

proporcional ao número de equipamentos que deverão ser verificados.

• Suficiência – Os pontos selecionados como críticos devem ser capazes de garantir a qualidade do

produto , no que diz respeito a todas as propriedades especificadas , com um mínimo de risco de se

enviar inadvertidamente produto final não conforme .

• Relevância – Os pontos críticos selecionados devem garantir o cumprimento integral da política e

obtenção do objetivos de qualidade .

• Necessidade – Os pontos críticos selecionados não devem ser impactados pelos equipamentos dos

outros pontos , tomados como não críticos .

Page 55: Noções de Metrologia

55

Exemplo:

Sendo a umidade a única característica da Qualidade do produto , está claro que a malha de

medição de umidade constitui-se , por suficiência , um ponto crítico de controle , devendo estar sob

confirmação metrológica . Dependendo da política e dos objetivos da qualidade : redução de perdas ,

retrabalho , tempo , etc. ... a malha de medição de umidade poderia ser encarada como um ponto

crítico devido à sua relevância .

As demais malhas poderiam ser considerados pontos críticos se impactassem a condição de

suficiência da malha de medição de umidade e / ou por questões de relevância.

9.2.2 Componentes da malha

Uma malha, se encarada como equipamento , é constituída por um conjunto de componentes

inter - funcionais , destacando-se entre eles :

• Sensor , que mede primariamente uma grandeza .

• Um transmissor , que transforma o sinal enviado pelo sensor em sinal telemétrico

proporcional à grandeza .

• Um controlador , que compara o sinal do transmissor com o sinal do set-point e com base

em um algoritmo , atua sobre o elemento final de controle .

• Um elemento final de controle , que comandado pelo controlador controla a variável

manipulada .

• Outros componentes podem ser : um indicador , registrador ,etc. ...

Page 56: Noções de Metrologia

56

Dos componentes acima listados , por exemplo , o sensor e o indicador são os componentes

que devem ter calibração rigorosa , estando os demais sob calibração , verificação ou mesmo

manutenção , menos rigorosa .

9.3 Rastreabilidade

É o mais importante passo do sistema pois dele depende toda a confiabilidade do sistema. A

Rastreabilidade dos equipamentos de área é feita no Laboratório de Instrumentação da Empresa, e dos

equipamentos do Laboratório de Instrumentação deverá ser feita contra padrões externos em entidade

pertencentes á Cadeia Metrológica Nacional ou Internacional .

As normas exigem uma Rastreabilidade da medição, incluindo o processamento do sinal e a

indicação, contra um padrão Nacional ou internacionalmente reconhecido . Normalmente estes padrões

são do Inmetro ou da Rede Brasileira de Calibração , mas podem ser também de outras empresas que

estejam fora da Rede , desde que elas possuam Rastreabilidade ao Inmetro ou órgão

Internacionalmente reconhecido . Esses padrões já possuem uma incerteza, mesmo que muito

pequena, contra o valor verdadeiro. Normalmente o setor de instrumentação ou a empresa

especializada que fazem a Calibração das medições nas fábricas, possuem instrumentos padrões

próprios, os quais são calibrados contra esse padrão reconhecido.

No diagrama de Rastreabilidade mostrado acima, observamos que no caso de uma Calibração

feita na área fabril, entra um padrão de trabalho entre o instrumento padrão e o instrumento da fábrica.

A utilização desse padrão de trabalho é necessária porque os instrumentos padrões podem ser usados

somente em ambientes adequados , vale lembrar que o diagrama de Rastreabilidade deve ser o mais

estreito possível, ou seja, a quantidade de instrumentos intermediários dessa seqüência deve ser bem

limitada .

Page 57: Noções de Metrologia

57

9.4 Capacitação da mão de obra

Toda Calibração e Ajuste deverá ser feita por pessoal com capacitação e treinamento para tal,

ou seja, isso dará a devida confiabilidade de que todo o processo de avaliação da precisão e incerteza

da medida será garantido.

9.5 Documentação

A documentação é ponto determinante para validação e qualidade de todos os serviços

executados dentro do sistema, e também são chamados de registros da qualidade.

Fazem parte dos registros da qualidade todos os procedimentos de manuseio e execução de

tarefas, registros de Calibração, avaliação e validade das Calibrações e Ajustes e é necessário tê-los

todos escritos, e no conteúdo destes deve constar o que realmente é executado.

Todo controle da documentação deverá ser centralizado em um só órgão da Empresa e em

qualquer mudança dos mesmos deverão ser obedecido critérios, para que não haja duas ou mais

versões do mesmo documento.

Deverão também ser armazenados, identificados e dispostos de maneira tal que possam ser

rapidamente recuperados e consultados em instalações que garantam um ambiente que não

proporcione a deterioração ou danos aos documentos.

O tempo de retenção dos registros deverá ser determinado por escrito e após isto, por força de

contrato estar disponível para avaliação pelos usuários.

Todos os procedimentos devem estar escritos de maneira fácil e compreensível de forma que

não haja dúvidas para quem os execute, e podendo fazê-los de maneira tal qual está escrita.

9.6 Sistema de medição

Todo sistema de medição agrega erros ao valor real de uma medida. Considerando que a

medição de uma variável de processo envolve normalmente uma série de instrumentos, falaremos um

pouco sobre como se processa a propagação de erros dentro de uma mesma malha de medição.

9.6.1 Propagação de erros

Descontando - se os erros aleatórios cometidos durante o processo de medição e eliminando-

se os erros sistemáticos , a exatidão final de um sistema de medição será resultado das exatidões

individuais de cada elemento deste sistema , isto é , dependerá somente dos erros aleatórios .

EEEET n

2222 ...21 +++=

Page 58: Noções de Metrologia

58

Devemos ter cuidado ao escolher os instrumentos de um sistema de medição. É necessário

que todos os componentes da malha tenham uma exatidão adequada pois o erro resultante da

medição do processo, que na verdade é o que nos interessa, é definido pelo erro de todos .

Modificações nas plantas industriais objetivando a melhoria da qualidade dos produtos devem

ser implementadas. Estas melhorias podem obrigar a substituição da instrumentação existente, porém,

o que não podemos perder de vista é que, quanto melhor a exatidão maior o custo e maior a

dificuldade de obter padrões para aferição.

Recomenda-se que a exatidão do padrão de medição seja no mínimo três vezes superior à do

instrumento a ser aferido, isto para garantir que o erro do padrão não seja significativo no processo de

aferição.

Quanto maior a exatidão do instrumento maior a exatidão do padrão e, conseqüentemente,

maior o custo de aquisição e/ ou manutenção destes padrões na empresa.

Aferições internas exigem padrões adequados, mão de obra treinada e qualificada e local de

trabalho com condições ambientais controladas. Em contrapartida, podem ser realizadas com uma

maior freqüência e rapidez, o que diminui os custos do processo de aferição.

Uma análise criteriosa de custos / benefícios deve ser realizada para se verificar a viabilidade

de efetuar aferições internas na empresa ou utilizar laboratórios cujos padrões sejam rastreados a

padrões reconhecidos racionalmente ou internacionalmente.

9.7 Condicionamento dos padrões

Tempo, uso e armazenagem causam a deterioração da exatidão. Por estes motivos,

necessita-se de um programa de calibração e ajuste, com procedimentos e instruções para estas

atividades.

• Padrões de Referência ou Padrões de Trabalho - Ao receber novos padrões de referência

pode-se dispor de dois casos:

O padrão é o mais exato da companhia, neste caso, o padrão deve estar acompanhado de um

certificado que mostre a sua Rastreabilidade ao órgão reconhecido em âmbito nacional ou

internacional. Qualquer calibração e ajuste devem ser realizados fora da companhia em um órgão

devidamente credenciado e reconhecido.

O padrão não é o mais exato da companhia, neste caso, o padrão também deve estar

acompanhado de um certificado que mostre a sua Rastreabilidade ao órgão reconhecido em âmbito

nacional ou internacional. Ao receber o padrão, a companhia deve proceder a sua calibração com o

seu próprio padrão.

Page 59: Noções de Metrologia

59

• Novos Instrumentos para Testes ou Ensaios

Estes aparelhos recebidos devem ser calibrados pelos padrões de trabalho da companhia (ou

devem ser enviados para calibração e ajuste por terceiros qualificados) antes de serem colocados em

uso. Devem estar acompanhados do Certificado de Calibração juntamente com a respectiva

Rastreabilidade.

Page 60: Noções de Metrologia

60

BIBLIOGRAFIA Confiabilidade Metrológica, Fundação Carlos Alberto Vanzolini ,Roberto Rotondaro e Herman Strul Curso de Calibração de instrumentos para Laboratório, Instituto Brasileiro de Petróleo, José Carlos Valente de Oliveira e Paulo Roberto Guimarães Couto. Curso de Confiabilidade Metrológica Aplicada à série ISO 9000, Divisão de Consultoria em Qualidade do BUREAU VERITAS do Brasil – 1994 Identificação de Instrumentos – norma N-901 a – Petrobrás – 1983 Instrumentation Symbols and Identification – ANSI/ISA S.5.1 – 1992 Manual de Tagueamento e Simbologia de Instrumentação: Engenharia Eletricidade Nestlé – 1996 Norma ISO 9000 – junho/1990 Norma ISO 10012-1 – novembro/1993 Revista Instec – março/1994 Simbologia de Instrumentação – ABNT – norma NBR – 8190 – 1983 Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia, INMETRO – 1995

Page 61: Noções de Metrologia

61

ANEXOS

TABELAS ESTATÍSTICAS e RELATÓRIO DE CALIBRAÇÃO

Distribuição Normal Padronizada – valores de P ( zZ 00 ≤≤ )

Z0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0,0 0,0000 0,0040 0,0080 0,0120 0,0160 0,0200 0,0239 0,0279 0,0319 0,0359

0,1 0,0398 0,0438 0,0478 0,0517 0,0557 0,0596 0,0636 0,0675 0,0714 0,0753

0,2 0,0793 0,0832 0,0871 0,0910 0,0948 0,0987 0,1026 0,1064 0,1103 0,1141

0,3 0,1179 0,1217 0,1255 0,1293 0,1331 0,1368 0,1406 0,1443 0,1480 0,1517

0,4 0,1554 0,1591 0,1628 0,1664 0,1700 0,1736 0,1772 0,1808 0,1844 0,1879

0,5 0,1915 0,1950 0,1985 0,2019 0,2054 0,2088 0,2123 0,2157 0,2190 0,2224

0,6 0,2257 0,2291 0,2324 0,2357 0,2389 0,2422 0,2454 0,2486 0,2517 0,2549

0,7 0,2580 0,2611 0,2642 0,2673 0,2703 0,2734 0,2764 0,2794 0,2823 0,2852

0,8 0,2881 0,2910 0,2939 0,2967 0,2995 0,3023 0,3051 0,3078 0,3106 0,3133

0,9 0,3159 0,3186 0,3212 0,3238 0,3264 0,3289 0,3315 0,3340 0,3365 0,3389

1,0 0,3413 0,3438 0,3461 0,3485 0,3508 0,3531 0,3554 0,3577 0,3599 0,3621

1,1 0,3643 0,3665 0,3686 0,3708 0,3729 0,3749 0,3770 0,3790 0,3810 0,3830

1,2 0,3849 0,3869 0,3888 0,3907 0,3925 0,3944 0,3962 0,3980 0,3997 0,4015

1,3 0,4032 0,4049 0,4066 0,4082 0,4099 0,4115 0,4131 0,4147 0,4162 0,4177

1,4 0,4192 0,4207 0,4222 0,4236 0,4251 0,4265 0,4279 0,4292 0,4306 0,4319

1,5 0,4332 0,4345 0,4357 0,4370 0,4382 0,4394 0,4406 0,4418 0,4429 0,4441

1,6 0,4452 0,4463 0,4474 0,4484 0,4495 0,4505 0,4515 0,4525 0,4535 0,4545

1,7 0,4554 0,4564 0,4573 0,4582 0,4591 0,4599 0,4608 0,4616 0,4625 0,4633

1,8 0,4641 0,4649 0,4656 0,4664 0,4671 0,4678 0,4686 0,4693 0,4699 0,4706

1,9 0,4713 0,4719 0,4726 0,4732 0,4738 0,4744 0,4750 0,4756 0,4761 0,4767

2,0 0,4772 0,4778 0,4783 0,4788 0,4793 0,4798 0,4803 0,4808 0,4812 0,4817

2,1 0,4821 0,4826 0,4830 0,4834 0,4838 0,4842 0,4846 0,4850 0,4854 0,4857

2,2 0,4861 0,4864 0,4868 0,4871 0,4875 0,4878 0,4881 0,4884 0,4887 0,4890

2,3 0,4893 0,4896 0,4898 0,4901 0,4904 0,4906 0,4909 0,4911 0,4913 0,4916

2,4 0,4918 0,4920 0,4922 0,4925 0,4927 0,4929 0,4931 0,4932 0,4934 0,4936

2,5 0,4938 0,4940 0,4941 0,4943 0,4945 0,4946 0,4948 0,4949 0,4951 0,4952

2,6 0,4953 0,4955 0,4956 0,4957 0,4959 0,4960 0,4961 0,4962 0,4963 0,4964

Page 62: Noções de Metrologia

62

2,7 0,4965 0,4966 0,4967 0,4968 0,4969 0,4970 0,4971 0,4972 0,4973 0,4974

2,8 0,4974 0,4975 0,4976 0,4977 0,4977 0,4978 0,4979 0,4979 0,4980 0,4981

2,9 0,4981 0,4982 0,4982 0,4983 0,4984 0,4984 0,4985 0,4985 0,4986 0,4986

3,0 0,4987 0,4987 0,4987 0,4988 0,4988 0,4989 0,4989 0,4989 0,4990 0,4990

3,1 0,4990 0,4991 0,4991 0,4991 0,4992 0,4992 0,4992 0,4992 0,4993 0,4993

3,2 0,4993 0,4993 0,4994 0,4994 0,4994 0,4994 0,4994 0,4995 0,4995 0,4995

3,3 0,4995 0,4995 0,4995 0,4996 0,4996 0,4996 0,4996 0,4996 0,4996 0,4997

3,4 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4997 0,4998

3,5 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998 0,4998

3,6 0,4998 0,4998 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999

3,7 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999

3,8 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999 0,4999

3,9 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000 0,5000

Page 63: Noções de Metrologia

63

Distribuição t de Student – valores de t pv, onde P = P ( tv

≤ t pv, )

ν P 0,60 P 0,70 P 0,80 P 0,90 P 0,95 P 0,975 P 0,99 P 0,995 1 0,3250 0,7270 1,3760 3,0780 6,3140 12,7060 31,8210 63,6570 2 0,2890 0,6170 1,0610 1,8860 2,9200 4,3030 6,9650 9,9250 3 0,2770 0,5840 0,9780 1,6380 2,3530 3,1820 4,5410 5,8410 4 0,2710 0,5690 0,9410 1,5330 2,1320 2,7760 3,7470 4,6040 5 0,2670 0,5590 0,9200 1,4760 2,0150 2,5710 3,3650 4,0320 6 0,2650 0,5530 0,9060 1,4400 1,9430 2,4470 3,1430 3,7070 7 0,2630 0,5490 0,8960 1,4150 1,8950 2,3650 2,9980 3,4990 8 0,2620 0,5460 0,8890 1,3970 1,8600 2,3060 2,8960 3,3550 9 0,2610 0,5430 0,8830 1,3830 1,8330 2,2620 2,8210 3,2500 10 0,2600 0,5420 0,8790 1,3720 1,8120 2,2280 2,7640 3,1690 11 0,2600 0,5400 0,8760 1,3630 1,7960 2,2010 2,7180 3,1060 12 0,2590 0,5390 0,8730 1,3560 1,7820 2,1790 2,6810 3,0550 13 0,2590 0,5380 0,8700 1,3500 1,7710 2,1600 2,6500 3,0120 14 0,2580 0,5370 0,8680 1,3450 1,7610 2,1450 2,6240 2,9770 15 0,2580 0,5360 0,8660 1,3410 1,7530 2,1310 2,6020 2,9470 16 0,2580 0,5350 0,8650 1,3370 1,7460 2,1200 2,5830 2,9210 17 0,2570 0,5340 0,8630 1,3330 1,7400 2,1100 2,5670 2,8980 18 0,2570 0,5340 0,8620 1,3300 1,7340 2,1010 2,5520 2,8780 19 0,2570 0,5330 0,8610 1,3280 1,7290 2,0930 2,5390 2,8610 20 0,2570 0,5330 0,8600 1,3250 1,7250 2,0860 2,5280 2,8450 21 0,2570 0,5320 0,8590 1,3230 1,7210 2,0800 2,5180 2,8310 22 0,2560 0,5320 0,8580 1,3210 1,7170 2,0740 2,5080 2,8190 23 0,2560 0,5320 0,8580 1,3190 1,7140 2,0690 2,5000 2,8070 24 0,2560 0,5310 0,8570 1,3180 1,7110 2,0640 2,4920 2,7970 25 0,2560 0,5310 0,8560 1,3160 1,7080 2,0600 2,4850 2,7870 26 0,2560 0,5310 0,8560 1,3150 1,7060 2,0560 2,4790 2,7790 27 0,2560 0,5310 0,8550 1,3140 1,7030 2,0520 2,4730 2,7710 28 0,2590 0,5300 0,8550 1,3130 1,7010 2,0480 2,4670 2,7630 29 0,2560 0,5300 0,8540 1,3110 1,6990 2,0450 2,4620 2,7560 30 0,2560 0,5300 0,8540 1,3100 1,6970 2,0420 2,4570 2,7500 40 0,2550 0,5290 0,8510 1,3030 1,6840 2,0210 2,4230 2,7040 60 0,2540 0,5270 0,8480 1,2960 1,6710 2,0000 2,3900 2,6600

120 0,2540 0,5260 0,8450 1,2890 1,6580 1,9800 2,3580 2,6170 ∞ 0,2530 0,5240 0,8420 1,2820 1,6450 1,9600 2,3260 2,5760