Rev:05 Abril de 2012
Apostila de Calibração Industrial
IFRJ
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em:
Metrologia
Automação
Industrial
Elaboração:
Prof. Alexandre Mendes
Prof. Reinaldo Santana
Aprovação:
Prof. Alexandre Mendes
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Apostila de Calibração Industrial, Notas de estudo de Metrologia
O que é metrologia? Metrologia é a ciência que estuda as medições. E medição, o que é? É o conjunto de operações que têm por objetivo determinar um valor de uma grandeza. Logo, a Metrologia estuda todos os fatores que influenciam na determinação do valor de uma grandeza. A Metrologia é a principal responsável pela representação de uma variável do processo, o que possibilita que o controle deste processo seja mais eficaz quanto melhor for o domínio sobre as medições efetuadas...
Tipologia: Notas de estudo
2023
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1. INTRODUÇÃO
O que é metrologia?
Metrologia é a ciência que estuda as medições
E medição, o que é?
É o conjunto de operações que têm por objetivo determinar um valor de uma grandeza
Logo, a Metrologia estuda todos os fatores que influenciam na determinação do valor de uma grandeza. A Metrologia é a principal responsável pela representação de uma variável do processo, o que possibilita que o controle deste processo seja mais eficaz quanto melhor for o domínio sobre as medições efetuadas. A Metrologia é uma ciência bastante antiga. Só para termos uma idéia, a lei que estabelece o metro como unidade oficial de comprimento foi promulgada em
- Os padrões materializados do metro e do quilograma foram construídos em 1798, com platina. No Brasil o metro foi adotado oficialmente em 1862. Porém, a metrologia como conhecemos hoje, preocupada com a confiabilidade das medições, que estima incertezas e prevê métodos padronizados para buscar medir com exatidão, é relativamente recente. Começou a partir da 2ª guerra mundial, quando o repentino aumento da demanda por bens industrializados revelou que as peças produzidas por diferentes fornecedores não eram intercambiáveis, mesmo partindo das mesmas especificações, por não haver concordância entre as medidas declaradas pelos fornecedores. A partir daí, acompanhado da globalização e aumento do consumo, sobretudo de bens industrializados (indústrias mecânica e eletrônica), sua importância foi crescendo, e os estudos avançando. Por isso, muitos pontos ainda carecem de consenso, porém é indispensável conhecer as medições e suas fontes de dúvida, para então podermos avaliar, em cada caso, os fatores que realmente interferem na realização das medições com a exatidão e confiabilidade requeridas.
Este é nosso objetivo!
1.1 Ramos da Metrologia
1.1.1 Metrologia Científica e Industrial
A metrologia científica trata, fundamentalmente, dos padrões de medição internacionais e nacionais, dos instrumentos laboratoriais e das pesquisas e metodologias científicas relacionadas ao mais alto nível de qualidade metrológica. Como desdobramento, estas ações alcançam os sistemas de medição das indústrias (metrologia industrial), responsáveis pelo controle dos processos produtivos e pela garantia da qualidade dos produtos finais.
Estrutura Internacional da Metrologia Científica
- Conferência Geral de Pesos e Medidas (CGPM) Constituída por representantes dos países membros da Convenção do Metro. Reúne-se de 4 em 4 anos e tem como missão básica assegurar a utilização e aperfeiçoamento do Sistema Internacional de Unidades.
- Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) Composto por 18 membros de países diferentes, atua como autoridade científica internacional. Convoca a CGPM e prepara as resoluções a serem submetidas à Conferência Geral.
- Bureau Internacional de Pesos e Medidas ( BIPM ) Centro internacional mantido com recursos de todos os países membros e tem como missão: a. Conservar os protótipos internacionais; b. Efetuar intercomparação de padrões; c. Definir os valores das Constantes Fundamentais da Física. O INMETRO, por intermédio da DIMCI - Diretoria de Metrologia Científica , tem a responsabilidade de manter as unidades fundamentais de medida, garantir a rastreabilidade aos padrões internacionais e disseminá- las, com seus múltiplos e submúltiplos, até as indústrias. Desta forma, o INMETRO tem como principais objetivos:
- Intercomparar periodicamente os padrões nacionais aos internacionais;
- Estabelecer metodologias para a intercomparação nacional de padrões, instrumentos de medir e medidas materializadas;
- Calibrar padrões de referência dos laboratórios acreditados, rastreando-os aos padrões nacionais;
- Efetuar pesquisas visando à obtenção de medições mais exatas e melhor reprodução das unidades do Sistema Internacional;
- Descentralizar serviços metrológicos ao longo do país, acreditando laboratórios que tenham condições adequadas à realização de serviços metrológicos específicos, para faixas de valores e incerteza de medição estabelecidos.
1.1.2 Metrologia Legal A definição formal de metrologia legal é: “Parte da Metrologia que estabelece procedimentos legislativos, administrativos e técnicos pelas ou por referência às autoridades públicas, e implementadas em nome dessas autoridades, com o propósito de garantir, de maneira regulatória ou contratual, a qualidade apropriada e a credibilidade das medições relativas aos controles oficiais, ao comércio, à saúde, à segurança e ao meio ambiente.” Ou seja, a metrologia legal é responsável por regulamentar e fiscalizar o cumprimento de práticas metrológicas que não prejudiquem as relações comerciais honestas, saúde e segurança das pessoas e integridade do meio ambiente. Para isso, se vale de
2. MEDIÇÃO DE MASSA
2.1. Introdução Em nosso dia-a-dia, qual o instrumento de medição que mais encontramos? Em primeiro lugar, certamente estão os relógios, onde medimos o tempo, e em segundo, alguém concorda que são as balanças? Seja nos supermercados, padarias, feiras, restaurantes self service... as balanças estão presentes em todo tipo de comércio, já que a maioria dos produtos que compramos pagamos pela sua massa. A propósito, você sabe a diferença entre peso e massa? Sabe por que chamamos a medição de massa de pesagem? Neste capítulo iremos estudar os aspectos relacionados à medição de massa.
2.2 Conceituação – O que é massa, peso, força...?
A massa de um objeto pode ser determinada pela medida de sua inércia. A inércia é a resistência que o corpo oferece a um esforço realizado para modificar seu estado de movimento. Assim, a massa de um corpo não varia com o local onde ele se encontra. Ela é escalar e sua unidade no sistema internacional de unidades (SI) é o quilograma (kg). Já o peso é uma força que depende da massa do objeto, além de depender da aceleração a que esta massa está sujeita. Como a aceleração que nos cerca é a aceleração da gravidade, e esta depende da massa do planeta e da distância entre o objeto e o centro planeta, o peso de um corpo varia em função de sua localização. O peso é vetorial e sua unidade SI é o newton (N). Se a massa de um corpo é m, o seu peso é definido por: P = m.g Onde: P é o peso m é a massa, e g é aceleração da gravidade no local onde se encontra o corpo.
Independentemente do lugar em que um corpo estiver, sua massa não se altera, mas o seu peso sim. Alguém que tenha uma massa de 80 kg (em qualquer
lugar do mundo esta será sua massa!), pesará cerca de 783 N no Rio de Janeiro, 785 N em São Paulo e, na Lua, pesará apenas cerca de 128 N. Isso porque na Lua a aceleração da gravidade é bem menor que a Terra. Mesmo aqui na Terra, a gravidade não é a mesma em todo lugar. Diferenças de altitude e latitude podem determinar valores diferentes para a gravidade. Por isso, em São Paulo, que tem uma altitude média de 760 m, a aceleração da gravidade é maior que no rio de Janeiro, que está ao nível do mar. Mas então, como distinguir "peso" de "massa"? Podemos dizer que peso de um corpo é a resultante da atração da gravidade sobre esse corpo (força), enquanto massa de um corpo é a resistência que este corpo oferece à mudança de seu estado de movimento.
O peso de um corpo depende de sua posição, porque g varia de ponto a ponto. Então, como a balança determina massa, e não peso?
No cotidiano os termos massa e peso são usados como se fossem sinônimos. De fato, quando procedemos a uma medição utilizando uma balança comparadora, estamos medindo massa, pois tanto o corpo cuja massa queremos determinar como o padrão de massa utilizado para a comparação estão, ambos, sujeitos à mesma gravidade.
A balança da foto irá entrar em equilíbrio quando as forcas atuantes em ambos os pratos se igualarem. Como a aceleração da gravidade é igual nos dois pratos, a força peso só será igual quando as massas sobre o
prato da esquerda (objeto medido) for igual à que está sobre o prato da direita (Peso-padrão). Matematicamente: Pp = mp.gp (padrão) Po = mo.go (objeto)
Como gp = go , A força Po que equilibra a balança varia exclusivamente em função das variações de massa. Logo, a massa desconhecida mo é determinada por
comparação com a massa conhecida do padrão mp.
2.3 Unidade de Massa
A massa é umas das sete grandezas fundamentais da metrologia, e o quilograma (kg) é a unidade de base para medição de massa.
O quilograma possui algumas particularidades, pois além de ser a única unidade que é expressa como um múltiplo, também é a única que ainda está referenciada a um padrão físico. Sua massa é equivalente a um padrão composto por 10% de irídio e 90% de platina que está localizado no Museu Internacional de Pesos e Medidas na cidade de Sèvres, na frança, desde 1889. Ele é um cilindro eqüilátero de 39 mm de altura por 39 mm de diâmetro. Quando foi construído o quilograma padrão (também conhecido como Le Grand K ), cerca de 80 outros protótipos foram feitos, da mesma liga, numerados e distribuidos aos países signatários da convenção do metro. No Brasil, o protótipo nº 66 fica guardado no laboratório de massa (lamas), da divisão de metrologia mecânica do campus do INMETRO em Xerém – Duque de Caxias – RJ. Este protótipo é usado como refrência para a disseminação da unidade de massa no país, através de sua comparação com outros padrões usados pelo INMETRO e pelos demais laboratórios de calibração acreditados. Por ser um padrão que ainda é físico, existe a desvantagem de sofrer variações devido à ação do tempo e contato físico. Em comparações recentes, verificou-se que a massa do Le Grand K variou derca de
- 50 μg em relação à média dos demais protótipos. Como a conservação e manuseio do quilograma padrão é feita de maneira exemplar, numa redoma de vidro e em condições especiais, que incluem o manter no vácuo e um procedimento especial de limpeza sempre que ele é manuseado, a explicação mais aceita é que os demais protótipos tiveram sua massa aumentada, sem, contudo uma explicação definitiva ser dada.
Padrão internacional do quilograma, na sede do BIPM, na França.
Padrão internacional do quilograma (ao centro) guardado com seis protótipos, na sede do BIPM, na França.
Fonte: BIPM
Fonte: BIPM
fábrica de balanças, e passou a produzir seu novo modelo em escala industrial, rapidamente expandindo suas vendas para o mundo inteiro. (Lendo) – De Florens Sartorius à Sartoruis AG Conheça melhor a história de Florens Sartorius e da evolução da empresa que ele criou, que deu origem ao grupo Sartorius AG. Hoje, a Sartorius pesquisa, projeta e fabrica equipamentos para várias áreas da ciência. Acesse o sitio http://www.sartorius.com e navegue!
Balança usada por Lavoisier, na elaboração de sua teoria da conservação damassa Fonte: Musée des arts et métiers
Por quase 80 anos este tipo de balança reinou soberano nos laboratórios químicos e industriais, até que um jovem e engenhoso suíço, que aprendeu mecânica de precisão desde criança desmontando e montando as máquinas da fábrica de tecido de sua família, inventou uma nova balança, que revolucionou todos os conceitos: a balança mecânica de um prato! Este modelo de balança foi o primeiro lançamento que Erhart Mettler (1917-2000) fez em sua nova empresa, a Mettler Instrumente AG, no ano de 1946.
(Lendo) – Erhart Mettler e a Mettler Toledo Conheça também a evolução da Mettler, criada em 1946 por Erhart Mettler. Acesse o sitio http://www.mt.com e navegue!
As balanças de um prato, também conhecidas como balanças de um prato e dois cutelos ou eletromecânicas, tornaram-se conhecidas somente a partir de 1946, quando Erhart Mettler introduziu o primeiro modelo comercial prático no mercado científico, que se expandia rapidamente após o fim da 2ª Guerra Mundial. Estas balanças eram de custo muito mais alto que as de dois pratos, mas as conveniências por elas apresentadas tornaram-nas cada vez mais populares; as balanças de prato único começaram a substituir rapidamente os modelos de dois pratos a partir dos anos
A grande sacada de Mettler foi substituir o prato e os pesos-padrão que serviam de referência por uma série de macanismos internos, que através de um conjunto de botões, engrenagens, braços e pesos móveis, permitiam ao usuário selecionar diferentes valores de carga padrão e os colocava em equilíbrio com o prato da balança. Com o prato vazio, o peso do mecanismo se equilibrava perfeitamente, e uma escala óptica, iluminada por uma lâmpada, mostrava 0,0000 g. Ao se colocar uma carga desconhecida no prato, o usuário ia selecionando gradativamente, através dos botões giratórios, o valor dos pesos que seriam colocados na alavanca, até que os pesos fossem equivalentes. O ajuste fina era feito por um outro botão,
Fonte: Revista Química Nova, dez. 2004
até que o equilíbrio entre a carga e os pesos selecionados fosse perfeito. Nesta situaçao, a escala indicava a fração do grama que equilibrou a carga no ajuste fina, e que somada ao valor dos pesos selecionados, dava a indicação da massa da carga medida. Embora bastante complexa, e por consequência mais cara, a balança mecânica de um prato se difundiu rapidamente no mundo inteiro, pois, além do contexto de intensa expansão e industrialização acelerada que ocorreu após a segunda guerra mundial, a balança criada por Mettler era extremamente rápida, fácil de usar, e exata. Sua robustez e confiabilidade faz com que ainda hoje esteja em uso em muitos laboratórios.
Balança eletromecânica fabricada pela Mettler – Suíça.
Vista do interior – parte superior – da balança acima.
Diagrama funcional da balança eletromecânica.
Atualmente, a balança eletrônica é o instrumento mais utilizado nas medições de massa, devido às inúmeras vantagens que apresenta, como a facilidade de operação e leitura, facilidade de instalação, menor possibilidade de falha mecânica, menor sensibilidade à vibração, entre outras. A maior parte das balanças possui o recurso da tara, que permite zerar a indicação da balança com uma carga sobre o prato. È com u uso desta função que um recipiente, depois de colocado sobre o prato da balança, pode ser zerado, permitindo que o display indique apenas o peso do conteúdo deste recipiente. Esta função pode ser vista, por exemplo, nos restaurantes self service, onde o peso do prato é “tarado”, e somente a massa da comida que colocamos no prato é medida. Outras funções que geralmente encontramos são a comunicação com impressoras ou computadores, interligação em redes, configuração de mensagens e informações nutricionais, além de ajuste
Fonte: www.humboldt.edu
Fonte: www.humboldt.edu
Fonte: www.humboldt.edu
Balanças para pequenas cargas, tipicamente usada em indústrias
Balança para grandes cargas, tipicamente usada em indústrias
2.4.3 Balanças eletrônicas (T2)
Quando analisamos o funcionamento das balanças mecânicas, seja de um ou dois pratos, a variação da acelaração da gravidade não representava variação significativa da massa medida, uma vez que a gravidade que atua nos padrões e no objeto medido é basicamente a mesma, já que a pesagem é feita por comparação do mensurando, seja com padrões colocados manualmente num dos pratos da balança ou com os padrões internos da balança de um prato, que estão a uma pequena distância uns dos outros (padrão e objeto), e, portanto, submetidos à mesma g.
Pp = mp.gp (padrão) Po = mo.go (objeto)
Como gp = go , A força Po que equilibra a balança varia exclusivamente em função das variações de massa. Logo, a massa desconhecida mo é determinada por comparação com a massa conhecida mp.
Porém, nas balanças eletrônicas, a força Po não se equilibra mecanicamente com a força exercida pela massa de um padrão, de massa conhecida. A força Po é percebida por um transdutor, e transformada em um sinal elétrico. É este sinal que, após digitalizado pelos circuitos eletrônicos da balança, é comparado com valores de força Pp memorizados na balança, no momento do ajuste. Logo, a condição de igualde gp = go não ocorre naturalmente, já que a aceleração da gravidade do local onde a balança está sendo utilizada pode ser diferente no local onde a mesma foi ajustada.
Fonte: Alfa Instrumentos
Fonte: Welmy
Digital
Analógica
Fonte: Cabos Morsing S.A
Plataforma de balança rodoviária mecânica
Fonte: Schenk Process Balança rodoviária usada na pesagem de caminhões
Desta forma, temos que assegurar que a calibração de balanças seja realizada no local de uso, uma vez que a acelaração da gravidade varia de local para local da terrra, em função das variações de latitude e altitude. Além disso, o próprio transporte, manuseio, instalação e condições ambientais representam fontes significativas de alteração no desempenho das balanças eletrônicas. Mesmo para balanças que não necessitem de calibração, devemos assegurar um novo ajuste no local de uso, principalmente para as balanças de classe de exatidão I e II (Você irá aprender a classificar as balanças em breve!), nas quais as diferenças provocadas pela variação da aceleração da gravidade entre o local de ajuste e o local de uso é superior à resolução do instrumento.
2.4.3.1 Funcionamento básico de uma balança eletrônica de célula de carga resistiva
O funcionamento das células de carga baseia-se em duas propriedades físicas que se combinam: 1 – A resistência de um fio metálico, considerando sua resistividade constante, depende de seu diâmetro e comprimento; e 2 - Todo metal é elástico quando submetido à uma força de tração, e em sua fase elástica (antes da deformação permanete) a deformação é proporcional à força aplicada, segundo a lei de Hooke, e cessa quando a a força é retirada. Assim, a célula de carga é formada por um corpo de metal usinado, que obedece à segunda propriedade, no qual são colados sensores, denominados extensômetros ou strain gages, que apresentam uma variação de sua resistência ôhmica proporcional à sua deformação, ou seja, aplicando a propriedade 2 em um fio metálico, ele “estica”, e tanto seu diâmetro como o seu comprimentos variam. Então, aplicando a propriedade 1, este fio vai variar sua resistência elétrica, proporcionalmente à deformação, que é proporcional à força aplicada no conjunto. Os extensômetros são colados no corpo da célula de carga, que é uma peça metálica (alumínio, aço, aço inoxidável ou ligas especiais) única, e são
inteiramente solidários à sua deformação. Quando depositamos um objeto sobre a célula de carga, a acelaração da gravidade atua em sua massa, fazendo com que a uma força peso atue sobre o corpo da célula de carga, deformando-a. Esta deformação é transmitida aos extensômetros, que por sua vez irão se deformar proporcionalmente à força aplicada, variando sua ressistência elétrica, possibilitando a medição de sua intensidade. Obviamente, a forma e as características do corpo da célula de carga devem ser cuidadosamente definidas, tanto no seu projeto quanto na sua execução, visando assegurar que a relação de proporcionalidade entre a intensidade da força atuante e a conseqüente deformação dos extensômetros seja preservada, tanto no ciclo inicial de pesagem quanto nos ciclos subseqüentes, independentemente das condições ambientais. A forma geométrica, portanto, deve conduzir a uma linearidade e estabilidade dos resultados.
Utiliza-se comumente em células de carga quatro extensômetros ligados entre si na configuração de ponte de Wheatstone. Como o desbalanceamento da ponte, em virtude da deformação dos extensômetros, é proporcional à força que o provoca, através da medição deste desbalanceamento que se obtém o valor da força aplicada.
A ponte de Wheatstone formada pelos extensômetros é alimentada com uma tensão grerada pela parte eletrônica da balança, onde também se encontram os circuitos de amplificação, conversão do sinal do transdutor de analógico para digital e processamento e indicação deste sinal. A tensão de alimentação faz com que, ao se aplicar carga sobre a célula de carga, e consequentemente desequilibrar a ponte de Wheatstone,
10000 partes (n = 10000), ou seja, uma balança com capacidade de 100 kg equipada com célula de carga pode apresentar uma resolução mínima de 10 g, veja:
s kg
n
s Capacidade
Re^100
Re
Utilizaremos um raciocínio parecido para determinarmos a classe de exatidão das balanças regulamentadas, onde calcularemos o número de divisões da balança.
2.4.4 Funcionamento básico de uma balança eletrônica eletromagnética O princípio usado nas balanças eletromagnéticas é a aplicação de uma força restauradora eletromagnética ao suporte do prato da balança. O prato fica sobre um cilindro metálico oco, envolto por uma bobina que se ajusta no pólo interno de um ímã cilíndrico. Uma corrente elétrica na bobina cria um campo magnético que suporta ou levita o cilindro, o prato e o objeto sobre o prato. A corrente é ajustada, de modo que o nível do sensor fotoelétrico de equilíbrio fique na posição nula quando o prato está vazio. Quando um objeto é colocado no prato da balança, o deslocamento do suporte é compensado. O sensor de equilíbrio e o próprio prato movem-se para baixo, o que aumenta a quantidade de luz que atinge a fotocélula do indicador de equilíbrio. A intensidade da força restauradora é controlada pela corrente que passa pelas bobinas do sistema de compensação eletromagnética, que, por usa vez, é proporcional à massa adicionada. A corrente da fotocélula é então amplificada e passa a alimentar a bobina, criando assim um campo magnético maior, o que faz o prato voltar à sua posição original. A corrente necessária para manter o prato e o objeto na posição nula é diretamente proporcional à massa do objeto. Um resistor de precisão converte a variação de corrente em variação de tensão, e o microprocessador converte esta variação de tensão, depois de amplificada, em massa, sendo mostrada no visor, conforme ilustrado abaixo:
2.4.5 Portaria do INMETRO nº 236/
Como as balanças são instrumentos de medição que interferem diretamente nas relações de comércio, sua aplicação em diversas atividades afeta diretamente os direitos dos consumidores. Por isso, é um instrumento sujeito à verificação compulsória por parte dos organismos de metrologia legal.
Esta portaria é um regulamento técnico metrológico que estabelece as condições técnicas e metrológicas, bem como o controle metrológico, aplicados aos instrumentos de pesagem não automáticos. A portaria está baseada na recomendação R 76, da OIML, porém está defasada, pois entro em vigor em 2004, prevendo alterações que passariam a vigorar até 1998, e necessita de algumas melhorias para aumentar sua clareza e torná-la mais condizente com a atual realidade metrológica brasileira e com os avanços da tecnologia dos instrumentos de pesagem. Esta revisão, que já foi feita pela OIML na R 76 (em 2006 a OIML revisou e desmembrou a R 76 – Lançando em 2006 a R 76 – 1 “Metrological and technical requirements – Tests” e em 2007 a R 76 – 2 “Test report format”) ainda não foi feita pelo INMETRO. Relembrando nossos conhecimentos de metrologia legal, quando uma portaria do INMETRO estabelece um regulamento técnico metrológico (RTM), ela tem força de lei, e seu cumprimento é obrigatório.
A: Prato da balança B: Peso Interno para ajuste motorizado (opcional) C: Controlador de corrente D: Microprocessador E: Display digital F: Sensor de equilíbrio G: Bobina
A seguir, temos um resumo do que é necessário saber para a correta aplicação desta Portaria.
Campo de Aplicação: Como a portaria estabelece os requisitos mínimos que garantam a equidade nas relações comerciais, além de resguardar a saúde e segurança das pessoas e meio ambiente, sua aplicação abrange os instrumentos utilizados para: determinação da massa para transações comerciais; determinação da massa para o cálculo de pedágio, tarifa, imposto, prêmio, multa, remuneração, subsídio, taxa ou um tipo similar de pagamento; determinação da massa para aplicação de uma legislação ou de uma regulamentação, ou para perícias judiciais; determinação da massa na prática médica no que concerne a pesagem de pacientes por razões de vigilância, de diagnóstico e de tratamento médico; determinação da massa para a fabricação de medicamentos segundo receita em farmácia e determinação de massas quando de análises efetuadas nos laboratórios médicos e farmacêuticos; ou determinação do preço em função da massa para venda direta ao público e para a confecção de mercadorias pré-medidas.
Unidades de Medida: As unidades de medida de massa autorizadas nos instrumentos são o quilograma ( kg ), o micrograma (μμμμ g ), o miligrama ( mg ), o grama ( g ) e a tonelada ( t ). Para aplicações especiais, tais como o comércio de pedras preciosas, o quilate métrico (um quilate igual a 0,2g) – pode ser utilizado como unidade de medida. O símbolo do quilate é o ct.
Princípios de Classificação (Classe de Exatidão): São estabelecidas as seguintes classes de exatidão e seus símbolos:
- Exatidão especial, símbolo I
- Exatidão fina, símbolo II
- Exatidão média, símbolo III
- Exatidão Ordinária, símbolo IIII
Valor de Divisão de Verificação (e) : O valor de divisão de verificação e um artifício que a portaria dispõe para que algumas balanças possam apresentar uma resolução melhor do que apresentariam para atender à portaria. Com isso, em algumas situações especiais o fabricante pode definir que a resolução de leitura não é verificável, ou seja, o último dígito da leitura indicada pela balança não conta para o erro máximo permitido. Por exemplo, um fabricante pode definir que determinado modelo de balança, com capacidade 2000 g, apresente um valor de divisão (d) igual a 0,01 g, porém seu valor de divisão de verificação (e) seja 0,1g, e este será o último dígito considerado na verificação. Esta exigência não se aplica aos instrumentos da classe especial com d < 1mg. Para estas balanças, e = 1mg.
Determinação da Classe de Exatidão e da Carga Mínima: Quando a classe de exatidão não for informada, podemos determina-la através dos seguintes passos: 1º: Determinar sua capacidade (cap. ou máx.) e o valor de divisão de verificação (e). 2º: Calcular o número de divisões de verificação (n)
e
n =^ Capacidade
3º: Procurar, na tabela abaixo, sempre da classe especial para a ordinária, a classe de exatidão onde a balança se encaixa, atendendo tanto os requisitos referentes ao (e) quanto ao (n).
Portaria INMETRO 236/94 – Classes de Exatidão
Portaria INMETRO 236/94 – EMP
Erros Máximos
Permitidos nas
Verificações
Subsequentes
Para as cargas m, expressas em valores de divisão de verificação e
Especial Fina Média Ordinária
± 1,0 e 0 ≤m≤ 50000 0 ≤m≤ 5000 0 ≤m≤ 500 0 ≤m≤ 50
± 2,0 e 50000<m≤ 200000 5000<m≤ 20000 500<m≤ 2000 50<m≤ 200
± 3,0 e 200000<m 20000<m≤ 100000 2000<m≤ 10000 200<m≤ 1000
* Quer dizer que, os números que limitam a carga aplicada “m” devem ser multiplicados pelo
valor de e.
Atenção: Para verificação Inicial (na fábrica), os erros máximos permitidos são iguais à metade dos erros permitidos nas verificações subsequentes.
Exemplos: Determinar a carga mínima e erro máximo permitido (EMP) para as balanças seguintes, considerando que todas eles estão em uso (verificação subsequente):
1) Uma balança com capacidade 15kg, divisão de verificação (e) 5g. Solução: Determinar o número de divisões de verificação (n):
= =^15000 =
g
g
e
n Capacidade
A classe de exatidão da balança é média (III), pois o (e) é igual a 5 g e o (n) está entre 500 e 10000. A carga mínima é 100 g, ou seja, 20 e. As faixas definidas para cada limite de erro são:
- Primeira faixa: 0e ≤ m ≤ 500e: EMP ± 1,0e 0 x 5 g = 0 g e 2500 x 5 g = 2.500g: Para cargas entre 0 g e 2500 g, o erro máximo permitido é de 1e = 5 g.
- Segunda faixa: 500e < m ≤ 2000e: EMP ± 2,0e De 2505 g a 10000 g: erro máximo de 2,0 e = 10g.
- Terceira faixa: 2000e < m ≤ 10000e: EMP ± 3,0e De 10005 g a 15000 g: erro máximo de 3 e = 15g.
Ilustrando graficamente, temos:
2) Uma balança com capacidade 210 g, d = 0,1 mg, e = 1 mg. Solução: Determinar o número de divisões de verificação (n):
= =^210 =
g
g
e
n Capacidade
A classe de exatidão da balança é especial, pois o (e) é igual a 0,001 g e o (n) é maior que 50000. A carga mínima é 10 mg (este caso é uma exceção. Para balanças de classe Especial, a carga mínima é 100d, sempre). As faixas definidas para cada limite de erro são:
- De 0,0000 g a 50,0000 g: erro máximo de 1e = 0,001 g.
- De 50,0001 g a 200,0000 g: erro máximo de 2e = 0,002 g.
- De 200,0001 g a 210,0000 g: erro máximo de 3e = 0,003 g.
3) Uma balança com capacidade 60 t, d = e = 10 kg. A classe de exatidão da balança é média, pois o (e) é maior que 5 g e o (n) é 6000, que está entre 500 e 10000. A carga mínima é 200 kg. As faixas definidas para cada limite de erro são:
- De 0,00 a 5,00 t: erro máximo de 1e = 10 kg.
- De 5.01 t a 20,00 t: erro máximo de 2e = 20 kg.
- De 20.01 t a 60,00 t: erro máximo de 3e = 30 kg.
Importante: Se supormos que a balança é nova, ou seja, que a verificação é inicial, os EMP serão a metade dos erros da verificação subsequente, veja:
- De 0,00 a 5,00 t: erro máximo de 0,5e = 5 kg.
- De 5.01 t a 20,00 t: erro máximo de 1,0e = 10 kg.
- De 20.01 t a 60,00 t: erro máximo de 1,5e = 15 kg.
2,500 10,000 15,000 Carga (kg)
EMP (g)
+ 15
+ 10
+ 5 0
Conjunto de Pesos-padrão classe de exatidão E 2 A tabela de erro máximos permitidos, para cada classe de exatidão, é apresentada na página 7 do RTM, e reproduzida abaixo.
Utilização da classe adequada para cada balança: A classe de exatidão dos pesos utilizados como instrumentos de pesagem devem estar de acordo com o prescrito para “Instrumentos de Pesagem a funcionamento não automático” (portaria 236/94).
F1; E2 - Pesos destinados a serem utilizados com instrumentos de pesagem de classe de exatidão I. F2 - Pesos destinados a serem utilizados nas transações comerciais importantes (ex.: ouro e pedras preciosas ), com instrumentos de pesagem de classe de exatidão II. M1 - Pesos destinados a serem utilizados com instrumentos de pesagem de classe de exatidão II; M2 - Pesos destinados às transações comerciais normais com os instrumentos de pesagem de classe de exatidão III; M3 - Pesos destinados a serem utilizados com os instrumentos de pesagem de classe de exatidão III e IIII. Além disso, os pesos-padrão utilizados para a calibração / verificação dos instrumentos não devem possuir um erro superior a 1/3 do erro máximo permitido para o instrumento, para a carga considerada.
Erros Máximos Permitidos para Pesos-padrão, de acordo com a portaria 233/94 do INMETRO
Fonte: Sartorius
2.6 Calibração de Balanças conforme o guia de calibração EURAMET / cg - 18/v. A calibração consiste em:
- Aplicar cargas de ensaio ao instrumento sob condições especificadas;
- Determinar o erro ou tendência da indicação, e
- Estimar a incerteza de medição a ser atribuída aos resultados.
Quanto ao local, a calibração é normalmente executada no local onde o instrumento está sendo usado. Se um instrumento é movido para outro local após a calibração, possíveis efeitos devido à diferença na aceleração da gravidade local, variações nas condições ambientais, além das condições mecânicas e térmicas durante o transporte podem alterar o desempenho do instrumento e invalidar a calibração. Mover o instrumento após a calibração deveria, portanto ser evitado. O INMETRO, por exemplo, só acredita o serviço de calibração de instrumentos de pesagem quando realizado nas instalações do cliente.
2.6.1 Empuxo do ar
Um objeto pesado no ar e no vácuo não apresenta o mesmo valor de massa indicado no mostrador da balança. Isso ocorre por que, pelo Princípio de Archimedes, ao se imergir um objeto num fluido (ar), este reage à imersão com uma força de sentido contrário, proporcional ao volume deslocado por este corpo e à massa específica do fluido. Todas as pesagens realizadas estão sujeitas as influencia do empuxo do ar uma vez que todas as pesagens realizadas no nosso dia-a-dia são feitas no ar. Para poder haver a possibilidade de comparação entre resultados obtidos em pesagens no ar sem a necessidade de correções, convencionaram-se condições sob as quais as pesagens podem ser comparadas entre si.
A OIML possui um documento orientativo: D28 Conventional value of the result of weighing in air , que desde 2004 estabelece essas condições. Este documento é a versão atualizada da antiga R33, que vigorava até então.
Por definição, Massa Convencional é: “O valor de massa convencional de um corpo é igual à massa m c de um padrão que equilibra um corpo sob condições convencionalmente escolhidas”
As condições convencionalmente escolhidas são:
- • Temperatura de referência: 20ºC
- ρ ar^ = 1,2 kg/m^3 ρ padrão = 8000 kg/m^3 A massa específica do ar é dada por:
( ) ( )
t
p u t
= −^ −
ρ^0 ,^3484440 ,^0002520 ,^020582
Onde: ρ ar – massa específica do ar (kg/m3) p – pressão atmosférica (hPa) u – umidade relativa t – temperatura (oC) A massa específica do peso pode ser verificada em tabelas, bastando conhecer seu material. Para variações da massa específica do ar maiores que ± 10%, deve ser realizada a correção do empuxo do ar, pois estas condições diferentes das convencionadas causa erros significativos nas calibrações. Todavia, sempre haverá uma contribuição na incerteza de calibração originada do empuxo do ar.
A tabela apresentada a seguir mostra uma aproximação bastante razoável para a incerteza devido ao empuxo do ar, quando não há correção, em função do material do qual o padrão utilizado na calibração é fabricado:
Material Incerteza do empuxo do ar Aço Inoxidável 1 ppm (1 x 10-^6 do VVC) Ferro Fundido 3 ppm (3 x 10-^6 do VVC) Latão 3 ppm (3 x 10-^6 do VVC) Alumínio 30 ppm (30 x 10-^6 do VVC)