Metrologia basica, Notas de estudo de Engenharia de Produção

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CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção

Mecânica

Metrologia Básica

Metrologia Básica - Mecânica

© SENAI - ES, 1996

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

Coordenação Geral

Supervisão

Elaboração

Aprovação

Editoração

Francisco Lordes (SENAI) Marcos Drews Morgado Horta (CST)

Paulo Sérgio Teles Braga (SENAI) Rosalvo Marcos Trazzi (CST)

Evandro Armini de Pauli (SENAI) Fernando Saulo Uliana (SENAI)

José Geraldo de Carvalho (CST) José Ramon Martinez Pontes (CST) Tarcilio Deorce da Rocha (CST) Wenceslau de Oliveira (CST)

Ricardo José da Silva (SENAI)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Telefone: (27) 3 325- Telefax: (27) 3 227-

CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, n° 930, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 2916 3 -97 0 Telefone: (27) 3 348-13 33

• e Operador - Laboratório de Metrologia
• • Metrologia..........................................................................
• • Finalidade do Controle.......................................................
• • Medição
• • Método, Instrumento e Operador.......................................
• • Laboratório de Metrologia
• • Normas Gerais de Medição
• • Recomendações................................................................
• Unidades Dimensionais Lineares
• • Unidades Dimensionais
• • Unidades Dimensionais Lineares.......................................
• • Unidades Não Oficiais
• • Outras Grandezas
• Régua Graduada - Tipos e Usos - Graduações da Escala.....
• (Sistema Inglês Ordinário)...................................................... • Graduações da Escala
• (Sistema Métrico Decimal) • Graduações da Escala
• (Régua Graduada) • Exercício de Leitura
• Medição e Leitura................................................................... Paquímetro - Princípio do Vernier - Tipos e Usos - Erros de
• • Paquímetro
• • Princípio do Nônio
• • Medir Diâmetros Externos
• Paquímetro - Sistema Inglês Ordinário...................................
• • Uso do Vernier (Nônio)
• (Paquímetro, Sist. Inglês Ordinário) • Exercício de Leitura
• • Exercício de Diâmetros Externos.......................................
• Paquímetro - Sistema Métrico Decimal
• • Leitura da Escala Fixa
• (milímetro).............................................................................. • Exercício - Leitura do Paquímetro
• • Medição de Diâmetros Externos
• (Sistema Métrico Decimal) • Exercício de Leitura Paquímetro
• • Medição de Diâmetros Externos
• • Paquímetro - Sistema Inglês Decimal................................
• • (Sistema Inglês Decimal)....................................................5 • Exercício de Leitura Paquímetro
  • • Medição de Diâmetros Externos.........................................5
• Micrômetros (Nomenclatura, Tipos e Usos)
• • Micrômetro
• • Características do Micrômetro
• Medir Diâmetros Externos (Micrômetro)..................................
• • Processo de Execução .......................................................6
• Micrômetro (Sistema Inglês Decimal)......................................
• milésimos de polegada) ..........................................................7 • Exercício de Leitura (Micrômetro para medição em
• Micrômetro (Sistema Métrico Decimal)....................................
• Milímetros) ..............................................................................8 • Exercício de Leitura (Micrômetro para Medição em
• • Medição de Diâmetros Externos.........................................8
• Medição Angular .....................................................................8
• Goniômetro
• • Tipos e Usos
• • Exercício de Leitura (Goniômetro) ......................................9
• Instrumentos Medidores de Pressão.......................................
• Medição de Pressão e Vácuo.................................................. • Classificação dos sistemas de
• Relógio Comparador (Tipos e Características) ......................1
• Relógio Comparador (milímetro) ............................................1 • Exercício de Leitura
• Relógio Comparador (polegada) ............................................1 • Exercício de Leitura
• Transformação de Medidas....................................................1
• • Exercício - Transformação de Medidas .............................1
• Tolerância (Sistema ISO)................................................ ......1
• Controle dos Aparelhos Verificadores ....................................1
• Tacômetro..............................................................................1
• Metrologia - Avaliação.......................................................1

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^5)

Conceito - Finalidade do controle medição - Método – Instrumento e Operador

- Laboratório de Metrologia

Metrologia

A metrologia aplica-se a todas as grandezas determinadas e, em particular, às dimensões lineares e angulares das peças mecânicas. Nenhum processo de usinagem permite que se obtenha rigorosamente uma dimensão prefixada. Por essa razão, é necessário conhecer a grandeza do erro tolerável, antes de se escolherem os meios de fabricação e controle convenientes.

Finalidade do Controle

O controle não tem por fim somente reter ou rejeitar os produtos fabricados fora das normas; destina-se, antes, a orientar a fabricação, evitando erros. Representa, por conseguinte, um fator importante na redução das despesas gerais e no acréscimo da produtividade.

Um controle eficaz deve ser total, isto é, deve ser exercido em todos os estágios de transformação da matéria, integrando-se nas operações depois de cada fase de usinagem.

Todas as operações de controle dimensional são realizadas por meio de aparelhos e instrumentos; devem-se, portanto, controlar não somente as peças fabricadas, mas também os aparelhos e instrumentos verificadores:

• de desgastes, nos verificadores com dimensões fixas;
• de regulagem, nos verificadores com dimensões variáveis;

Isto se aplica também às ferramentas, aos acessórios e às máquinas-ferramentas utilizadas na fabricação.

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^7)

Um dos mais significativos índices de progresso, em todos os ramos da atividade humana, é a perfeição dos processos metrológicos que neles se empregam. Principalmente no domínio da técnica, a Metrologia é de importância transcendental.

O sucessivo aumento de produção e a melhoria de qualidade requerem um ininterrupto desenvolvimento e aperfeiçoamento na técnica de medição; quanto maiores são as necessidades de aparatos, ferramentas de medição e elementos capazes.

Na tomada de quaisquer medidas, devem ser considerados três elementos fundamentais: o método, o instrumento e o operador.

Método

a) Medição Direta

Consiste em avaliar a grandeza por medir, por comparação direta com instrumentos, aparelhos e máquinas de medir.

Esse método é, por exemplo, empregado na confecção de peças- protótipos, isto é, peças originais utilizadas como referência, ou, ainda, quando o número de peças por executar for relativamente pequeno.

b) Medição Indireta por Comparação

Medir por comparação é determinar a grandeza de uma peça com relação a outra, de padrão ou dimensão aproximada; daí a expressão: medição indireta.

Os aparelhos utilizados são chamados indicadores ou comparadores-amplificadores , os quais, para facilitarem a leitura, amplificam as diferenças constatadas, por meio de processos mecânicos ou físicos (amplificação mecânica, ótica, pneumática, etc.).

Instrumentos de Medição

A exatidão relativas das medidas depende, evidentemente, da qualidade dos instrumentos de medição empregados. Assim, a tomada de um comprimento com um metro defeituoso dará resultado duvidoso, sujeito a contestações. Portanto, para a tomada de uma medida, é indispensável que o instrumento esteja aferido e que a sua aproximação permita avaliar a grandeza em causa, com a precisão exigida.

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CST 8 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Operador

O operador é, talvez, dos três, o elemento mais importante. É ele a parte inteligente na apreciação das medidas. De sua habilidade depende, em grande parte, a precisão conseguida. Um bom operador, servindo-se de instrumentos relativamente débeis, consegue melhores resultados do que um operador inábil com excelentes instrumentos.

Deve, pois, o operador, conhecer perfeitamente os instrumentos que utiliza, ter iniciativa para adaptar às circunstâncias o método mais aconselhável e possuir conhecimentos suficientes para interpretar os resultados encontrados.

Laboratório de Metrologia

Nos casos de medição de peças muito precisas, torna-se necessário uma climatização do local; esse local deve satisfazer às seguintes exigências:

1 - temperatura constante; 2 - grau higrométrico correto; 3 - ausência de vibrações e oscilações; 4 - espaço suficiente; 5 - boa iluminação e limpeza.

1 - Temperatura, Umidade, Vibração e Espaço

A Conferência Internacional do Ex-Comite I.S.A. fixou em 20ºC a temperatura de aferição dos instrumentos destinados a verificar as dimensões ou formas.

Em conseqüência, o laboratório deverá ser mantido dentro dessa temperatura, sendo tolerável à variação de mais ou menos 1ºC; para isso, faz-se necessária a instalação de reguladores automáticos. A umidade relativa do ar não deverá ultrapassar 55%; é aconselhável instalar um higrostato (aparelho regulador de umidade); na falta deste, usa-se o CLORETO DE CÁLCIO INDUSTRIAL, cuja propriedade química retira cerca de 15% da umidade relativa do ar.

Para se protegerem as máquinas e aparelhos contra vibração do prédio, forra-se a mesa com tapete de borracha, com espessura de 15 a 20mm, e sobre este se coloca chapa de aço, de 6mm.

No laboratório, o espaço deve ser suficiente para acomodar em armários todos os instrumentos e, ainda, proporcionar bem-estar a todos que nele trabalham.

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CST 10 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Evite: 1 - choques, queda, arranhões, oxidação e sujeita;

2 - misturar instrumentos; 3 - cargas excessivas no uso, medir provocando atrito entre a peça e o instrumento; 4 - medir peças cuja temperatura, quer pela usinagem quer por exposição a uma fonte de calor, esteja fora da temperatura de referência; 5 - medir peças sem importância com instrumentos caros.

Cuidados: 1 - USE proteção de madeira, borracha ou feltro, para apoiar os instrumentos. 2 - DEIXE a peça adquirir a temperatura ambiente, antes de tocá-la com o instrumento de medição.

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^11)

Unidades Dimensionais Lineares

Unidades Dimensionais

As unidades de medidas dimensionais representam valores de referência, que permitem:

• expressar^ as^ dimensões^ de^ objetos^ (realização^ de leituras de desenhos mecânicos);
• confeccionar e, em seguida, controlar as dimensões desses objetos (utilização de aparelhos e instrumentos de medida). Exemplo: A altura da torre EIFFEL é de 300 metros; a espessura de uma folha de papel para cigarros é de 30 micrômetros.
• A torre EIFFEL e a folha de papel são objetos.
• A altura e a espessura são grandezas.
• 300 metros e 30 micrômetros são unidades.

Unidades Dimensionais Lineares

Sistema Métrico Decimal

Histórico: O metro, unidade fundamental do sistema métrico, criado na França em 1795, é praticamente igual à décima milionésima parte do quarto do meridiano terrestre (fig.1); esse valor, escolhido por apresentar caráter mundial, foi dotado, em 20 de maio de 1875, como unidade oficial de medidas por dezoito nações.

Observação: A 26 de junho de 1862, a lei imperial nº 1. adotava, no Brasil, o sistema métrico decimal.

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^13)

Múltiplos e Submúltiplos do Metro

Terâmetro - Tm - 10^12 - 1 000 000 000 000m

Gigâmetro - Gm - 10^9 - 1 000 000 000m

Megâmetro - Mm - 10^6 - 1 000 000m

Quilômetro - Km - 10^3 - 1 000m

Hectômetro - Hm - 10^2 - 100m

Decâmetro - Dam - 10^1 - 10m

METRO ( unidade ) - m - 1m

decímetro - dm - 10-1^ - 0,1m

centímetro - cm - 10-2^ - 0,01m

milímetro - mm - 10-3^ - 0,001m

micrômetro - (^) μμμμ m - 10-6^ - 0,000 001m

nanômetro - nm - 10-9^ - 0,000 000 001m

picômetro - pm - 10-12^ - 0,000 000 000 001m

femtômetro - fm - 10-15^ - 0,000 000 000 000 001m

attômetro - am - 10-18^ - 0,000 000 000 000 000 001m

Unidades Não Oficiais

Sistemas Inglês e Americano

Os países anglo-saxãos utilizam um sistema de medidas baseado na farda imperial ( yard ) e seus derivados não decimais, em particular a polegada inglesa ( inch ), equivalente a 25,399 956mm à temperatura de 0ºC.

Os americanos adotam a polegada milesimal, cujo valor foi fixado em 25,400 050mm à temperatura de 16 2/3ºC.

Em razão da influência anglo-saxônica na fabricação mecânica, emprega-se freqüentemente, para as medidas industriais, à temperatura de 20ºC, a polegada de 25,4mm.

Observação: Muito embora a polegada extinguiu-se, na Inglaterra, em 1975, será aplicada em nosso curso, em virtude do grande número de máquinas e aparelhos utilizados pelas indústrias no Brasil que obedecem a esses sistemas.

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CST 14 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Unidades de Comprimento m μμμμ m mm cm dm km 1 m = 1 106 103 102 10 10 - 1 μm = 10 -6^1 10 -3^10 -4^10 -5^10 - 1 mm = 10 -3^103 1 10 -1^10 -2^10 - 1 cm = 10 -2^104 10 1 10 -1^10 - 1 dm = 10 -1^105 102 10 1 10 - 1 km = 103 109 106 10 -5^104 Unidades de Comprimento (Cont.) mm (^) μμμμ m nm (^) Å pm mÅ 1 mm = 1 103 106 107 109 1010 1 μm = 10 -3^1 103 104 106 1 nm = 10 -6^10 -3^1 10 -1^103 1 Å = 10 -7^10 -4^10 1 102 1 pm = 10 -9^10 -6^10 -3^10 1 1 mÅ = 10 -10^10 -7^10 -6^10 -5^10 -1^1

Å = Ångström | 1 mÅ = 1 UX (Unidade X ou Röntgen)

Outras Grandezas

Área Área ou superfície é o produto de dois comprimentos. O metro quadrado é a unidade SI da área , e o seu símbolo é m 2.

Unidades de Área m (^2) μμμμ m 2 mm 2 cm 2 dm 2 km 2 1 m 2 = 1 1012 106 104 102 10 - 1 μm 2 = 10 -12^1 10 -2^10 -8^10 -10^10 - 1 mm 2 = 10 -6^106 1 10 -2^10 -4^10 - 1 cm 2 = 10 -4^108 102 1 10 -2^10 - 1 dm 2 = 10 -2^1010 104 102 1 10 - 1 km 2 = 106 1018 1012 1010 108 1

Volume Volume é produto de três comrprimentos (comprimento, largura e altura). O metro cúbico é a unidade SI da volume , e o seu símbolo é m 3. Unidades de Volume m 3 mm 3 cm 3 dm 3 1)^ km 3 1 m 3 = 1 109 106 103 109 1 mm 3 = 10 -9^1 10 -3^10 -6^10 - 1 cm 3 = 10 -6^103 1 10 -3^10 - 1 dm 3 = 10 -3^10 -6^103 1 10 -

1. 1 km^3 =^109 1018 1015 1012 1 dm 3 = 1 l (Litro)

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CST 16 Companhia Siderúrgica de Tubarão

Pressão

Na área industrial trabalhamos com três conceitos de pressão:

Pressão Atmosférica ou Barométrica - É a pressão do ar e da atmosfera vizinha.

Pressão Relativa ou Manométrica - É a pressão tomada em relação à pressão atmosférica. Pode assumir valores negativos (vácuo) ou positivos (acima da pressão atmosférica).

Pressão Absoluta - É a pressão tomada em relação ao vácuo completo ou pressão zero. Portanto só pode assumir valores positivos.

O Pascal é a unidade SI de pressão , e o seu símbolo é Pa.

Um Pascal é a pressão de uma força de 1 Newton exercida numa superfície de 1 metro quadrado.

Relações entre Unidades de Pressão

P = F/A P - pressão F - Força A - Área

Kgf/cm 2 ..... : quilograma força por centímetro quadrado lbs/pol 2 ..... : líbras por polegada ao quadrado BAR.......... : BAR Pol Hg ...... : polegada de mercúrio Pol H 2 O .... : polegada de água ATM.......... : atmosfera mmHg....... : milímetros de coluna de mercúrio mmH 2 O .... : milímetros de coluna d’água Kpa........... : quilopascal

Kg/cm 2 lbs/pol 2 BAR Pol Hg Pol H 2 O ATM mmHg mmH 2 O Kpa Kg/cm 2 1 14,233 0,9807 28,96 393,83 0,9678 735,58 10003 98, 1bs/pol 2 0,0703 1 0,0689 2,036 27,689 0,068 51,71 70329 6, BAR 1,0197 14,504 1 29,53 401,6 0,98692 750,06 10200 100 Pol Hg 0,0345 0,4911 0,03386 1 13,599 0,0334 25,399 345,40 3, Pol H 2 O 0,0025 0,03611 0,00249 0,07353 1 0,00245 1,8677 25,399 0, ATM 1,0332 14,696 1,0133 29,923 406,933 1 760,05 10335 101, mmHg 0,00135 0,01933 0,00133 0,03937 0,5354 0,00131 1 13,598 0, mmH 2 O 0, 9

0,00142 0, 8

0,00289 0,03937 0,00009 0,07363 1 0,

Kpa 0,01019 0,1450 0,01 0,29529 4,0158 0,00986 7,50056 101,998 1

Temperatura

O Kelvin é unidade SI de temperatura , e o seu símbolo é K.

O Kelvin é definido como a fração 1/273,15 da temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água (equilíbrio simultâneo das fases sólida, líquida e gasosa).

Na prática utiliza-se o grau Celsius (ºC).

Existem também as escalas Rankine e Fahrenheit.

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^17)

Unidade de Temperatura

Ponto de ebulição (Água)

K 373,

ºC 100

ºF 212

Rank 671,

Ponto de Solidificação 273,15 0 32 491,

Zero Absoluto 0 -273,15 -459,67 0

T (^) K = 273,15 + tC =

T (^) R

T (^) R = 459,67 + tF = 1,8 T (^) K

tC =

(tF - 32) = T (^) K - 273,

tF = 1,8 t (^) C + 32 = T (^) R - 459,

T (^) K, T (^) R , tC e tF são os valores numéricos de uma temperatura nas escalas: Kelvin; Rankine; Celsius e Fahrenheit.

Força

Força é uma grandeza vetorial, derivada do produto da massa pela aceleração, ou seja, quando se aplica uma força F em um corpo de massa m , ele se move com uma aceleração a , então:

F = m. a

O Newton é a unidade SI de força , e o seu símbolo é N.

Unidades de Peso N 2)^ kN MN kp dina 1 N = 1 10 -3^10 -6^ 0,102 105 1 kN = 103 1 10 -3^ 0,102.10^3 1 MN = 106 103 1 0,102.10^6 1 kp = 9,81 9,81.10 -3^ 9,81.10-6^1 9,81.10^5 1 dina = 10 -5^10 -8^10 -11^ 0,102.10-5^1

2. (^) 1N = 1 kg m/s 2

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SENAI Departamento Regional do Espírito Santo (^19)

Régua Graduada - Tipos e Usos - Graduações da Escala

O mais elementar instrumento de medição utilizado nas oficinas é a régua graduada (escala). É usada para medidas lineares, quando não há exigência de grande precisão. Para que seja completa e tenha caráter universal, deverá ter graduações do sistema métrico e do sistema inglês (fig.1).

Sistema Métrico

Graduação em milímetros ( mm ). 1mm =

m

Sistema Inglês

Graduação em polegadas ( “ ). 1” =

jarda

A escala ou régua graduada é construída de aço, tendo sua graduação inicial situada na extremidade esquerda. É fabricada em diversos comprimentos:

6” (152,4 mm), 12” (304,8 mm).

Fig.

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CST 20 Companhia Siderúrgica de Tubarão

A régua graduada apresenta-se em vários tipos, conforme mostram as figuras 2, 3 e 4.

Régua de dois encosto (usada pelo ferreiro) Fig.

O uso da régua graduada torna-se freqüente nas oficinas, conforme mostram as figuras 5, 6, 7, 8 e 9.

Medição de comprimento com face de referência Fig.

Medição de comprimento sem encosto de referência Fig.

Régua de profundidade Fig.

Régua de encosto interno Fig.