Introdução à Metrologia Mecânica

Antigamente não existiam os equipamentos disponíveis para realizar as medidas que necessitamos, assim as pessoas da época utilizavam bastante a prática de correlações com algo conhecido. As unidades de medição primitivas estavam baseadas em partes do corpo humano, que eram referências universais, pois ficava fácil chegar-se a uma medida que podia ser verificada por qualquer pessoa. Foi assim que surgiram medidas padrão como a polegada, o palmo, o pé, a jarda, a braça e o passo, como ilustram na Figura 1 e Figura 2. Algumas dessas medidas-padrão continuam sendo empregadas até hoje

Veja os seus correspondentes em centímetros:

Na Tabela 1 estão descritas os setes unidades que servem de base para todas as demais. Nela também estão presentes o símbolo e a descrição de como a mesma é obtida

O conjunto das sete unidades de base e as unidades suplementares forma um conjunto que descreve as demais grandezas existentes, as unidades derivadas (tabela 2).  

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).

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

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.

A metrologia é a ciência que estuda as unidades de medida e de processo de medição.

Tanto os equipamentos de fabricação como os instrumentos de medida são imperfeitos. Por esse motivo, é impossível produzir objetos com total precisão. O erro pode ser diminuído, mas não eliminado completamente, pois as imperfeições são inevitáveis, até mesmo pelo desgaste dos equipamentos utilizados.

O controle de medidas consiste, pois, na aplicação de processos que permitam manter os erros de fabricação dentro de limites aceitáveis, previamente estabelecidos.

O controle dimensional não tem por fim apenas reter ou rejeitar os produtos dentro ou fora das normas de qualidade.

Seu objetivo principal consiste em orientar a fabricação, evitando, assim, erros inaceitáveis. Segue-se daí uma redução de perdas nas empresas, devido à diminuição da quantidade de peças produzidas fora de padrão. Consequentemente haverá um aumento da produtividade.

A medição pode ser DIRETA ou INDIRETA por comparação.

A medição DIRETA e é feita mediante instrumentos, aparelhos e máquinas de medir.

Emprega-se a medição direta, por exemplo, na confecção de peças protótipos, isto é, peças originais que se utilizam como referência; ou ainda em produção de pequena quantidade de peças.

A medida INDIRETA por comparação consiste em confrontar a peça que se quer medir, com aquela de padrão ou dimensão aproximada. Por exemplo, um eixo pode ser controlado, por medida indireta, usando-se um calibrador para eixos.

Um calibrador para eixos, TIPO BOCA FIXA, possui duas bocas. Vamos, agora, medir um de seus eixos. O eixo escolhido deve passar pela boca maior, ou seja, pelo lado “passa”, mas não pode passar pelo lado menor que é o lado “não passa”, pintado de vermelho.

Outro calibrador do tipo “passa / não passa” é o TAMPÃO para furos, em que o lado “não passa” é o mais curto. Seu funcionamento é semelhante ao do calibrador fixo para eixos.

A polegada divide-se em frações ordinárias de denominadores iguais a: 2, 4, 8,16, 32, 64, 128... Temos, então, as seguintes divisões da polegada:

Os numeradores das frações devem ser números ímpares:

Sempre que uma medida estiver em uma unidade diferente da dos equipamentos utilizados, deve-se convertê-la (ou seja, mudar a unidade de medida).

Para converter polegada fracionária em milímetro, deve-se multiplicar o valor em polegada fracionária por 25,4mm.

A conversão de milímetro em polegada fracionária é feita dividindo-se o valor em milímetro por 25,4 e multiplicando-o por 128. O resultado deve ser escrito como numerador de uma fração cujo denominador é 128. Caso o numerador não dê um número inteiro, deve-se arredondá-lo para o número inteiro mais próximo.

Regra prática - Para converter milímetro em polegada ordinária, basta multiplicar o valor em milímetro por 5,04, mantendo-se 128 como denominadores. Arredondar se necessário.

Para dar uma medida precisa, é indispensável que o instrumento esteja aferido, ou seja, corresponda ao padrão adotado. É necessário, também, que ele nos possibilite executar a medida com precisão exigida. Em suma, a boa medida depende da qualidade do instrumento empregado.

O paquímetro é um instrumento usado para medir dimensões lineares: internas, externas e de profundidade.

Consiste em uma régua graduada, com encosto fixo, na qual desliza uma garra móvel. Abaixo, mostramos um paquímetro de uso geral; daí, seu nome: paquímetro universal.

O cursor ajusta-se à régua de modo a permitir sua livre movimentação, com um mínimo de folga. Ele é dotado de uma escala auxiliar, chamada de nônio ou vernier. Essa escala permite que se alcance uma maior precisão nas medidas.

O paquímetro universal é usado, especialmente, quando a quantidade de peças que se quer medir é pequena e a precisão não é inferior a 0,02 mm.

Paquímetro universal: é utilizado em medições externas, internas e de profundidade. Entre todos os outros, é o tipo mais usado.

Paquímetro universal com relógio indicador: utilizado quando se necessita executar um grande número de medições.

Paquímetro de profundidade: serve para medir profundidade de furos não vazados, rasgos, rebaixos, etc.

A escala do cursor é chamada de nônio ou vernier, em homenagem a Pedro Nunes e Pierre Vernier, considerados seus inventores.

Calcula-se a aproximação de um paquímetro, utilizando a seguinte fórmula:

Além da falta de habilidade do operador, outros fatores podem provocar erros de leitura no paquímetro, como por exemplo, a paralaxe e a pressão de medição.

Dependendo do ângulo de visão do operador, pode ocorrer o erro por paralaxe, pois devido a esse ângulo, aparentemente há coincidência entre um traço da escala fixa com outro da móvel.

O cursor onde é gravado o nônio, por razões técnicas de construção normalmente tem uma espessura mínima (a), e é posicionado sobre a escala principal. Assim, os traços do nônio (TN) são mais elevados que os traços da escala fixa (TM).

Colocando o instrumento em posição não perpendicular à vista e estando sobrepostos os traços TN e TM, cada um dos olhos projeta o traço TN em posição oposta, o que ocasiona um erro de leitura.

Para não cometer o erro de paralaxe, é aconselhável que se faça a leitura situando o paquímetro em uma posição perpendicular aos olhos.

Já o erro de pressão de medição origina-se no jogo do cursor, controlado por uma mola.

Pode ocorrer uma inclinação do cursor em relação à régua, o que altera a medida. Para se deslocar com facilidade sobre a régua, o cursor deve estar bem regulado: nem muito preso, nem muito solto. O operador deve, portanto, regular a mola, adaptando o Instrumento à sua mão. Caso exista uma folga anormal, os parafusos de regulagem da mola devem ser ajustados, girando-os até encostar no fundo e, em seguida, retornando 1/ 8 de volta aproximadamente. Após esse ajuste, o movimento do cursor deve ser suave, porém sem folga

O micrômetro é um instrumento de medição de comprimentos. Sua precisão é maior do que a do paquímetro, permitindo medir, por leitura direta, dimensões com aproximação de 0,01 mm ou mesmo de 0,001 mm (um mícron). Daí, esse instrumento ser chamado de “micrômetro”.

O micrômetro permite a medição de comprimento de 0 a 25mm, de 25 a 50 mm... 2000 mm. Seu funcionamento baseia-se no avanço de um parafuso micrométrico. O passo do parafuso é de 0,5 mm, e cada volta dividi-se em aproximadamente 50 partes iguais, podendo, ainda, conter um nônio.

É importante saber, também, que os micrômetros se caracterizam pela capacidade e pela aproximação da leitura:

Pela capacidade, os micrômetros variam de 0 a 25mm; de 25 a 50mm de 1975 a 2000 mm;

 Pela aproximação de leitura, podem ser de 0,01mm e 0,001mm ou de .001” e de .0001”.

No micrômetro de 0 a 25 mm, quando as faces das pontas estão juntas, a borda do tambor coincide com o traço zero da bainha. A linha longitudinal, gravada na bainha, coincide com “zero” da escala centesimal do tambor.

Os micrômetros internos são utilizados exclusivamente para medidas cilíndricas internas. Há dois tipos principais: o micrômetro interno de três contatos e o micrômetro interno de dois contatos.

É um instrumento de precisão de grande sensibilidade. É utilizado tanto na verificação de medidas, superfícies planas, concentricidade e paralelismo, como para leituras diretas. Por sua elevada precisão e versatilidade, o relógio pode ser usado medindo ou comparando diversas formas de peças (fig.1 e 2).

Os relógios comparadores podem apresentar ainda alguns acessórios ou variações na construção que possibilitem diferentes tipos de medida. Sua finalidade é possibilitar controle em série de peças, medições especiais de superfícies verticais, de profundidade, de espessuras de chapas etc. A Figura 13 ilustra exemplos de aplicações especiais como a medição de profundidade e espessura de chapas por exemplo. Também podem ser encontrados relógio comparadores com visor digital que fornecem uma leitura direta do deslocamento mensurado.