6 Validação Metrológica

Com o propósito de facilitar o entendimento do trabalho, o capítulo apresenta conceitos básicos de metrologia e definições relacionadas ao tem objeto da investigação.

6.1.

Conceitos e definições aplicáveis a metrologia Lord Kelvin, em 1883, fez a seguinte declaração: “O conhecimento amplo e

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satisfatório sobre um processo ou um fenômeno somente existirá quando for possível medí-lo e expressá-lo por meio de números”. Todo padrão de qualidade, seja de equipamentos ou processos, precisa ser definido a partir de regras e normas estabelecidas por organismos competentes, credenciados ou reconhecidos pelo governo. Por esta razão a validação metrológica (ou comprovação metrológica) do equipamento de medição utilizado é tão importante. Para isso é necessário realizar um processo de medição das variáveis trabalhadas para que elas possam ser verificadas e com isso, validá-las e qualificá-las. De acordo com a norma ABNT NBR ISO 10012:2004, o processo de medição é definido pelo conjunto de operações para determinar o valor de uma grandeza. Neste contexto, equipamento de medição é entendido como qualquer instrumento de medição, programa de computador, padrão de medição, material de referência ou dispositivos auxiliares, ou uma combinação deles, necessários para executar um determinado processo de medição. Ainda de acordo com a norma ABNT NBR ISO 10012:2004, comprovação metrológica é o conjunto de operações necessárias para assegurar que um equipamento de medição atende aos requisitos do seu uso pretendido. A comprovação metrológica normalmente inclui calibração ou verificação. O sistema de qualidade de um processo produtivo é constituído pela rastreabilidade, que por sua vez é obtida por meio de calibração. Entretanto, não

61 basta apenas calibrar instrumentos, deve-se analisar o certificado recebido, principalmente os resultados relatados, com base em critérios pré-estabelacidos e, assim, validar a comprovação metrológica, avaliar a coerência do certificado de calibração, o instrumento, a adequação do sistema e a tolerância do processo.

De acordo com o VIM [XX], têm-se as seguintes definições: ¾ Metrologia: É a ciência da medição. Ela abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou da tecnologia. ¾ Medição: Conjunto de operações que tem por objetivo determinar um valor de uma grandeza. ¾ Mensurando: Objeto da medição. Grandeza específica submetida à medição. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0621480/CA

¾ Exatidão: Aptidão de um instrumento de medição para dar respostas próximas a um valor verdadeiro. ¾ 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 um material de referência, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padrões. ¾ Verificação: Operação destinada a fazer com que um instrumento de medição tenha desempenho compatível com o seu uso. ¾ Certificação: é o modo pelo qual uma terceira parte dá garantia escrita de que um produto, processo ou serviço que está em conformidade com os requisitos especificados. ¾ Acreditação: é a atestação de terceira parte relacionada a um organismo de avaliação da conformidade, comunicando a demonstração formal da sua competência

para

realizar

tarefas

específicas

de

avaliação

da

conformidade. ¾ Rastreabilidade: Propriedade do resultado de uma medição ou do valor de um padrão estar relacionado a referências estabelecidas, geralmente a padrões nacionais ou internacionais, através de uma cadeia contínua de comparações, todas tendo incertezas estabelecidas.

62 ¾ Processo de Medição: é o conjunto de métodos e meios que são utilizados para efetuar uma medição. Além do mensurando e do sistema de medição, fazem parte do processo o operador, os procedimentos de medição utilizados e as condições em que as medições são efetuadas. Aplicando-se um sistema de medição sobre o mensurando, produz-se um número, a indicação. ¾ Resultado da Medição: é a faixa de valores dentro da qual deve estar o valor verdadeiro do mensurando. Ele é composto por duas parcelas, o resultado-base (RB) e a incerteza de medição (IM). ¾ Incerteza de Medição: Parâmetro, associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser fundamentadamente atribuídos a um mensurando. De acordo com o manual ISO-GUM [7], entende-se por incerteza (de PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0621480/CA

medição) o parâmetro (como o desvio padrão, por exemplo), associado ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem ser razoavelmente atribuídos ao mensurando (grandeza específica a ser medida). Ainda de acordo com o manual ISO-GUM [7], a incerteza de medição compreende, em geral, muitos componentes. Alguns destes componentes podem ser estimados com base na distribuição estatística dos resultados de séries de medições e podem ser caracterizados por desvios padrão experimentais. Os outros componentes, que também podem ser caracterizados por desvios padrão, são avaliados por meio de distribuições de probabilidade supostas, baseadas na experiência ou em outras informações. A incerteza padrão pode ser avaliada em dois tipos, o Tipo A e o Tipo B. Na incerteza do Tipo A, a metodologia utilizada para a avaliação da incerteza é através de análise estatística de séries de observações. Já na incerteza do Tipo B, a metodologia de avaliação de incerteza é realizada por outros tipos meios que não a análise estatística de séries de observações. Entende-se portanto, que o resultado da medição é a melhor estimativa do valor do mensurando, e que todos os componentes da incerteza, incluindo aqueles resultantes de efeitos sistemáticos, como os componentes associados com correções e padrões de referência, contribuem para a dispersão. No caso do equipamento de aquisição de dados utilizado, o fabricante enviou um arquivo de calibração, Anexo 2, que deve sempre ser adicionado ao

63 software do equipamento no início de cada medição. Não foi enviado junto com o equipamento um certificado, fazendo-se necessária a calibração por comparação laboratorial para a credibilidade dos dados aquisitados. Portanto, para tal calibração, foram necessárias medições das indicações para que essas pudessem ser analisadas e classificadas de acordo com as normas metrológicas. Este caso pode ser considerado como de incerteza do Tipo B.

6.2.

Comparação laboratorial Para se assegurar a confiabilidade das medidas, as medições realizadas são

comparadas com medições realizadas por equipamentos diferentes, nas mesmas condições. Para isso, um dos equipamentos (Correvit) deve ser calibrado, para que os dados obtidos pelo outro equipamento (MQ200-PRO) possam ser comparados

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a ele e com isso validados. Para se realizar a comparação laboratorial, os valores medidos (mensurandos, dados pela aceleração lateral e a velocidade longitudinal) pelos dois equipamentos foram comparados e a diferença entre esses valores foi calculada. Foram calculados também a média e o desvio padrão e os resultados obtidos pela comparação foram analisados de acordo com os valores padrões definidos pelas normas que os regem. Estando os resultados obtidos dentro dos valores padrões esperados, é possível dizer que o equipamento está validado, ou seja, que seus valores de medições são confiáveis para os devidos fins. Esses valores padrões estão determinados na norma SAE J1491 de 1995. Também estão definidas na mesma norma a exatidão e a resolução que o equipamento a ser validado deve ter. Para a unidade de tempo, a exatidão deve ser de + 0,1 segundos e a resolução de 0,1 segundos. Para a unidade de velocidade, a exatidão deve ser de + 0,8 km/h e a resolução de 0,4 km/h. A Tabela 1 indica os valores de exatidão e resolução de cada equipamento, de acordo com os dados dos fabricantes. Tabela 1 – Exatidão e Resolução do equipamento Correvit. Velocidade Correvit

Exatidão + 0,13km/h

Resolução 0,1km/h

64 Para realizar esta análise, será utilizada a metodologia de avaliação da incerteza do Tipo B e avaliada a variância estimada (u2). De acordo com o manual ISO-GUM [7], uma incerteza padrão do Tipo B é obtida a partir de uma suposta função de densidade de probabilidade, baseada no grau de credibilidade que um evento vá ocorrer. Os dados medidos pelos dois equipamentos foram amostrados com diferentes freqüências de amostragem, e por isso, fez-se necessário realizar uma interpolação dos dados, para assim poder compará-los. Foram feitos três ensaios com diferentes velocidades. Para cada ensaio a velocidade foi mantida o mais constante possível. As velocidades testadas foram de 40 km/h, 50 km/h e 60 km/h. Devido às condições da pista, não foi possível realizar ensaios com velocidades acima de 60 km/h. Os valores mostrados abaixo representam o ensaio realizado na velocidade PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0621480/CA

de 50 km/h, no circuito fechado de 5,8 km de comprimento. A

Tabela 2 indica os valores de velocidade medidos pelos dois equipamentos ea

Tabela 3 indica os valores de aceleração lateral. Devido ao número de amostras ser muito grande, apenas uma pequena amostra das medições realizadas está representada, mas os valores de desvio padrão (u) e variância (u2) refletem a totalidade dos dados levantados no curso de toda a trajetória da pista.

65

Tabela 2 – Valores típicos de velocidade medidos pelos dois equipamentos utilizados

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Tempo 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000 13.000 14.000 15.000 16.000 17.000 18.000 19.000 20.000 21.000 22.000 23.000 24.000 25.000 26.000 27.000 28.000 29.000 30.000 31.000 32.000 33.000 34.000 35.000 36.000 37.000 38.000 39.000 40.000

MQ200 Velocidade 43.650 45.200 48.195 50.170 51.515 51.665 52.000 52.190 52.030 51.960 51.600 51.480 51.570 51.120 50.770 50.820 50.120 50.190 50.035 49.950 49.920 49.970 50.290 50.820 52.010 52.180 52.800 52.900 52.760 52.500 51.560 50.950 50.430 50.650 50.480 50.990 51.210 51.710 52.200 52.630

Correvit Velocidade 43.665 45.312 48.476 50.182 51.488 51.962 52.063 52.109 52.118 51.961 51.696 51.296 51.488 51.157 50.842 50.430 50.457 50.399 49.881 49.835 50.232 50.169 50.183 51.411 51.907 52.370 52.553 52.652 52.781 52.110 51.510 50.800 50.292 50.456 50.634 51.024 51.434 52.093 52.312 52.562

Erro Vm-Vc -0.015 -0.112 -0.281 -0.012 0.027 -0.297 -0.063 0.081 -0.088 -0.001 -0.096 0.184 0.082 -0.037 -0.072 0.390 -0.337 -0.209 0.154 0.115 -0.312 -0.199 0.107 -0.591 0.103 -0.190 0.247 0.248 -0.021 0.390 0.050 0.150 0.138 0.194 -0.154 -0.034 -0.224 -0.383 -0.112 0.068

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Tabela 3 - Valores típicos de aceleração lateral medidos pelos dois equipamentos.

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Tempo 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000 10.000 11.000 12.000 13.000 14.000 15.000 16.000 17.000 18.000 19.000 20.000 21.000 22.000 23.000 24.000 25.000 26.000 27.000 28.000 29.000 30.000 31.000 32.000 33.000 34.000 35.000 36.000 37.000 38.000

MQD Lateral G 0.050 0.040 0.030 0.030 0.030 0.075 0.030 0.000 0.060 0.090 0.020 0.020 -0.030 0.000 -0.050 -0.030 -0.010 0.090 0.055 0.060 0.030 0.110 -0.020 -0.040 0.010 0.030 0.030 0.000 0.030 0.030 0.060 0.060 0.050 0.030 0.050 0.030 0.060 0.030

Correvit Lateral G -0.105 -0.035 0.030 -0.024 -0.035 0.111 0.024 -0.011 0.036 -0.031 0.100 -0.152 -0.094 -0.074 -0.048 -0.114 0.025 0.103 0.005 0.035 -0.013 0.027 0.008 0.093 0.058 -0.003 0.001 -0.004 -0.030 -0.020 0.037 -0.009 -0.050 0.014 0.063 0.036 0.045 0.050

Erro Am-Ac 0.155 0.075 0.000 0.054 0.065 -0.036 0.006 0.011 0.024 0.121 -0.080 0.172 0.064 0.074 -0.002 0.084 -0.035 -0.013 0.050 0.025 0.043 0.083 -0.028 -0.133 -0.048 0.033 0.029 0.004 0.060 0.050 0.023 0.069 0.100 0.016 -0.013 -0.006 0.015 -0.020

67

Ainda em conformidade à norma SAE J1491 de 1995, o valor do coeficiente de variação (cv) não pode passar de 6% do valor da velocidade de ensaio, que no caso acima foi de 50 km/h, dando assim um cv máximo de 3,0. A Tabela 4 indica esses valores para o ensaio descrito e ilustrado acima. O coeficiente de variação (cv) é dado pelo desvio padrão (u) dividido pela média ( m ), como ilustra a eq. (3). Já a média ( m ) está ilustrada na eq. (1) e o desvio padrão está ilustrado na eq. (2). O m indica a variável que está sendo analisada, o n é o número de pontos PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0621480/CA

analisados e i é o contador. n

m=

∑m

i

i

(1)

n n

u= cv =

∑ (m − m )

2

i

i

(n − 1)

(2)

u m

(3)

Tabela 4 - Cálculo do Coeficiente de Variação para 50 km/h. Equipamento MQ200 Correvit

Equipamento MQ200 Correvit

Desvio Padrão 1.423 1.381

Variância 0.005 0.003

Média 50.954 50.995

Média 0.006 0.033

Coeficiente de Variação 0.028 0.027

Coeficiente de Variação 0.843 0.103

Como pode ser analisado na Tabela 4, tanto o coeficiente de variação da velocidade e o da aceleração lateral do equipamento a ser validado ficaram muito abaixo do valor máximo estabelecido pela norma, mostrando assim, de acordo com a norma, o equipamento MQ200-PRO tem uma ótima confiabilidade.

68 Porém, de acordo com a aplicação aqui desejada, os valores medidos de aceleração lateral não tiveram a qualidade necessária sem a filtragem. Isso ocorreu pois as medições são variáveis no tempo e passam por uma integração. Isso mostra um ponto crítico para medições que variam com o tempo, ou seja,

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medições não estacionárias.