GUIA PARA ELABORAO DE UM PLANO DE MANUTENO DA CONFIABILIDADE METROLGICA DE INSTRUMENTOS DE MEDIO

Sereno H.R.S.1, Sheremetieff Jr. A.2

1 Inmetro, Duque de Caxias, Brasil hrsereno@inmetro.gov.br

2 Universidade Catlica de Petrpolis, Petrpolis, Brasil, alexandre.sheremetieff@ucp.br

Resumo: Este trabalho apresenta os critrios para elaborao de um plano de calibrao adequado a cada processo produtivo. Estes critrios compem a segunda parte de um guia para elaborao de um plano de manuteno da confiabilidade metrolgica de instrumentos de medio.

Palavras Chave: Confiabilidade metrolgica, garantia da qualidade, instrumentos, plano de calibrao.

1. INTRODUO A fim de assegurar a qualidade em processos produtivos, fundamental garantir que as medies realizadas para tomadas de deciso sejam confiveis, para isso necessrio, alm de especificar adequadamente tais instrumentos, a garantia da rastreabilidade de tais medies.

Embora a rastreabilidade seja assegurada com as calibraes dos instrumentos, a correta interpretao e aplicao dos resultados obtidos (erro e incerteza) bem como a manuteno do status de calibrao so fundamentais, pois a desconsiderao desses fatores pode comprometer o processo produtivo.

2. O PLANO DE MANUTENO DA CONFIABILIDADE METROLGICA A manuteno da confiabilidade metrolgica dos instrumentos de medio/padres visa assegurar que as medies realizadas com esses instrumentos/padres sejam confiveis e rastreveis.

O ponto principal do plano de manteno da confiabilidade metrolgica o plano de calibrao dos instrumentos/ padres

A elaborao do plano de calibrao tem por objetivo principal, se aplicado corretamente, manter a confiabilidade e rastreabilidade dos instrumentos de medio/padres.

A rastreabilidade (6.10) [3] garantida quando o instrumento ou padro calibrado de forma a ter evidenciada sua rastreabilidade.

Segundo norma NBR ISO/IEC 17025 estabelece a rastreabilidade ao SI dos seus prprios padres e instrumentos de medio, por meio de uma cadeia ininterrupta de calibraes ou comparaes, ligando-os aos padres primrios das unidades de medida SI correspondentes, essa norma indica tambm que Quando forem utilizados servios externos de calibrao, a rastreabilidade da medio deve ser assegurada pela utilizao de servios de calibrao de laboratrios que

possam demonstrar competncia, capacidade de medio e rastreabilidade.

No Brasil o rgo responsvel por manter os padres primrios e dar a rastreabilidade as medies no pas o Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial INMETRO. O INMETRO alm de signatrio da Conveno do Metro, que estabelece a utilizao do Sistema Internacional de Unidades SI no pas, tambm signatrio do MRA (Mutual Recongnition Agreement Acordo de Reconhecimento Mtuo) desta forma, todas as medies realizadas por esse instituo e os laboratrios por ele acreditados tm aceitabilidade e confiabilidade assegurada nos pases signatrios deste acordo. O fato do INMETRO participar deste acordo facilita a transao comercial entre vrios pases sem a necessidade da repetio das medies j realizadas no Brasil (A participao neste um ponto estratgico, segundo o Governo Federal, na quebra de barreiras tcnicas e comerciais). Sob coordenao da Coordenao Geral de Acreditao, o INMETRO acredita laboratrios de calibrao e ensaio pblicos e privados que tem sua competncia, capacidade de medio e rastreabilidade comprovada atendendo os requisitos da NBR ISO/IEC 17025:2005 formando duas grandes redes de laboratrios em todo pas:

A Rede Brasileira de Laboratrios de Ensaio RBLE acreditada a realizar diversos tipos ensaios.

A Rede Brasileira de Laboratrios de Calibrao RBC acreditada a realizar diversos tipos de calibrao.

A lista de laboratrios pertencentes a essas redes est disponvel no endereo eletrnico do INMETRO (www.inmetro.gov.br), neste endereo voc pode encontrar alm dos laboratrios acreditados, os tipos de ensaios/calibraes por esses realizados bem como as faixas de medio/ensaio seguido de suas melhores capacidades de medio (melhores incertezas) de cada ensaio/calibrao. Desta forma a escolha do laboratrio que realizar a calibrao deve ser feita mediante consulta no sitio do INMETRO para garantir que este laboratrio pertena a RBC.

O plano de calibrao no deve se limitar somente em definir as datas de calibrao dos instrumentos/padres, mas tambm deve contemplar verificaes intermedirias entre as calibraes e outros meios de garantir a manuteno da confiabilidade das medies realizadas entre calibraes.

3. PLANO CALIBRAO

3.1 Linhas Gerais Ao se adquirir um instrumento, na maioria dos casos, vem recomendado em seu manual ou na sua especificao o intervalo de calibrao. Este intervalo de tempo deve ser seguido at obter-se um histrico do comportamento do instrumento/padro. Quando a evidncia da estabilidade do instrumento permita o aumento do intervalo entre calibraes.

O intervalo de calibrao tambm pode ser determinado pela experincia (conhecimento) da empresa com instrumentos similares, mas para isso necessrio um histrico de informaes referentes a calibraes e verificaes de instrumentos dessa natureza. Mesmos com esse conhecimento necessrio calibrao em intervalos menores nos primeiros anos de utilizao para averiguar se o instrumento em questo segue o padro de comportamento dos instrumentos similares j utilizados pela empresa. importante ressaltar que alm de garantir a confiabilidade metrolgica dos instrumentos, o cumprimento do plano de calibrao auxilia na manuteno da confiana do processo no qual a medio esta envolvida.

Todo instrumento, quando enviado a calibrao, fica inoperante pelo perodo de translado e que esta no laboratrio sendo calibrado, devendo desta forma, ser verificado junto a seu usurio a possibilidade de substituio ou retirada de operao durante perodo de calibrao.

Para instrumentos utilizados nas tomadas de deciso em processos contnuos, deve-se ter ao menos um instrumento "reserva" com o status de calibrao em dia para que, caso haja uma quebra do instrumento ou retirada para calibrao, exista outro instrumento para substituir o inoperante prontamente.

O responsvel pelo plano de calibrao deve, ao elaborar o mesmo, considerar a necessidade da existncia de instrumentos replicados e garantir que em momento algum exista conflito de datas de calibrao de modo que a empresa no fique desamparada.

Como dito anteriormente, a escolha do laboratrio responsvel pela execuo da calibrao dever levar em conta a incerteza requerida pelo processo produtivo. A capacidade de medio de cada laboratrio pertencentes RBC e RBLE encontram-se disponveis na pgina do INMETRO.

3.2 Intervalo de Calibrao Em relao ao intervalo de calibrao, que na maioria dos casos indicado pelo fabricante, pode ser alterado para melhoria da confiabilidade e reduo de custos.

A determinao do intervalo depende, entre outros fatores, da freqncia de utilizao do instrumento/padro.

A definio de um pequeno intervalo nos primeiros anos para melhor conhecimento do equipamento vivel uma vez

que se faa um estudo e acompanhamento do comportamento deste.

Os instrumentos com grande freqncia de utilizao e de vital importncia na tomada de deciso devem ter uma freqncia de verificao compatvel com sua importncia.

Quando j se tem estabelecido um histrico de calibraes de um instrumento/padro pode-se, considerando alguns fatores, aumentar o intervalo entre as calibraes.

Um desses fatores analise da tendncia do comportamento do instrumento. Esta anlise nos permite inferir o comportamento futuro do padro e o comportamento em operao entre as calibraes. Esta anlise permite tambm determinar um fator temporal de correo que pode ser acrescido ao erro para maior confiabilidade na medio. Esse fator pode ser tambm somado a incerteza.

O grfico 1, abaixo, demonstra o comportamento do erro de um peso-padro de 1 mg ao longo dos anos. Com base na anlise histrica desses valores possvel a alterao do intervalo de calibrao.

-0,007

-0,006

-0,005

-0,004

-0,003

-0,002

-0,001

0

0,001

0,0021998 2000 2002 2004 2006

erro

(m

g)

Grfico 1 Erros e incertezas do peso-padro de 1 mg entre 2000 e 2004

Da anlise do Grfico 1, levanta-se trs hipteses contrrias para o valor do erro do padro quando da calibrao no ano de 2006:

estar entre os encontrados nos anos de 2000 e 2004 indicando uma tendncia de estabilidade do padro.

estar abaixo do valor encontrado em 2004, indicando um desgaste do padro.

estar acima do valor encontrado em 2004, indicando uma tendncia de variao causal de comportamento do padro.

O grfico abaixo apresenta os resultados encontrados no ano de 2006.

-0,01

-0,005

0

0,005

0,01

0,015

0,021998 2000 2002 2004 2006 2008

erro

(m

g)

Grfico 2 Erros e incertezas do peso-padro de 1 mg entre 2000 e 2006

Aps observar o valor encontrado na calibrao de 2006, que muito superior ao histrico do padro, pode-se inferir que durante os anos de 2004 e 2006 houve problemas relacionados conservao/manuseio do padro.

Com esse valor, o intervalo de calibrao no pode ser estendido e dever ser feito um estudo sobre comportamento do padro entre as calibraes de modo a tentar determinar o momento em que o padro sofreu problemas de modo a levar seu erro a valores to discrepantes de seu histrico.

No caso da confirmao de uma tendncia de estabilidade do erro do padro, o que de fato no ocorreu, poder-se-ia ampliar o intervalo de calibrao. Recomenda-se, quando possvel, uma ampliao gradual do intervalo de calibrao, por exemplo, do intervalo inicial de 2 anos para 3 anos, isso nas prximas trs calibraes, e persistindo a estabilidade do erro do padro permiti-se um aumento posterior para 4 anos.

Um ponto importante que devemos destacar que esta anlise s valida para instrumentos que no foram ajustados entre as calibraes. Consideraes a respeito do manuseio de instrumentos/padres so tratadas nos itens a seguir.

3.3 Verificaes intermedirias A calibrao peridica simplesmente no suficiente para garantir a confiabilidade metrolgica dos instrumentos de medio e padres, por isso o plano de calibrao deve contemplar tambm, verificaes intermedirias do erro dos instrumentos/padres de modo a garantir que as condies operacionais se mantenham entre as calibraes e que qualquer outro problema no venha a alterar o status do instrumento.

Nas verificaes deve-se realizar, pelo menos, cinco medies com o instrumento para que se possa obter uma mdia das leituras e uma medida de dispero (em geral utiliza-se o desvio padro) para se poder avaliar o comportamento do instrumento.

A anlise dos resultados destas verificaes intermedirias deve ser feita comparando-se com os dados do histrico de calibrao. Em casos da inexistncia do histrico de calibraes, pode-se tomar como base a incerteza do certificado vigente ou as tolerncias do processo.

A periodicidade dessas verificaes intermedirias deve ser determinada de modo a manter a confiabilidade e deve ser feita no mnimo uma vez entre as calibraes.

A freqncia de utilizao do equipamento/padro o fator de primordial importncia na definio do intervalo de verificao. Instrumentos com uso excessivo devem ser verificados em intervalos menores. Sempre que um instrumento/padro apresenta algum resultado suspeito, esse deve ser segregado e submetido a uma verificao.

Tendo-se como exemplo os valores apresentados no Grfico 2, constata-se que se a verificao intermediria tivesse sido realizada, a deteco da tendncia de comportamento errneo do peso-padro de 1 mg teria

permitido uma interveno preventiva de modo a evitar-se a suspeita sobre as inspees realizadas antes da calibrao. Esta situao demandaria:

Segregar o padro

Verificar os resultados onde o padro foi utilizado

Recalibrar o padro

Verificar o status de calibrao de outros instrumento/padro semelhantes em uso.

As verificaes intermedirias podem ser realizadas de duas formas: por comparao com outros instrumentos ou por medio de padres calibrados.

3.3.1 Por comparao com outros instrumentos Para se realizar a verificao de um instrumento comparando-o com outro instrumento tomado como referncia, devemos tomar alguns cuidados que veremos abaixo

Os instrumentos escolhidos como referncia para as comparaes devem apresentar:

Estabilidade em relao ao seu erro conhecida

Certificado de calibrao recente

Resoluo ou classe de exatido melhor ou igual ao padro/instrumento que se pretende verificar

Condies de utilizao e armazenamento que garantam que seu status no seja alterado.

No caso de um instrumento de referncia com a mesma classe de exatido ou com mesma data de calibrao, deve-se escolher, no momento do recebimento dos instrumentos vindo da calibrao, um instrumento entre aqueles que sero utilizados no processo produtivo de modo que este fique segregado e possa servir de referncia nas verificaes intermedirias.

A comparao entre o instrumento de referncia e o que se pretende calibrar ocorre da seguinte forma: mede-se um mesmo objeto, que pode ser um produto ou um padro, comparando-se os resultados encontrados e determinando-se a diferena.

A escolha do objeto deve ser feita de forma tal que a grandeza medida no objeto permaneam constante durante a verificao no alterando o resultado da verificao. Por exemplo, para se verificar uma balana deve-se utilizar um objeto slido e no um recipiente contendo lcool que voltil.

importante como visto no item anterior a realizao de pelo menos 5 leituras com cada instrumento para que se possa analisar a mdia entre elas, bem como o comportamento da dispero entre os resultados.

3.3.2 Por comparao com padres de referncia A verificao de um instrumento com padres de referncia ocorre de forma similar verificao com outros

instrumentos. Diferenciando-se somente no fato de realizarmos medies diretamente no padro de referncia com o instrumento que queremos verificar.

A escolha do padro de referncia deve obedecer aos mesmos critrios e comparamos o resultado obtido pelo instrumento com o erro apresentado no certificado de calibrao do padro.

Igualmente na verificao por comparao, deve-se realizar ao menos 5 leituras com o instrumento.

3.3.3 Anlise dos resultados Os resultados podem ser analisados pontualmente ou por meio de uma srie temporal discreta de resultados, graficados em cartas de controle.

Pontualmente, o instrumento apresenta confiabilidade comparando-se os resultados da verificao intermediria em relao a seu ltimo certificado. Verificando-se desta forma se o valor determinado compatvel com o valor do certificado, considerando-se os limites dados pelos valores de incerteza e dispero das medidas da verificao.

Pode-se tambm, para determinar-se uma deriva temporal, utilizar-se cartas de controle. As cartas de controle podem conter os valores dos certificados de calibrao, das verificaes intermedirias ou ambos.

Para as verificaes pontuais, pode-se montar uma carta de controle somente com os valores das verificaes juntamente com o valor do certificado vigente. Neste caso o ponto central das cartas de controle deve ser o valor expresso no ltimo certificado no instrumento/padro e pode-se utilizar dois limites. O primeiro deles pode ser o limite aceitvel pelo processo. E o segundo a incerteza de calibrao do instrumento/padro.

Para as cartas de controle com uma srie temporal (utilizando os resultados dos certificados de calibrao e verificao), devemos colocar todos os resultados conhecidos. Neste caso o ponto central dado pela mdia dos valores encontrados nos certificados de calibrao.

A utilizao da carta de controle permite analisar, ao longo do tempo o comportamento do padro podendo-se inferir sobre a necessidade de uma recalibrao antes da data prevista ou at mesmo uma extenso do intervalo de calibrao.

A importncia da realizao das verificaes intermedirias, bem como a anlise dos dados desta, evidencia-se como ponto chave na manuteno da confiabilidade entre as calibraes.

4. CUIDADOS E CONSIDERAES

4.1 Ajustes O ajuste modifica a caracterstica do instrumento alterando seu comportamento (vide item 4.30 [3]). Esse ajuste pode fazer com que o comportamento do instrumento mude de uma forma to significativa que invalida o histrico de calibrao.

Porm quando os valores apresentados pelos instrumentos/padres esto muito superiores aos tolerados pelo processo, pode-se optar por fazer um ajuste do instrumento para que o mesmo retorno ao comportamento requerido.

Por exemplo, um torqumetro utilizado na instalao de kits de converso GNV apresenta um erro de indicao muito superior ao tolerado pelo processo, esse pode ser ajustado para que sua indicao no apresente erros. Porm todo seu histrico de calibrao perdido, pois as condies sob as quais as calibraes foram realizadas foram modificadas, cabe, ento, ao responsvel pela utilizao avaliar a importncia e do ajuste. Toda e qualquer interveno no instrumento/padro deve ser feita por pessoas qualificadas. No caso de alguns instrumentos sujeitos a regulamentao, as intervenes s podem ser feitas por empresas autorizadas pelo INMETRO, isso acontece para instrumentos utilizados em transaes comerciais como, por exemplo, balanas.

4.2 Utilizao/Armazenamento do Instrumento Cada instrumento/padro requer um cuidado especfico na sua utilizao e/ou armazenamento esses cuidados devem ser tomados para a manuteno do seu status de calibrao. Esses cuidados variam de acordo com a grandeza com esse instrumento/padro relacionada.

A utilizao dos instrumentos fora das condies normais de utilizao (no manual de instrues do equipamento esto especificados as condies operacionais limite para o correto funcionamento do equipamento/padro), acarreta numa possvel perda do seu status de calibrao.

Por exemplo: se uma clula de carga de 50 kN sofreu uma sobrecarga onde foi aplicado 60 kN, deve-se fazer uma verificao para confirmar que sua resposta permanece coerente com a do seu ltimo certificado de calibrao.

Outro ponto relevante com relao s condies de utilizao est relacionado como as condies ambientais de uso dos mesmos, em alguns casos as alteraes nas condies de uso podem implicar na necessidade de correes e que devem ser avaliadas.

A utilizao do equipamento para o fim que ele foi projetado tambm de vital importncia, pois quando o equipamento submetido a operaes diferentes da qual foi projetado seu comportamento tambm pode ficar alterado.

Por exemplo: um paqumetro, instrumento utilizado para medio, utilizado como chave de boca, isso ir, mesmo que aparentemente de forma imperceptvel, danificar sua estrutura alterando significativamente seus resultados.

O armazenamento, principalmente dos padres, requer cuidados especficos e monitoramento das condies de armazenamento, igualmente quando se identifica problemas de manipulao, quando se apresenta problemas de armazenamento deve-se tambm fazer uma verificao do status da calibrao.

Por exemplo: considere padres de massa que devem permanecer em ambiente com umidade relativa entre 40 % 60 %, se o sistema de monitoramento de condies identificar um aumento da umidade acima de 60 % e os padres submetidos a essas condies devem passar por uma verificao para garantir que o excesso de umidade relativa no ambiente no tenha causado nenhum efeito de absoro de gua causando assim um aumento da massa do padro.

4. CONCLUSO A correta elaborao e execuo do plano de calibrao garantem a confiabilidade do instrumento/padro e consequentemente do produto fabricado.

Por isto, a definio correta, no plano de calibrao, dos intervalos de calibrao e das verificaes intermedirias permite a otimizao da utilizao dos recursos de inspeo e diminui a incerteza dos resultados da inspeo de produtos, diminuindo assim a quantidade de produtos reinspecionados quando da deteco de instrumentos no conformes.

A manuteno status de calibrao no se limita realizao das calibraes e verificaes, mas abrange tambm o correto manuseio e armazenamento dos instrumentos/padres.

Este guia formula indicativos para que, se corretamente aplicados, possa elaborar um plano de calibrao de modo que as medies realizadas no processo produtivo apresentem confiabilidade metrolgica.

REFERENCIAS [1] COUTO, P. Estimativa da Incerteza da Massa Especfica da Gasolina pelo Iso Gum 95 E Mtodo de Monte Carlo e seu impacto na Transferncia de Custdia.,Coppe. dez. 2006.

[2] ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. Requisitos gerais para a competncia de laboratrios de ensaio e calibrao. Rio de Janeiro: ABNT, 2005. 31p.(ABNT ISO/IEC 17025:2005) [3] Inmetro. Vocabulrio Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de Metrologia VIM. Quarta Edio.Braslia.2007.75 p.

[4] COUTO, P.; JUNQUEIRA, P. Importncia da criao de um Laboratrio de Metrologia na Indstria.1994.Revista INMETRO. Vol.3 abr./jun. 1994. [5]SERENO, H. R. S.; SHEREMETIEFF Jr, A. Guia para elaborao de um plano de manuteno da confiabilidade metrolgica de instrumentos de medio Escolha dos instrumentos. V Metrosul 2007