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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
CENTRO TECNOLÓGICO – ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
JÚLIO DUTRA BRIONIZIO
ANÁLISE CRÍTICA DAS METODOLOGIAS DE AVALIAÇÃO
DE TEMPERATURA E UMIDADE EM CÂMARAS
CLIMÁTICAS E TÉRMICAS
Niterói
2006
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JÚLIO DUTRA BRIONIZIO
ANÁLISE CRÍTICA DAS METODOLOGIAS DE AVALIAÇÃO
DE TEMPERATURA E UMIDADE EM CÂMARAS
CLIMÁTICAS E TÉRMICAS
Dissertação apresentada ao Curso de
Mestrado Profissional em Sistemas de
Gestão da Universidade Federal
Fluminense, como requisito parcial para
obtenção do Grau de Mestre em Sistemas
de Gestão. Área de Concentração:
Sistema de Gestão pela Qualidade Total.
Orientador: Prof. Fernando B. Mainier, D. Sc.
Niterói
2006
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JÚLIO DUTRA BRIONIZIO
ESTUDO DAS METODOLOGIAS DE AVALIAÇÃO DE
TEMPERATURA E UMIDADE EM CÂMARAS
Dissertação apresentada ao Curso de
Mestrado Profissional em Sistemas de
Gestão da Universidade Federal
Fluminense, como requisito parcial para
obtenção do Grau de Mestre em Sistemas
de Gestão. Área de Concentração:
Sistema de Gestão pela Qualidade Total.
_______________________________________
Prof. Fernando B. Mainier, D. Sc. – Orientador
Universidade Federal Fluminense
_______________________________________
Prof
a
. Rosenir Rita de Cássia Moreira da Silva, D. Sc.
Universidade Federal Fluminense
_______________________________________
Prof. Alcir de Faro Orlando, D. Sc.
Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro
Dedico este trabalho
À minha esposa Deise, amiga de todas as horas, pelo incentivo
e suporte familiar e por tudo que vivemos e viremos juntos.
Ao meu filho Felipe, o maior presente que recebi de Deus,
pela alegria, amor e carinho.
AGRADECIMENTOS
Agradeço inicialmente a Deus, pela vida, por mais esta oportunidade e por
sempre iluminar meus caminhos e me auxiliar nos momentos difíceis.
Aos meus pais, alicerces da minha formação moral e acadêmica, pelo
incentivo que sempre ofereceram para a concretização dos meus sonhos.
Ao INMETRO que me propiciou todo o suporte e viabilizou o curso.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Fernando B. Mainier, pela valiosa orientação,
amizade e parceria para a realização desta dissertação e dos artigos.
A equipe do LATEC/UFF pela dedicação com que buscam qualificar
profissionalmente este curso.
Ao gerente e colega Paulo Roberto da Fonseca Santos, M. Sc., por ter feito
minha indicação ao mestrado, pelos comentários no capítulo 1 e pelo apoio.
Ao colega Renato Nunes Teixeira, M. Sc., por ter feito minha indicação ao
mestrado e pelo auxílio na automação dos equipamentos.
Ao colega Slavolhub Garcia Petkovic pelo auxílio na estimativa da incerteza
da variação da calibração dos termômetros.
Ao companheiro Saulo Gurgel de Lima pelo auxílio na realização das
medições, pelo incentivo e apoio durante a elaboração deste trabalho.
Ao colega Antônio Carlos Baratto, D. Sc., pelas muitas discussões sobre o
tema da dissertação.
A todos os colegas e profissionais do INMETRO, a todos os amigos e a todos
os familiares que estimularam e ajudaram, de forma direta ou indireta, para a
elaboração desta dissertação.
RESUMO
Câmaras climáticas e câmaras térmicas são equipamentos amplamente utilizados
em diversos segmentos industriais e instituições de pesquisas com o objetivo de
simular determinadas condições ambientais. Em muitos casos, é de extrema
relevância que as medições realizadas nestes equipamentos sejam confiáveis, uma
vez que medições inadequadas podem levar a conclusões equivocadas sobre os
testes realizados. Desta forma, a calibração da câmara torna-se fundamental para
garantir a confiabilidade nos resultados das condições simuladas e para permitir ao
usuário que conheça o desempenho e as características metrológicas do
equipamento. Esta dissertação apresenta então um estudo de três métodos de
calibração/caracterização de câmara de três países distintos. Este trabalho faz uma
exposição do problema, avalia diversos aspectos dos documentos, aborda os temas
higrometria e termometria, apresenta um estudo de caso e faz considerações sobre
o assunto.
Palavras-chave: Câmara, Temperatura, Umidade, Incerteza de Medição, Metrologia
ABSTRACT
Climatic and thermostatic chambers are equipment widely used in many industrial
fields e research institutes in order to simulate certain environmental conditions. In
many cases, it is extreme important that the measurements carried out in these
equipment be reliable, once inadequate measurements can lead to equivocal
conclusions about the tests performed. So, the calibration of the chamber is essential
to guarantee the confidentiality of the results of the simulated conditions and to allow
the user to get knowledge of the performance and metrological characteristics of the
equipment. This dissertation presents a study of three calibration/characterisation
methods of chamber from three different countries. This work exhibits the problem,
analyses several aspects of the documents, speaks about hygrometry and
thermometry, shows a case study and makes considerations about the subject.
Keywords: Chamber, Temperature, Humidity, Measurement Uncertainty, Metrology
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Tipo de câmara
19
Figura 2 Tipo de câmara
19
Figura 3 Tipo de câmara
19
Figura 4 Tipo de câmara
19
Figura 5 Representação do espaço de trabalho no volume interno
31
Figura 6 Posicionamento dos sensores de temperatura para volumes de
2 m
3
ou menores
39
Figura 7 Posicionamento dos sensores de temperatura para volumes
maiores do que 2 m
3
e menores ou iguais a 20 m
3
40
Figura 8
Registrador (data logger)
43
Figura 9
Registrador (data logger)
43
Figura 10 Tipos de termistores
46
Figura 11 Tipos de termistores
46
Figura 12 Tipos de termistores
46
Figura 13 Tipos de termistores
46
Figura 14 Aumento da pressão de saturação do vapor d’água com a
temperatura
59
Figura 15 Psicrômetro aspirado
65
Figura 16 Psicrômetro não aspirado
65
Figura 17 Termohigrômetro
66
Figura 18 Termohigrômetro
66
Figura 19 Termohigrômetro
66
Figura 20 Higrômetro óptico
67
Figura 21 Higrômetro óptico
67
Figura 22 Termômetro de resistência
71
Figura 23 Termômetros de resistência
71
Figura 24 Efeito Seebeck em um circuito de termopar
72
Figura 25 Efeito Seebeck em um circuito de termopar
72
Figura 26 Efeito Seebeck em um circuito de termopar
72
Figura 27 Termopares
73
Figura 28 Laboratório de higrometria do INMETRO
80
Figura 29 Câmara climática
81
Figura 30 Higrômetro de ponto de orvalho
82
Figura 31 Sensores de resistência de platina
83
Figura 32 Indicador digital de temperatura
83
Figura 33 Multímetro digital
84
Figura 34 Temperaturas médias antes ({) e após (z) os novos valores de
R
0,01
(1
a
Verificação)
90
Figura 35 Temperaturas médias antes ({) e após (z) os novos valores de
R
0,01
(2
a
Verificação)
92
Figura 36 Espaço de trabalho no interior da câmara
94
Figura 37 Posicionamento dos sensores no interior da câmara
95
Figura 38 Sistema de medição no interior da câmara
96
Figura 39 Sistema de medição no interior da câmara
97
Figura 40 Medições de temperatura no interior da câmara (0 ºC)
98
Figura 41 Medições de temperatura no interior da câmara (70 ºC)
98
Figura 42 Medições de umidade relativa no interior da câmara (30 %ur)
99
Figura 43 Medições de umidade relativa no interior da câmara (60 %ur)
99
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Sensores de temperatura e as suas propriedades físicas
transdutoras
69
Tabela 2 Efeito da mudança de 1 ºC
80
Tabela 3 Resultados da comparação dos higrômetros de referência
87
Tabela 4 Temperaturas médias antes (T
1
) e após (T
2
) os novos valores
de R
0,01
(1
a
Verificação)
89
Tabela 5 Incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor
(ºC) (1
a
Verificação)
91
Tabela 6 Temperaturas médias antes (T
1
) e após (T
2
) os novos valores
de R
0,01
(2
a
Verificação)
92
Tabela 7 Incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor
(ºC) (2
a
Verificação)
93
Tabela 8 Identificação e localização dos termômetros
94
Tabela 9 Valores médios de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
101
Tabela 10 Valores médios de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
101
Tabela 11 Valores médios de umidade relativa
102
Tabela 12 Incertezas dos termômetros
103
Tabela 13 Incertezas do sistemas de medição de temperatura (ºC)
104
Tabela 14 Desvios padrões de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
104
Tabela 15 Desvios padrões de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
105
Tabela 16 Incertezas expandidas das temperaturas médias de referência
dos locais de medição (ºC): 0 ºC a 30 ºC
105
Tabela 17 Incertezas expandidas das temperaturas médias de referência
dos locais de medição (ºC): 35 ºC a 70 ºC
106
Tabela 18 Gradientes de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
106
Tabela 19 Gradientes de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
106
Tabela 20 Gradientes máximos de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
107
Tabela 21 Gradientes máximos de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
107
Tabela 22 Não homogeneidade espacial de temperatura: 0 ºC a 30 ºC
107
Tabela 23 Não homogeneidade espacial de temperatura: 35 ºC a 70 ºC
108
Tabela 24 Gradientes de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
108
Tabela 25 Gradientes de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
108
Tabela 26 Coeficientes de sensibilidade de temperatura
110
Tabela 27 Coeficientes de sensibilidade de temperatura de ponto de
orvalho
110
Tabela 28 Incertezas do higrômetro
111
Tabela 29 Incertezas combinadas e expandidas dos sistemas de medição
(%ur)
111
Tabela 30 Desvios padrões de umidade relativa (%ur)
112
Tabela 31 Incertezas expandidas dos valores médios de umidade relativa
de referência dos locais de medição (%ur)
112
Tabela 32 Gradientes de umidade relativa (%ur)
113
Tabela 33 Incertezas expandidas dos sistemas de medição de umidade
relativa dos valores máximo e mínimo de umidade relativa
114
Tabela 34 Gradientes máximos de umidade relativa (%ur)
114
Tabela 35 Não homogeneidade espacial de umidade relativa
115
Tabela 36 Gradientes de umidade relativa
115
Tabela 37 Flutuações de temperatura (ºC)
116
Tabela 38 Instabilidade temporal de temperatura (ºC)
118
Tabela 39 Flutuações de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
118
Tabela 40 Flutuações de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
118
Tabela 41 Flutuações de umidade relativa (%ur)
119
Tabela 42 Instabilidade temporal de umidade relativa (%ur)
120
Tabela 43 Flutuações de umidade relativa (%ur)
120
Tabela 44 Desvio padrão da repetitividade de temperatura
121
Tabela 45 Incertezas associadas às temperaturas médias de referência do
espaço de trabalho
122
Tabela 46 Apresentação dos resultados em ºC (AFNOR)
123
Tabela 47 Incertezas combinadas e expandidas de temperatura (ºC)
125
Tabela 48 Apresentação dos resultados em ºC (DKD)
125
Tabela 49 Incertezas combinadas e expandidas de temperatura (ºC)
127
Tabela 50 Apresentação dos resultados em ºC (SEE)
128
Tabela 51 Incertezas associadas às temperaturas ajustadas na câmara
(ºC)
129
Tabela 52 Desvio Padrão da repetitividade de umidade relativa
130
Tabela 53 Incertezas associadas aos valores médios de umidade relativa
de referência do espaço de trabalho (%ur)
131
Tabela 54 Apresentação dos resultados em %ur (AFNOR)
131
Tabela 55 Incertezas combinadas e expandidas de umidade relativa (%ur)
133
Tabela 56 Apresentação dos resultados em %ur (DKD)
133
Tabela 57
Incertezas combinadas e expandidas de umidade relativa (%ur)
135
Tabela 58 Apresentação dos resultados em %ur (SEE)
136
Tabela 59 Incertezas associadas aos valores de umidade relativa
ajustados na câmara (%ur)
136
Tabela 60 Maior diferença de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
138
Tabela 61 Maior diferença de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
139
Tabela 62 Maior diferença de umidade relativa (%ur)
139
Tabela 63 Análise da temperatura de ponto de orvalho no centro do
espaço de trabalho (ºC)
140
LISTA DE SIGLAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
AFNOR Association Française de Normalisation
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Sanitária
ASHRAE American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning
Engineers
ASTM American Society for Testing and Materials
BIPM Bureau International des Poids et Mesures
BPL Boas Práticas de Laboratório
BSI British Standards Institution
CBM Comitê Brasileiro de Metrologia
CETIAT Centre Technique des Industries Aerauliques et Thermiques
COFRAC Comité Français d’Accréditation
DIELE Divisão de Metrologia Elétrica do INMETRO
DIMCI Diretoria de Metrologia Científica e Industrial do INMETRO
DITER Divisão de Metrologia Térmica do INMETRO
DKD Deutscher Kalibrierdienst
FIRJAN Federação das Indústrias do Rio de Janeiro
GTM Gestão da Tecnologia das Medições
IEC International Electrotechnical Commission
ILAC International Laboratory Accreditation Cooperation
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
IMC Institute of Measurement and Control
ISA Instrument Society of America
ISO International Organization for Standardization
LAHIG Laboratório de Higrometria do INMETRO
LATER Laboratório de Termometria do INMETRO
NBR Norma Brasileira Regulamentar
NPL National Physical Laboratory
NTC Negative Temperature Coefficient
OECD Organization for Economic Cooperation and Development
OHSAS Occupational Health and Safety Assessment Series
PIB Produto Interno Bruto
PTB Physikalisch-Technische Bundesanstalt
PTC Positive Temperature Coefficient
RBC Rede Brasileira de Calibração
SBM Sociedade Brasileira de Metrologia
SEE Society of Environmental Engineers
TIRP Termômetro Industrial de Resistência de Platina
TPRP Termômetro Padrão de Resistência de Platina
UEAF Unidade Eletrocirúrgica de Alta Freqüência
UKAS United Kingdom Accreditation Service
VIM Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de
Metrologia
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO
18
1.1 APRESENTAÇÃO
18
1.2 OBJETIVOS
24
1.3 JUSTIFICATIVAS
24
1.4 METODOLOGIA DA PESQUISA
25
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
27
2. REFERENCIAL TEÓRICO
28
2.1 DOCUMENTOS TÉCNICOS REFERENTES À MEDIÇÃO DE
TEMPERATURA E/OU UMIDADE EM CÂMARAS
28
2.1.1 Definições
30
2.1.2
Objetivos e condições de calibração/caracterização de câmaras
31
2.1.3
Programas e métodos de calibração/caracterização de câmaras
33
2.1.4 Fatores de influência
37
2.1.5 Efeito da carga na câmara
38
2.1.6 Quantidade e posicionamento dos sensores
39
2.1.7 Registro das medições
43
2.1.8 Efeito da velocidade do ar
44
2.1.9 Radiação no interior da câmara
44
2.1.10 Tipos de instrumentos
45
2.1.11 Incertezas relativas às variações no espaço e ao longo do
tempo
46
2.1.12 Outras fontes e cálculo da incerteza expandida
50
2.1.13 Testes no ambiente da câmara
55
2.1.14 Verificação da câmara
56
2.1.15 Apresentação de resultados
57
2.2 HIGROMETRIA
58
2.2.1 Introdução
58
2.2.2 Termos e definições
59
2.2.2.1 Ar úmido
59
2.2.2.2 Temperatura de ponto de orvalho
60
2.2.2.3
Temperatura de ponto de congelação (frost point temperature)
60
2.2.2.4 Pressão parcial do vapor d’água
60
2.2.2.5 Pressão de saturação do vapor d’água
61
2.2.2.6 Temperatura de bulbo seco
62
2.2.2.7 Temperatura de bulbo úmido
62
2.2.2.8 Equação psicrométrica
62
2.2.2.9 Umidade relativa
63
2.2.2.10 Umidade absoluta
63
2.2.2.11 Razão da mistura ou razão de umidade
63
2.2.2.12 Umidade específica
63
2.2.3 Princípios de medição de umidade
64
2.2.3.1 Bulbo seco e bulbo úmido (psicrômetro)
64
2.2.3.2 Impedância elétrica
65
2.2.3.3 Condensação
66
2.3 TERMOMETRIA
68
2.3.1 Introdução
68
2.3.2 Princípios de medição de temperatura
68
2.3.2.1 Termometria de resistência
69
2.3.2.2 Termopar
71
2.4 GESTÃO
73
2.4.1 Gestão e metrologia
73
2.4.2 Sistemas de gestão
75
2.4.3 Sistemas de gestão para laboratórios de calibração e ensaio
77
3. ANÁLISE EXPERIMENTAL
79
3.1 INTRODUÇÃO
79
3.2 INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
81
3.2.1 Câmara climática
81
3.2.2 Higrômetro
82
3.2.3 Termômetros
82
3.2.4 Multímetro
83
3.3 VERIFICAÇÕES DOS INSTRUMENTOS
84
3.3.1 Higrômetro
84
3.3.1.1 Sistemas de amostragem
85
3.3.1.2 Execução das medições
85
3.3.1.3 Resultados
86
3.3.2 Termômetros
88
3.3.2.1 Execução das medições
88
3.3.2.2 Resultados
89
3.4 SISTEMA DE MEDIÇÃO
93
3.4.1 Definição do espaço de trabalho
93
3.4.2 Quantidade e posicionamento dos sensores
94
3.5 EXECUÇÃO DAS MEDIÇÕES
97
3.5.1 Pontos selecionados
97
3.5.2 Quantidade e intervalo entre medições
97
3.5.3 Automação dos instrumentos
99
3.5.4 Preparação do higrômetro
100
3.6 RESULTADOS EXPERIMENTAIS
100
3.6.1 Valores médios de temperatura
100
3.6.2 Valores médios de umidade relativa
102
3.6.3 Variações de temperatura no espaço
103
3.6.3.1 Conforme a norma da AFNOR
103
3.6.3.2 Conforme o guia do DKD
107
3.6.3.3 Conforme o guia do SEE
108
3.6.4 Variações de umidade relativa no espaço
108
3.6.4.1 Conforme a norma da AFNOR
108
3.6.4.2 Conforme o guia do DKD
115
3.6.4.3 Conforme o guia do SEE
115
3.6.5 Variações de temperatura ao longo do tempo
115
3.6.5.1 Conforme a norma da AFNOR
115
3.6.5.2 Conforme o guia do DKD
117
3.6.5.3 Conforme o guia do SEE
118
3.6.6 Variações de umidade relativa ao longo do tempo
119
3.6.6.1 Conforme a norma da AFNOR
119
3.6.6.2 Conforme o guia do DKD
120
3.6.6.3 Conforme o guia do SEE
120
3.6.7 Incertezas expandidas de temperatura
121
3.6.7.1 Conforme a norma da AFNOR
121
3.6.7.2 Conforme o guia do DKD
123
3.6.7.3 Conforme o guia do SEE
126
3.6.8 Incertezas expandidas de umidade relativa
129
3.6.8.1 Conforme a norma da AFNOR
129
3.6.8.2 Conforme o guia do DKD
131
3.6.8.3 Conforme o guia do SEE
134
4. CONSIDERAÇÕES
137
4.1 TERMOS E DEFINIÇÕES
137
4.2 ANÁLISE DAS MEDIÇÕES E DOS RESULTADOS
138
4.3 INSTRUMENTAÇÃO
141
4.4 ANÁLISE DOS DOCUMENTOS TÉCNICOS
142
5. CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS
146
5.1 CONCLUSÕES
146
5.2 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS
147
REFERÊNCIAS
148
18
1. INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO
Em muitos casos, o desempenho ou a vida útil de um produto é influenciada
pelas condições climáticas durante sua fabricação, transporte, armazenamento ou
uso. Para avaliar os efeitos que tais condições exercem no desempenho de um
produto, simulações de condições climáticas são realizadas. Estes ensaios permitem
identificar falhas e fraquezas do produto, o que possibilita aos fabricantes
executarem alterações, visando a melhoria da qualidade, antes que este seja posto
no mercado. Generalidades sobre ensaios climáticos são abordadas na norma NBR
5390 (ABNT, 1977). Contudo, várias outras normas definem como os ensaios
climáticos devem ser executados para tipos específicos de produtos.
A simulação de condições climáticas também é empregada no processo de
esterilização de equipamentos e materiais da área de saúde, a fim de prevenir
infecção cruzada (JORGE, 2002); em pesquisas sobre os efeitos da temperatura e
da umidade no corpo humano em diferentes condições do organismo (REVISTA
DIVERSA, 2002); em pesquisas sobre conforto térmico (CHARLES, 2003); nos
estudos de estabilidade de produtos farmacêuticos com substâncias
medicamentosas (ANVISA, 2004); em sistemas de calibração de instrumentos de
medição de temperatura e umidade de institutos nacionais de metrologia
(FERNICOLA, 2002) e de laboratórios secundários (ACTIS, 1997) e em diversas
outras atividades.
A simulação de condições ambientais pode ser executada através da
utilização de câmaras. Existem câmaras de diversos tamanhos e dos mais variados
tipos: câmaras de simulação de alta altitude, câmaras de vácuo, câmaras de choque
térmico, câmaras de névoa, câmaras de atmosfera salina, etc. Contudo, esse estudo
concentra-se em dois tipos de câmaras amplamente utilizadas: câmaras com
controle de umidade e temperatura, conhecidas como câmaras climáticas, e
câmaras com controle somente de temperatura, conhecidas como câmaras térmicas
ou estufas.
As câmaras climáticas e as câmaras térmicas são utilizadas em diversos
setores industriais (automotivo, químico, farmacêutico, alimentício, aeroespacial,
eletrônico, etc.) e instituições de pesquisas (universidades, laboratórios, etc.). Nestes
19
equipamentos são ensaiados diversos tipos de produtos, como por exemplo,
embalagens, componentes eletrônicos, produtos alimentícios, carros, dispositivos
mecânicos, produtos farmacêuticos e outros. As figuras 1 a 4, a seguir, são
exemplos de câmaras.
Figura 1 – Tipo de câmara
Fonte: http://www.weisstechnick.co.uk
Figura 2 – Tipo de câmara
Fonte: http://www.cszindustrial.com
Figura 3 – Tipo de câmara
Fonte: http://www.nbsc.com
Figura 4 – Tipo de câmara
Fonte: http://www.designenvironmental.co.uk
Atualmente, existem muitos fabricantes de câmaras climáticas e câmaras
térmicas, o que torna possível encontrar equipamentos com características distintas,
como a faixa de medição, o tamanho, o método de medição, a forma de visualização
do espaço interno, o sistema de ajuste, o tempo de estabilização, a taxa de
aquecimento, a taxa de resfriamento, o erro máximo tolerado, etc.
Cada vez mais os clientes destes fabricantes vêm demandando por garantias
mais extensas e contratos de manutenção do equipamento. Contudo, os fabricantes
podem correr um alto risco se oferecerem aos seus clientes longas garantias e
contratos de serviços de manutenção sem realizarem medições que sustentem o
20
desempenho garantido. A quantidade de horas gastas em medições que sustentem
as especificações técnicas declaradas, podem causar impacto direto na satisfação
ou insatisfação do cliente com relação ao produto, afetando assim a reputação do
fabricante.
É de extrema importância que as medições realizadas nestes dispositivos
sejam confiáveis, pois medições inadequadas podem levar a conclusões
equivocadas sobre os ensaios realizados.
Sendo assim, a calibração de câmaras climáticas e câmaras térmicas torna-
se fundamental para garantir a confiabilidade nos resultados de umidade e/ou
temperatura das condições simuladas nestes dispositivos. Por meio da calibração é
possível avaliar diversas características de operação e verificar se os resultados
obtidos estão em conformidade com as especificações técnicas fornecidas pelo
fabricante ou normas aplicáveis.
Calibração, diferentemente do que muitos pensam, não é o ajuste de um
instrumento ou sistema de medição para ler corretamente; mas sim o processo de
comparar, para o mesmo tipo de medição, o instrumento ou o sistema de medição
contra uma referência, a fim de identificar erros nas leituras. Segundo o Vocabulário
Internacional de Metrologia (INMETRO, 2003), calibração é um 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.
Contudo, a melhor forma de assegurar a exatidão das medições é através da
rastreabilidade. A rastreabilidade faz com que as medições realizadas por usuários
em locais e momentos diferentes sejam consistentes. Assim, para garantir a
rastreabilidade das medições, é fundamental que a calibração da câmara seja feita
por meio de instrumentos cujas medições sejam rastreáveis aos padrões nacionais
ou internacionais. Segundo o VIM (INMETRO, 2003), rastreabilidade é a 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.
A calibração de instrumento ou sistema de medição é exigida em normas
técnicas e em normas de sistemas de gestão que são amplamente utilizadas nas
21
indústrias e em institutos de pesquisas, como por exemplo, nas normas NBR
ISO/IEC 17025 (ABNT, 2005), NBR ISO 9001 (ABNT, 2000) e NBR ISO 10012
(ABNT, 2004). A calibração também é requerida em regulamentos técnicos, como é
o caso do regulamento técnico das boas práticas para a fabricação de
medicamentos, publicado na resolução RDC 210 da Agência Nacional de Vigilância
Sanitária (ANVISA, 2003) que determina que todos os estabelecimentos fabricantes
de medicamentos cumpram as diretrizes estabelecidas no regulamento.
Através da calibração da câmara é possível avaliar diversas características
metrológicas, como variações de temperatura e/ou umidade no espaço de trabalho,
variações de temperatura e/ou umidade ao longo do tempo, diferenças entre os
valores indicados pela câmara e os valores de referência, incertezas das medições,
efeito de uma determinada carga no espaço de trabalho e outras.
Na maioria dos casos, a execução da calibração e da verificação metrológica
pelo próprio usuário é uma tarefa dificultada por diversos fatores, como por exemplo:
falta de instrumentação adequada, falta de conhecimento sobre como efetuar as
medições e os cálculos matemáticos dos dados obtidos e dificuldade em garantir a
rastreabilidade das medições. Sendo assim, torna-se mais fácil contratar um
laboratório que presta serviços metrológicos para a realização de tal tarefa.
No mercado de instituições prestadoras de serviços metrológicos, há vários
laboratórios que são acreditados pelo organismo de acreditação local para certos
serviços. A acreditação é de caráter voluntário e representa o reconhecimento formal
da competência de um laboratório ou organização para desenvolver tarefas
específicas, segundo requisitos estabelecidos. Uma das vantagens da acreditação é
o aumento da confiança do público nos serviços prestados pela organização
(INMETRO, 2005).
No Brasil, os laboratórios acreditados pelo Instituto Nacional de Metrologia,
Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO) constituem a Rede Brasileira de
Calibração (RBC). No momento, há na RBC dois laboratórios acreditados para
executar a calibração de estufas (à gravidade ou circulação forçada), porém não há
nenhum laboratório para executar a calibração de câmaras climáticas. Já o
INMETRO, instituto que tem como uma de suas atribuições a implantação e
manutenção da cadeia de rastreabilidade dos padrões das unidades de medida no
país, não oferece o serviço de calibração de câmaras.
22
Em alguns países, é possível que a calibração de câmaras seja realizada por
laboratórios acreditados pelo organismo de acreditação local. Na França, por
exemplo, há laboratórios acreditados pelo
Comité Français d’Accréditation
(COFRAC), comitê francês de acreditação de laboratórios, para prestarem serviços
de calibração e verificação de câmaras e outros recintos climáticos. No Reino Unido
e na Alemanha, também existem laboratórios acreditados pelo
United Kingdom
Accreditation Service
(UKAS) e pelo
Deutscher Kalibrierdienst
(DKD), respectivos
organismos de acreditação de laboratórios, para prestarem serviços de calibração de
tais dispositivos.
A quantidade de documentos referentes à execução de medições de
temperatura e/ou umidade em câmaras não é extensa. No âmbito da
International
Electrotechnical Commission
(IEC), organização global que prepara e publica
normas internacionais no campo da eletrotécnica, existem alguns documentos
orientativos que estabelecem métodos para confirmar se o desempenho de câmaras
climáticas e câmaras térmicas, com e sem carga, estão em conformidade com os
limites especificados nos procedimentos de ensaios climáticos das normas da série
IEC 60068-2 e de outras normas. Tais normas foram adotadas por organizações
normativas de alguns países, como França, Inglaterra e Alemanha. No momento,
está sendo elaborado pela IEC um documento que estabelece diretrizes para o
cálculo da incerteza de medição de temperatura e umidade. O documento,
desenvolvido por uma sociedade britânica denominada
Society of Environmental
Engineers
(SEE), foi inicialmente apresentado ao comitê técnico da IEC como uma
proposta de um novo trabalho.
Já no âmbito da
Association Française de Normalisation
(AFNOR),
associação francesa de normalização, a norma NF X15-140 define e descreve os
critérios para caracterização e verificação de câmaras climáticas e térmicas
(AFNOR, 2002).
Na Alemanha, com o objetivo de dar o mesmo tratamento aos dispositivos a
serem calibrados pelos vários laboratórios acreditados, foi publicado pelo DKD o
guia DKD-R 5-7, intitulado
Kalibrierung von Klimaschränken
, sobre calibração de
câmaras (DKD, 2004).
No Brasil, a falta de normas ou documentos orientativos que estabeleçam os
requisitos mínimos para a calibração e/ou a execução de medições em câmaras faz
com que estes dispositivos sejam utilizados sem serem avaliados ou então avaliados
23
inadequadamente. A falta de documentos sobre o assunto faz ainda com que não
haja uma padronização das calibrações realizadas, tanto pelas próprias empresas
quanto pelos laboratórios que prestam este tipo de serviço.
Segundo Reinshaus, Werner & Friederici (2004), a tarefa de verificar o
desempenho de câmaras consiste das seguintes partes:
•
calibração de todos os indicadores da câmara com seus respectivos
sensores;
•
verificação da conformidade com as especificações técnicas do
fabricante;
•
verificação da conformidade com os níveis de aceitação especificados
pelo usuário;
•
estimativa da incerteza de medição de todos os resultados;
•
fornecimento de informações que permitam compreender o desempenho
esperado da câmara durante sua utilização.
Reinshaus, Werner & Friederici (2004) resumem, ainda, a situação atual da
seguinte forma:
•
muitos métodos distintos são utilizados pelos fabricantes para
determinar as especificações técnicas de seus produtos. Cada método é
otimizado de acordo com as características particulares das câmaras;
•
na maioria dos casos, rastreabilidade e reprodutibilidade dos resultados
nas condições reais de utilização constituem um problema;
•
métodos para estimar as incertezas das medições de temperatura ou
umidade durante os ensaios e a verificação da especificação não estão
disponíveis para câmaras, assim como, para os fatores de influência
durante o uso;
•
a variedade de câmaras disponíveis com dados técnicos (volume,
princípios de operação, faixas e condições de trabalho) e campos de
aplicação variados dificultam a definição de um procedimento geral de
caracterização;
•
pouco conhecimento do usuário leva a ignorar ou subestimar fatores
importantes que influenciam o desempenho do equipamento. Por
conseqüência, o resultado é a utilização em condições não otimizadas.
24
1.2 OBJETIVOS
Com base nas questões relatadas acima referentes à calibração de câmaras,
o presente trabalho tem por finalidade à proposição dos seguintes objetivos:
•
pesquisar, analisar e avaliar as diferenças existentes entre os
documentos que tratam da calibração e/ou da realização de medições
de temperatura e/ou umidade em câmaras;
•
executar medições de temperatura e umidade em uma câmara climática
e avaliar os resultados com base nos documentos que tratam da
calibração e/ou da realização de medições de temperatura e/ou umidade
em câmaras;
•
conscientizar os proprietários de câmaras climáticas e câmaras térmicas
que a calibração de tais dispositivos garante a confiabilidade nos
resultados de umidade e/ou temperatura das condições simuladas,
sustentando assim os resultados dos ensaios realizados.
1.3 JUSTIFICATIVAS
A idéia deste trabalho foi desenvolvida com base na experiência do autor que
atua na área metrológica há vários anos, sempre atuando com higrometria e
termometria, e que por diversas vezes foi consultado por usuários de câmaras, dos
mais diversos setores industriais, sobre a calibração e/ou a execução de medições
nestes dispositivos.
As justificativas para a realização deste trabalho baseiam-se então nos
seguintes pontos:
•
necessidade de pesquisar e avaliar as diferenças existentes entre os
documentos internacionais que se referem à calibração e/ou à execução
de medições de temperatura e umidade em câmaras;
•
falta de documentos no país que orientem e estabeleçam os requisitos
mínimos para a calibração de câmaras;
•
uniformização das calibrações de câmaras realizadas pelos laboratórios
que oferecem este tipo de serviço;
25
•
incentivo para que outros laboratórios metrológicos implantem e
ofereçam o serviço de calibração de tais dispositivos;
•
conscientização dos usuários de câmaras sobre a importância e a
necessidade de medições confiáveis, uma que vez que medições
inadequadas podem interferir nas conclusões dos ensaios realizados
nestes dispositivos.
1.4 METODOLOGIA DA PESQUISA
A metodologia de pesquisa adotada para o desenvolvimento deste trabalho foi
do tipo exploratória, uma vez que a aquisição de maior conhecimento sobre a
realização de medições de umidade e/ou temperatura em câmaras foi o objetivo
primordial desta pesquisa.
Segundo Mattar (2005), a pesquisa exploratória pode ser utilizada para os
seguintes objetivos:
•
familiarizar e elevar o conhecimento e a compreensão de um problema
de pesquisa em perspectiva;
•
auxiliar a desenvolver a formulação mais precisa do problema de
pesquisa;
•
acumular
a priori
informações disponíveis relacionadas a um problema
de pesquisa conclusiva a ser efetuada ou em andamento;
•
ajudar no desenvolvimento ou criação de hipóteses explicativas de fatos
a serem verificados numa pesquisa explicativa;
•
ajudar no desenvolvimento ou criação de questões de pesquisa
relevantes para o objetivo pretendido;
•
auxiliar na determinação de variáveis relevantes a serem consideradas
num problema de pesquisa;
•
clarificar conceitos;
•
ajudar no delineamento do projeto final de pesquisa;
•
verificar se as pesquisas semelhantes já foram realizadas, quais os
métodos utilizados e quais os resultados obtidos;
•
estabelecer prioridades para futuras pesquisas.
26
Muitos dos objetivos da pesquisa exploratória descritos acima por Mattar
(2005) são questões que permeiam por esta pesquisa, o que confirma este trabalho
como sendo de cunho exploratório.
Os métodos empregados para a elaboração desta pesquisa compreenderam
a pesquisa bibliográfica, a pesquisa documental e o estudo de caso.
A pesquisa bibliográfica foi desenvolvida a partir de várias fontes, tais como:
normas nacionais e internacionais, guias técnicos, artigos científicos, revistas, anais
de eventos, livros, etc. Cabe ressaltar que buscou-se utilizar fontes elaboradas por
autores ou entidades que possuem credibilidade no assunto, como é o caso, por
exemplo, do guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e do guia britânico
A Guide to
Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE,
2003), ambos elaborados por grupos compostos por pesquisadores com experiência
na área. Diversos endereços eletrônicos (internet) também foram consultados no
decorrer da pesquisa.
A pesquisa documental foi desenvolvida através de documentos existentes no
Laboratório de Higrometria do INMETRO, tais como: relatórios, procedimentos
técnicos, resultados de testes, etc.
A fim de aplicar, avaliar e aprofundar muitos dos conhecimentos adquiridos
quando da pesquisa exploratória, um estudo de caso foi realizado. O estudo de caso
consistiu na execução de medições de temperatura e umidade em uma câmara
climática e no tratamento matemático dos dados coletados, conforme os
documentos técnicos utilizados nesta pesquisa. Foi utilizada para o estudo de caso,
a câmara climática do Laboratório de Higrometria do INMETRO.
De acordo com Gil (1991), as principais vantagens do estudo de caso são: o
estímulo a novas descobertas, uma vez que a flexibilidade do delineamento do
estudo de caso deixa o pesquisador atento a novas descobertas ao longo do estudo;
a ênfase na totalidade, visto que neste método o pesquisador volta-se para as várias
dimensões de um problema; e a simplicidade dos procedimentos, pois os
procedimentos de coleta e análise de dados são simples quando comparados com
os exigidos por outros tipos de delineamentos.
27
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
Este trabalho está estruturado em cinco capítulos, sendo este o capítulo 1,
que foi dividido em cinco partes: apresentação, objetivos, justificativas, metodologia
da pesquisa e estrutura do trabalho.
No capítulo 2, o referencial teórico da pesquisa será apresentado. O
capítulo está dividido em quatro partes, onde na primeira parte são abordados os
diversos aspectos dos documentos técnicos que tratam da medição de temperatura
e/ou umidade em câmaras. Na segunda e na terceira parte, os temas higrometria e
termometria são apresentados, respectivamente. A quarta parte do capítulo aborda
o tema gestão.
No capítulo 3, a análise experimental da pesquisa será apresentada. O
capítulo está dividido em seis partes, onde a primeira parte consiste de uma
introdução. Na segunda parte, os instrumentos e equipamentos utilizados nesta
pesquisa são apresentados. Na terceira parte, as verificações dos instrumentos são
mostradas. A quarta e a quinta parte abordam, respectivamente, as características
do sistema de medição e da execução das medições. Na sexta parte, os resultados
experimentais são apresentados.
No capítulo 4, as considerações serão apresentadas. O capítulo está
dividido em quatro partes, onde na primeira parte são feitas considerações sobre os
termos e definições. Na segunda parte, uma análise das medições e dos resultados
é apresentada. A terceira parte faz considerações sobre instrumentação. Já a quarta
parte, faz análise dos documentos técnicos.
No capítulo 5, as conclusões serão apresentadas. O capítulo divide-se em
duas partes, onde na primeira parte as conclusões são apresentadas e, na segunda
parte, as propostas para trabalhos futuros são descritas.
A dissertação será concluída com as referências bibliográficas consultadas.
28
2. REFERENCIAL TEÓRICO
Neste capítulo serão discutidos os seguintes assuntos: documentos técnicos
referentes à medição de temperatura e/ou umidade em câmaras; higrometria,
termometria e sistemas de gestão.
2.1. DOCUMENTOS TÉCNICOS REFERENTES À MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
E/OU UMIDADE EM CÂMARAS
A norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) tem como objetivo descrever
os critérios para caracterizar e verificar uma câmara. A norma se aplica às câmaras
com ou sem ventilação forçada de ar, projetadas para executar ensaios climáticos na
pressão atmosférica. As câmaras podem ser ajustadas somente em temperatura ou
em temperatura e umidade. Os métodos e princípios descritos na norma aplicam-se
às seguintes faixas de temperatura de umidade relativa: -100 ºC a 600 ºC e 0 %ur a
100 %ur (na temperatura entre 0 ºC e 100 ºC). Segundo a norma, a caracterização
de uma câmara consiste na avaliação das suas características de medição e a
verificação é a comparação dos resultados obtidos durante a caracterização com as
especificações da câmara.
Foi publicado na Alemanha no ano de 2004, pelo
Deutscher Kalibrierdienst
(DKD), o guia
Kalibrierung von Klimaschränken
– DKD-R 5-7 referente à calibração
de câmaras. O guia foi preparado pelo Comitê Técnico de Temperatura e Umidade
do DKD em cooperação com o
Physikalisch-Technische Bundesanstalt
(PTB). O
DKD é uma rede de laboratórios de calibração que são acreditados e
supervisionados pelo Corpo de Acreditação do DKD, segundo critérios da norma
ISO/IEC 17025, e o PTB é o instituto nacional de metrologia alemão que fornece
serviços técnicos e científicos (PTB, 2005).
O guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) tem por finalidade dar o mesmo tratamento
aos dispositivos a serem calibrados pelos laboratórios acreditados pelo DKD para
prestarem este serviço. O guia formula os requisitos mínimos para calibração e
estimativa da incerteza de medição na calibração de câmaras. As câmaras podem
ser ajustadas somente em temperatura ou em temperatura e umidade. O guia
também se aplica para a calibração de locais de medição individuais na câmara, não
29
estando então a câmara calibrada por completo. Dentro do escopo deste guia, a
calibração pode ser conduzida com relação à temperatura e à umidade relativa do ar
ou somente com relação à temperatura do ar.
No Reino Unido, o guia intitulado
A Guide to Calculating the Uncertainty of the
Performance of Environmental Chambers
foi preparado pelo Grupo Técnico
Climático da sociedade
The Society of Environmental Engineers
(SEE). SEE,
sociedade dos engenheiros ambientais, membro licenciado do Conselho de
Engenharia do Reino Unido, é uma sociedade profissional que existe para promover
a conscientização das questões relativas à engenharia ambiental e para fornecer
aos membros da sociedade informações, treinamentos e representação dentro deste
campo (SEE, 2005).
O guia britânico
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) demonstra como calcular a incerteza das
condições de temperatura e umidade de câmaras. Os métodos aplicam-se às
câmaras com ajustes somente de temperatura ou com ajustes de temperatura e
umidade. Segundo o guia, este também poder ser aplicado a recintos ambientais e
até salas ou laboratórios.
Tanto a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) quanto os guias DKD-R 5-7
(DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) definem métodos para executar medições de
temperatura e umidade na região de interesse do volume interno da câmara e
procedimentos para determinar uma indicação quantitativa da qualidade do
resultado de medição, isto é, a incerteza de medição. As medições permitem ainda
que outros parâmetros metrológicos sejam determinados, como a correção e o erro
sistemático.
Segundo o Vocabulário Internacional de Termos Fundamentais e Gerais de
Metrologia – VIM (INMETRO, 2003), erro sistemático é a média que resultaria de um
infinito número de medições do mesmo mensurando, efetuadas sob condições de
repetitividade, menos o valor verdadeiro do mensurando; correção é o valor
adicionado algebricamente ao resultado não corrigido de uma medição para
compensar um erro sistemático; e incerteza de medição é um parâmetro, associado
ao resultado de uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que podem
ser fundamentadamente atribuídos a um mensurando.
30
Segundo o Guia para a Expressão da Incerteza de Medição (ABNT &
INMETRO, 2003), a incerteza do resultado de uma medição reflete a falta de
conhecimento exato do valor do mensurando. A incerteza consiste de vários
componentes que podem ser agrupados em duas categorias: avaliação do tipo A,
aqueles que são avaliados pela análise estatística de séries de observações, e
avaliação do tipo B, aqueles que são avaliados por outros meios que não a análise
estatística de séries de observações. A incerteza padrão do resultado de uma
medição, quando este resultado é obtido de valores de um número de outras
grandezas, sendo igual à raiz quadrada positiva da soma de termos, é denominada
incerteza padrão combinada. A incerteza expandida consiste na incerteza padrão
combinada multiplicada por um fator de abrangência.
2.1.1 Definições
A norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) define câmara como sendo o
espaço fechado no qual um ou mais parâmetros ambientais são controlados: câmara
termostática, no caso de controle da temperatura do ar, e câmara climática, no caso
de controle da temperatura e umidade do ar. O guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004)
define câmara climática como sendo um dispositivo que permite que valores
específicos de temperatura e/ou umidade sejam realizados em um volume fechado
dentro de uma faixa de trabalho. Já o guia britânico
A Guide to Calculating the
Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003) define o
termo recinto/câmara ambiental como sendo uma câmara ou um espaço fechado no
qual a temperatura e/ou a umidade interna podem ser controladas dentro de limites
específicos.
Tanto a norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) quanto o guia britânico
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental
Chambers
(SEE, 2003) utilizam o termo espaço de trabalho para a região de
interesse dentro do volume interno da câmara conforme mostra, a seguir, a figura 5.
31
Figura 5 – Representação do espaço de trabalho no volume interno
Fonte: AFNOR, 2002
O guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) utiliza o termo volume útil, que é
definido como o volume parcial da câmara definido pelos locais de medição dos
sensores utilizados na calibração. Segundo o guia, a razão entre a maior e a menor
dimensão do volume útil deve ser menor do que cinco. Este guia define ainda local
de medição como sendo a posição espacial na qual um sensor de temperatura ou
umidade é posicionado no volume útil para calibração, e local de medição de
referência como sendo a posição espacial no volume útil nas quais as diferenças
entre a temperatura e a umidade do ar e os valores indicados são declaradas,
geralmente é o centro do volume útil.
2.1.2 Objetivos e condições de calibração/caracterização de câmaras
Os objetivos da calibração de câmaras, segundo o guia DKD-R 5-7 (DKD,
2004), são os seguintes:
•
calibração dos indicadores de temperatura e umidade relativa por
comparação com os valores medidos no espaço útil através de
instrumentos de referência;
•
estimativa da incerteza na calibração de temperatura e umidade relativa
e estimativa da incerteza para uso sob condições definidas;
•
teste de conformidade com as tolerâncias definidas pelo usuário sob
condições definidas e/ou especificações técnicas, se solicitado pelo
cliente;
•
calibração somente em locais de medição individuais, se solicitada pelo
cliente.
32
Segundo o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004), as câmaras só podem ser
calibradas se atenderem aos seguintes requisitos:
•
disponibilidade de sensores de temperatura e umidade do ar com os
devidos indicadores como componentes da câmara;
•
disponibilidade de sistemas de controle das grandezas a serem
calibradas como componentes da câmara;
•
disponibilidade de especificações técnicas do fabricante;
•
disponibilidade de documentos técnicos sobre os sensores, informações
adicionais sobre, por exemplo, a especificação e a posição dos
sensores, características do isolamento assim como a forma de
estabilização da temperatura e de umedecimento é desejável;
•
pressão atmosférica no espaço útil;
•
para operação em uma faixa de temperatura ou umidade, a calibração
precisa ser conduzida em pelo menos três pontos de temperatura ou
umidade relativa. Calibração em apenas um ponto de temperatura ou
umidade é admissível, mas limita o resultado da calibração a este ponto;
•
se perda de calor ocorre no volume útil, esta contribuição deve ser
determinada.
O guia faz ainda uma distinção entre câmaras com e sem circulação de ar no
espaço de trabalho. Em ambos os casos, a câmara deve possuir sistema de
aquecimento e/ou resfriamento.
Para o caso de câmaras com sistemas de circulação de ar:
•
a faixa máxima da temperatura do ar se estende de –90 ºC a 500 ºC.
Calibrações de umidade relativa são possíveis e aceitáveis apenas em
faixas parciais adequadas;
•
para volume útil menor do que 2000 litros, pelo menos nove locais de
medição devem ser selecionados, de acordo com a norma IEC 60068-3-
5 (IEC, 2001); para volume útil maior do que 2000 litros, os locais de
medição devem formar uma treliça cúbica, onde o maior espaçamento
entre locais de medição vizinhos é de 1 m;
•
todo volume de ar deve ser circulado uma vez no período de 30 s.
No caso de câmaras sem sistemas de circulação de ar:
•
a faixa máxima da temperatura do ar se estende de –90 ºC a 350 ºC;
33
•
o volume útil máximo é limitado a 2000 litros;
•
as medições só podem ser executadas após as temperaturas em todos
os locais de medição não apresentarem variações sistemáticas por pelo
menos trinta minutos;
•
o número de locais de medição no espaço para a calibração do volume
útil deve estar de acordo com a norma IEC 60068-3-5 (IEC, 2001);
•
o efeito da carga na homogeneidade espacial deve ser determinado por
meio de medições no estado com carga e sem carga em pelo menos um
local de medição utilizando uma carga que seja típica do usuário ou uma
carga de teste;
•
calibração de umidade relativa não é admissível;
•
carga com dissipação de calor não é admissível.
O objetivo do procedimento de caracterização da câmara, segundo a norma
francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002), é estabelecer e/ou intermitentemente garantir
o desempenho real da câmara na ausência de amostras ou com amostras definidas.
De acordo com a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a caracterização deve
ser conduzida sob condições ambientais que são compatíveis com a operação do
dispositivo. Exceto para o caso de simulações específicas, a caracterização deve ser
conduzida nas condições ambientais recomendadas pela norma NF EN 60068-1
(AFNOR, 1995), isto é: temperatura de 15 ºC a 35 ºC, umidade relativa de 25 %ur a
75 %ur e pressão atmosférica de 860 hPa a 1060 hPa.
2.1.3 Programas e métodos de calibração/caracterização de câmaras
O programa de caracterização da câmara, segundo a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002), pode ser executado para uso específico ou não específico, com ou
sem amostras. No caso de uso específico, o programa aplicado deve garantir o
desempenho da câmara em condições específicas. No caso de uso não específico,
o programa deve assegurar que características específicas sejam respeitadas para
toda faixa de utilização. No caso de câmara termostática, o programa para uso não
específico deve conter no mínimo dois pontos de temperatura localizados nos
extremos da faixa de uso e um ponto intermediário; no caso de câmara climática,
34
aplica-se o programa para câmara termostática adicionando-se três pontos de
umidade relativa a cada uma das temperaturas, totalizando assim nove pontos de
umidade relativa.
O programa de caracterização da norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) prevê
medições do desempenho da câmara em duas situações: no ambiente atingido,
estado em que as diferenças entre os valores em cada ponto do espaço de trabalho
e o ponto de ajuste ambiental são estáveis; e no ambiente transitório, quaisquer
estados exceto o ambiente atingido. No caso do ambiente atingido, exceto para
acordos específicos, o programa mínimo de caracterização é baseado nos seguintes
parâmetros: gradiente, flutuação, desvio do ponto de ajuste e erro de indicação;
porém outros parâmetros podem ser caracterizados, como por exemplo, o tempo de
recuperação (temperatura e umidade relativa), a velocidade do ar e o efeito da
radiação das paredes. No caso do ambiente transitório, exceto para acordos
específicos, o programa mínimo de caracterização é baseado nos seguintes
parâmetros: taxa de mudança da temperatura,
overshoot
(diferença entre o valor
extremo determinado no ambiente transitório e o valor determinado em resposta a
uma escala específica da faixa de medição) e parâmetros para operação em um
ambiente atingido; porém outros parâmetros podem ser caracterizados se acordado
entre as partes.
O programa de calibração do guia britânico
A Guide to Calculating the
Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), no caso de
temperatura (sistema de umedecimento desligado), deve incluir: a temperatura mais
alta, a temperatura mais baixa, pelo menos dois pontos de temperatura com o
sistema de resfriamento ligado e pelo menos dois pontos de temperatura com o
sistema de aquecimento ligado. No caso de temperatura e umidade, medições
devem ser realizadas com os sistemas de umedecimento e desumidificação ligados,
em complemento ao programa de temperatura, para pelo menos dois valores de
umidade, cobrindo a faixa, para quaisquer das condições de temperatura onde
umidade esteja sendo executada. O guia descreve que a realização de muitas
condições se faz necessária pois os sistemas de controle de temperatura e umidade
podem causar diferentes gradientes e flutuações na câmara. Contudo, se a câmara
é utilizada apenas em alguns pontos específicos, então apenas estes precisam ser
avaliados.
35
Três métodos de calibração de câmaras são descritos no guia alemão DKD-R
5-7 (DKD, 2004), são eles:
(A) Calibração de um volume útil sem carga, onde a calibração abrange:
•
a determinação da correção da indicação ou a diferença entre o local de
medição de referência e a indicação;
•
a determinação da não homogeneidade espacial no volume útil vazio;
•
a determinação da instabilidade temporal no volume útil vazio;
•
a determinação do efeito da radiação;
•
a determinação do efeito da carga no local de medição pela comparação
do volume útil com e sem carga, se solicitado pelo cliente.
(B) Calibração de um volume útil com carga, onde o carregamento pode ser feito de
acordo com uma aplicação típica do usuário ou pelo preenchimento de pelo menos
40% do volume útil com corpos de ensaios. A influência do efeito da carga é
determinada através de uma medição adicional em um local de medição central no
espaço vazio. A calibração abrange então:
•
a determinação da correção da indicação ou a diferença entre o local de
medição de referência e a indicação no estado com carga;
•
a determinação da não homogeneidade espacial no volume útil
carregado;
•
a determinação da instabilidade temporal no volume útil carregado;
•
a determinação do efeito da radiação;
•
a determinação da influência do carregamento no local de medição de
referência pela comparação do volume útil com e sem carga.
(C) Calibração de locais de medição individuais que não formam um volume útil. A
calibração abrange:
•
a determinação da correção da indicação ou a diferença entre o local de
medição e a indicação;
•
a determinação da instabilidade temporal no local de medição;
•
a determinação do efeito da radiação no local de medição;
36
•
a determinação da influência do carregamento no local de medição pela
comparação do volume útil com e sem carga, se solicitado pelo cliente.
Já o guia britânico
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance
of Environmental Chambers
(SEE, 2003) descreve três métodos para determinar
condições em uma câmara: vazia, carregada representativamente e durante as
condições de uso. O guia descreve as vantagens e desvantagens de cada método:
1) Câmara vazia
As vantagens do método são:
•
custo relativamente baixo;
•
o espaço de trabalho é calibrado por inteiro;
•
a calibração só precisa ser feita uma ou duas vezes ao ano;
•
não necessita de nova calibração quando a amostra é alterada;
•
a adequação da câmara pode ser avaliada sem submeter a amostra ao
condicionamento.
As desvantagens do método são:
•
o efeito da amostra é difícil de se quantificar, embora possa ser
desprezível para amostras que são pequenas quando comparadas com
a câmara;
•
o efeito da amostra que dissipa calor é muito difícil de se quantificar;
•
a deriva, a resolução e a repetitividade do controlador da câmara devem
ser avaliados e suas contribuições devem ser incluídas no cálculo de
incerteza.
2) Câmara com carga representativa
As vantagens do método são:
•
custo relativamente baixo;
•
o efeito da carga no controle da câmara pode ser avaliado sem
submeter a amostra a um estresse desconhecido;
•
o menor espaço da câmara que produz condições satisfatórias pode ser
escolhido antes do ensaio;
37
•
o posicionamento adequado dos sensores pode fornecer informações
detalhadas sobre partes críticas da carga;
•
anomalias provocadas pela dissipação da carga podem ser
quantificadas.
As desvantagens do método são:
•
nova calibração é requerida quando a amostra é alterada
significativamente;
•
a deriva, a resolução e a repetitividade do controlador da câmara devem
ser avaliados e suas contribuições devem ser incluídas no cálculo de
incerteza.
3) Medição das condições na câmara durante o uso
As vantagens do método são:
•
melhor estimativa das condições experimentadas pelo item sob teste;
•
o efeito da carga no controle da câmara pode ser avaliado;
•
a deriva da câmara não precisa ser avaliada;
•
o posicionamento adequado dos sensores pode fornecer informações
detalhadas sobre partes críticas da carga;
•
anomalias provocadas pela dissipação da carga podem ser
quantificadas;
•
método pode ser econômico pois a câmara não é calibrada para
situações que não são necessárias.
As desvantagens do método são:
•
equipamento de medição é requerido para todo ensaio;
•
cálculo de incerteza deve ser executado para todo ensaio;
•
pode ser o método mais caro pois os equipamentos de medição são
requeridos todo o tempo.
2.1.4 Fatores de influência
De acordo com a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), há determinados
fatores que podem influenciar no desempenho da câmara, tais como: poluição de
qualquer natureza; luz solar; vibrações acústicas; variações na tensão e na
38
freqüência da alimentação elétrica; qualidade, vazão e temperatura da água
refrigerante; e outros.
Por sua vez, a câmara também pode influenciar nas amostras submetidas no
seu interior. A norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) descreve certas perturbações que
são geradas ou transmitidas pela câmara que podem afetar os ensaios e as
amostras, tais como: vibrações mecânicas, poluição, congelação ou condensação,
corrosão, renovação de ar, não uniformidade na distribuição do vapor d’água,
radiação das paredes, e outras.
Assim como a câmara influencia nas amostras postas no seu interior, estas
também influenciam no ambiente interno da câmara. Como conseqüência, segundo
a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), os seguintes parâmetros devem ser levados
em consideração: a massa, a natureza, a forma e as dimensões das amostras; a
influência das amostras na circulação de ar na câmara; a capacidade de emitir ou
absorver vapor d’água; a dissipação de radiação térmica; o risco de poluição da
atmosfera da câmara; a vibração; as perturbações eletromagnéticas; e outros.
2.1.5 Efeito da carga na câmara
As câmaras são geralmente calibradas sem carga (vazias). Contudo, todos os
documentos sobre medições em câmara prevêem a avaliação do efeito da carga no
seu interior. Este efeito é ainda mais predominante em câmaras sem circulação
forçada de ar. A avaliação do efeito da carga é oportuna quando o usuário opera
com cargas similares em um mesmo arranjo. A carga deve estar descrita no
certificado de calibração e que os resultados declarados são válidos somente para
aquelas condições. Segundo o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004), o efeito da carga é
avaliado através da calibração da câmara, pelo menos para o local de medição de
referência, com e sem carga, e a diferença máxima é tomada como contribuição de
incerteza. A avaliação do efeito da carga pode ser feita com uma carga específica do
cliente ou com uma carga de teste que deve ocupar pelo menos 40% do volume útil.
No caso de carga com dissipação de energia, a energia total dissipada dentro do
volume da câmara não deve exceder a 10% da energia necessária para o controle
de temperatura. O efeito da energia dissipada pela carga deve ser avaliado através
da diferença entre as medições executadas com e sem dissipação de energia.
39
A norma IEC60068-3-7 (IEC, 2001) descreve um método para confirmar se as
câmaras estão em conformidade com os requisitos especificados nos procedimentos
de testes climáticos das normas IEC 60068-2-1 (IEC, 1990) e IEC 60068-2-2 (IEC,
1974) quando carregadas com carga que dissipa energia ou não. A confirmação do
desempenho da câmara pode ser feita ainda com carga artificial, que dissipa energia
ou não, de acordo com características construtivas definidas. Cabe ressaltar que
esta não é uma norma de calibração, mas sim de verificação de que todos os
valores estão dentro dos limites especificados na série de normas IEC 60068-2.
2.1.6 Quantidade e posicionamento dos sensores
No que tange ao posicionamento dos sensores, a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002) estipula que, no caso de caracterização da câmara sem amostra, os
sensores de temperatura devem ser postos em distâncias iguais das paredes da
câmara em 1/10 de cada uma das dimensões do volume interno (largura, altura e
profundidade). Para volume de 2 m
3
ou menor, utiliza-se nove sensores de
temperatura, um em cada extremidade e um no centro do espaço de trabalho,
conforme mostra a figura 6 a seguir. Para volume maior do que 2 m
3
e menor ou
igual a 20 m
3
, utiliza-se nove sensores de temperatura, conforme configuração
anterior, e mais seis sensores de temperatura distribuídos nos centros das áreas que
formam o espaço de trabalho, conforme mostra a figura 7 a seguir. Para outros
volumes, o número e o posicionamento dos sensores de temperatura devem ser
acordados entre as partes.
Figura 6 – Posicionamento dos sensores de temperatura para volumes de 2 m
3
ou menores
Fonte: AFNOR, 2002
40
Figura 7 – Posicionamento dos sensores de temperatura para volumes maiores do que 2 m
3
e
menores ou iguais a 20 m
3
Fonte: AFNOR, 2002
No caso de caracterização da câmara com amostra, a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002) estipula que, para amostra que não dissipa calor, as posições
definidas no caso da caracterização sem amostra são utilizadas, porém os sensores
de temperatura devem ser postos a mais de 50 mm da amostra. Na impossibilidade
de posicionar um sensor no centro do espaço de trabalho, este deve ser posto a 50
mm da amostra e exposto à chegada do fluxo de ar. Para amostra que dissipa calor,
os sensores de temperatura devem ser posicionados de forma que não sejam
perturbados pela dissipação da amostra. Neste caso, o posicionamento dos
sensores deve ser acordado entre as partes.
No caso da instalação dos sensores de umidade, a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002) define que, tanto no caso da caracterização da câmara sem amostra
quanto na caracterização com amostra, as regras descritas para os sensores de
temperatura são aplicáveis. A norma observa que a temperatura de ponto de orvalho
é considerada uniforme dentro do volume da câmara, o que possibilita que um único
sensor de temperatura de ponto de orvalho seja utilizado no espaço de trabalho. A
norma observa ainda que, quando da utilização de higrômetros que medem umidade
relativa, para otimizar o resultado final, a mesma quantidade de sensores de
umidade relativa e temperatura deve ser utilizada e os sensores de umidade devem
ser posicionados próximos aos sensores de temperatura.
Com relação à arrumação dos locais de medição, o guia alemão DKD-R 5-7
(DKD, 2004) estabelece que, no caso de calibração do volume útil pelo método (A)
ou (B), para volumes de até 2000 L, o número e a posição espacial dos pontos de
medição devem estar de acordo com a DIN EN 60068 (equivalente à IEC 60068),
isto é, arestas e centro do cubo que compõem o volume útil. Para volumes úteis
41
maiores, os locais de medição devem ser arrumados no volume útil na forma de uma
treliça cúbica onde o espaçamento máximo dos locais de medição adjacentes é de
1 m. No caso de calibração pelo método (C), os locais de medição são definidos pelo
cliente. No caso da calibração da câmara em umidade relativa, determina-se a
temperatura de ponto de orvalho no centro do volume útil e calcula-se a distribuição
espacial de umidade relativa através da distribuição da temperatura do ar.
Alternativamente, a distribuição de umidade no volume útil pode ser determinada
através de medições de umidade relativa em analogia à determinação da
distribuição de temperatura.
O guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) define que, para câmara vazia, normalmente
oito sensores de temperatura são utilizados nas extremidades do espaço de trabalho
e um no centro. Contudo, para câmaras maiores, mais sensores de temperatura
podem ser necessários. No caso de carga, ou de item sob teste, oito sensores de
temperatura distribuídos nas extremidades são geralmente utilizados. Para
pequenos itens sob teste, poucos sensores de temperatura podem ser suficientes,
porém pelo menos quatro devem ser usados. Para objetos maiores, sensores de
temperatura extras podem ser utilizados conforme apropriado. Para o caso de item
sob teste que dissipa calor, a medição da temperatura do ar incidente é geralmente
considerada a condição de interesse, mas os outros sensores de temperatura ainda
devem ser usados de modo que os efeitos do calor do item ensaiado possam ser
quantificados. Para medição da umidade, o higrômetro deve ser posicionado no
centro da câmara vazia ou no ar incidente ao lado do item sob teste. De acordo com
o guia, a pressão parcial do vapor d’água é assumida como a mesma em qualquer
lugar da câmara.
A norma IEC 60068-3-5 (IEC, 2001), que tem por objetivo descrever um
método para confirmar o desempenho de câmaras térmicas sem a utilização de
carga, define que no mínimo nove sensores devem ser utilizados, um em cada
extremidade do espaço de trabalho e um centro. Contudo, para câmaras acima de
2000 L, sensores adicionais devem ser postos no centro de cada plano que compõe
o espaço de trabalho, resultando assim em um mínimo de quinze sensores. Para
câmara com volume interno de até 1000 L, a distância do sensor às paredes da
câmara é de um décimo de cada uma das dimensões do volume interno (largura,
altura e profundidade), porém nenhuma distância deve ser menor do que 50 mm.
42
Para câmara com volume interno de 1000 até 2000 L, a distância do sensor às
paredes da câmara é de um décimo de cada uma das dimensões do volume interno
(largura, altura e profundidade), porém nenhuma distância deve ser menor do que
100 mm. Para câmara com volume interno maior do que 2000 L, a distância do
sensor às paredes da câmara é de um décimo de cada uma das dimensões do
volume interno (largura, altura e profundidade), porém nenhuma distância deve ser
menor do que 150 mm.
A norma IEC 60068-3-6 (IEC, 2001), que tem por finalidade descrever um
método para confirmar o desempenho de câmaras climáticas sem a utilização de
carga, define que o perfil de temperatura da câmara deve ser determinado de acordo
com a norma IEC 60068-3-5 (IEC, 2001). Já a umidade é medida através de um
único sensor localizado no centro do espaço de trabalho e a umidade relativa é
calculada para cada ponto do espaço de trabalho que possui um sensor de
temperatura. Com isso, supõe-se que a umidade absoluta é constante em todo
espaço de trabalho.
A respeito da medição de umidade em câmaras, tanto as normas NF X15-140
(AFNOR, 2002) e IEC 60068-3-6 (IEC, 2001) quanto os guias DKD-R 5-7 (DKD,
2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental
Chambers
(SEE, 2003) consideram que a umidade absoluta no interior da câmara é
constante, com isso um único sensor pode ser utilizado para executar a medição
deste parâmetro. Já umidade relativa, que é altamente dependente da temperatura,
não é constante no interior da câmara devido a não uniformidade da temperatura.
Sendo assim, a distribuição espacial de umidade relativa é determinada através da
distribuição da temperatura. O guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) observa que
esta consideração não é válida se houver fontes de vapor d’água no volume útil, se
a eficácia da mistura entre vapor d’água e ar seco não for garantida, ou se houver
fendas que possibilitem a troca de ar com o ambiente. Segundo o guia
A Guide to
Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE,
2003), como a variação da umidade absoluta no interior da câmara é normalmente
pequena, esta só precisa então ser avaliada ocasionalmente.
43
2.1.7 Registro das medições
As medições dos sensores, tanto de temperatura quanto de umidade,
segundo a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), devem ser registradas no máximo a
cada um minuto. Após a estabilização, no mínimo trinta medições devem ser
registradas por sensor e o período mínimo de medições é de trinta minutos. O guia
DKD-R 5-7 (DKD, 2004) estabelece que, após a estabilização, pelo menos trinta
medições, tanto de temperatura quanto de umidade, devem ser registradas durante
trinta minutos em um intervalo de tempo mais ou menos constante. Para o guia
A
Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), após a estabilização, pelo menos cinco e preferencialmente vinte ou
mais medições devem ser registradas para cada sensor. Contudo, trinta minutos são
normalmente suficientes.
A grande quantidade de medições, o curto intervalo de tempo entre estas e a
necessidade de que as leituras sejam feitas simultaneamente dificultam a aquisição
manual das medidas. Desta forma, a aquisição automática das medições se faz
necessária. Uma possibilidade é a utilização de instrumentos, usualmente chamados
de
data loggers
(figuras 8 e 9), que têm capacidade de armazenar dados na própria
memória ao longo de dias ou meses. Tanto a programação quanto à coleta dos
dados armazenados é normalmente executada através de um
software
que é
fornecido juntamente com o instrumento. A programação permite configurar o horário
e a data de início, o intervalo entre as medições e outros parâmetros.
Figura 8 – Registrador (
data logger
)
Fonte: http://www.dicksonweb.com
Figura 9 – Registrador (
data logger
)
Fonte: http://www.veriteq.com
Uma outra forma de fazer a aquisição automática das medições é através do
interfaceamento dos instrumentos com um computador por meio de protocolos de
medição, como por exemplo, RS-232, IEEE-488, etc. Bojkovski et al. (2002)
apresentaram um sistema automatizado para a execução de medições de
temperatura e umidade em câmaras climáticas composto por um computador, um
44
scanner
automático, um multímetro, um higrômetro de ponto de orvalho e sensores
de temperatura (termopares e sensores de resistência). O sistema desenvolvido
pode ser utilizado para a calibração de câmaras no próprio no laboratório ou nas
instalações do cliente. Segundo esses autores, os objetivos para a automação de
tais sistemas são: confiabilidade das medições, repetitividade, consistência, redução
das fontes que causam erros de medição, redução do trabalho humano e otimização
do tempo de calibração.
2.1.8 Efeito da velocidade do ar
Com relação à medição da velocidade do ar no interior da câmara, tanto o
guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) quanto o guia britânico
A Guide to Calculating
the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003) não
fazem referência sobre a medição deste parâmetro. Já a norma francesa NF X15-
140 (AFNOR, 2002) descreve que a determinação da velocidade do ar no espaço de
trabalho, na ausência de amostra, é de uso somente indicativo. As velocidades
máxima e mínima devem ser determinadas para cada temperatura e as medições
devem ser realizadas em cada ponto de medição do espaço de trabalho.
2.1.9 Radiação no interior da câmara
Todos os corpos emitem ondas eletromagnéticas, ou radiação, dependendo
da sua temperatura. Desta forma, a radiação emitida pelas paredes internas da
câmara pode, em muitos casos, afetar a temperatura do ar. Geralmente, este efeito
não é considerado na calibração de câmaras. A norma NF X15-140 (AFNOR, 2002)
descreve que o efeito da radiação das paredes deve ser avaliado segundo a norma
NF EN 27726 (AFNOR, 1994). Já o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) sugere quatro
métodos pelos quais o efeito da radiação pode ser estimado. No primeiro método, o
efeito da radiação é determinado através da diferença entre um termômetro de alta
emissividade (
ε
> 0,6) e um de baixa emissividade (
ε
< 0,15), ambos posicionados
no centro da câmara. No segundo método, o efeito da radiação é determinado
através da diferença entre as medições feitas com um termômetro com e sem
proteção à radiação. Já no terceiro método, o efeito da radiação é obtido por meio
da diferença entre a medição da temperatura da parede e a medição da temperatura
45
do ar com um termômetro de baixa emissividade ou com proteção à radiação. Para o
quarto método, o efeito da radiação não precisa ser metrologicamente determinado
para temperaturas de 0 ºC a 50 ºC e uma contribuição máxima de 0,3 K na incerteza
de medição pode ser assumida.
Friederici & Tegeler (2004) avaliaram o efeito da radiação em três tipos
distintos de câmaras climáticas e, em uma temperatura de 185 ºC, diferença de até
2,3 K foi encontrada para termômetros de diferentes emissividades. Segundo os
autores, a concordância entre a temperatura do ar e a temperatura da parede interna
da câmara é um critério importante na qualidade da câmara. A concordância entre
estas duas temperaturas pode ser melhorada através da colocação de uma parede
de fluxo de ar em todos os lados.
2.1.10 Tipos de instrumentos
Diversos tipos de instrumentos podem ser utilizados para executar medições
no interior da câmara. De acordo com a norma francesa NF X15-140 (AFNOR,
2002), para realizar medições de temperatura, os tipos de sensores mais utilizados
são: termômetros de resistência de platina, onde o mais utilizado é do tipo 100
Ω
a
0 ºC, e termopares, onde os mais utilizados são do tipo T, do tipo J e do tipo K. Para
realizar medições de umidade, os tipos de sensores mais utilizados são: higrômetro
à condensação (higrômetro óptico), psicrômetro e higrômetro à variação de
impedância (capacitivo ou resistivo). O efeito da radiação das paredes deve ser
medido por meio de termômetro globo e a velocidade do ar no interior da câmara
pode ser medida com um sensor para todas as direções ou com qualquer outro tipo
de sensor.
O guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) não descreve que tipos de sensores devem
ser utilizados para executar medições de temperatura e umidade na câmara. Já o
guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental
Chambers
(SEE, 2003) descreve, somente para o caso de medição de umidade, os
tipos de sensores que são normalmente utilizados, são eles: higrômetro à
condensação, psicrômetro e higrômetro de umidade relativa.
Tanto a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) quanto os guias DKD-R 5-7
(DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) estabelecem que todos os sistemas de
46
medição utilizados para a realização de medições na câmara devem estar
devidamente calibrados.
A utilização de termistores (figuras 10 a 13) para avaliar temperatura em
câmara climática foi proposta por Nielsen & Barendregt (2004). Termistores são
resistores cerâmicos semicondutores construídos a partir de óxidos metálicos
distintos. Os termistores estão divididos em dois grupos: os do tipo
PTC (Positive
Temperature Coefficient
), que são sensores termo-resistivos cuja resistência elétrica
aumenta com a elevação da temperatura, e os do tipo NTC (
Negative Temperature
Coefficient
), que são sensores termo-resistivos cuja resistência elétrica diminui com
a elevação da temperatura. Os termistores possuem uma alta sensibilidade e
operam geralmente na faixa de –100 ºC a 250 ºC, embora alguns tipos possam
atingir temperaturas tão baixas quanto à do hélio líquido (
≅
-270,0 ºC) e tão altas
quanto 1000 ºC. Nielsen & Barendregt (2004) avaliaram termistores do tipo NTC de
série A (encapsulamento de vidro) e de série B (revestimento de epóxi) com relação
aos seguintes aspectos: auto-aquecimento, linearidade, estabilidade a longo prazo e
o efeito da alta temperatura e da umidade. Os resultados obtidos mostraram que os
termistores da série A são adequados para serem utilizados como sensores de
referência em câmaras climáticas.
Figuras 10 a 13 – Tipos de termistores
Fonte: http://www.ussensor.com
2.1.11 Incertezas relativas às variações no espaço e ao longo do tempo
As medições de temperatura e umidade executadas na região de interesse do
volume interno da câmara possibilitam determinar diversos parâmetros metrológicos,
como por exemplo, as variações das medições no espaço e ao longo do tempo.
Um parâmetro de grande relevância a ser determinado na região de interesse
no interior da câmara refere-se as variações de temperatura que ocorrem de um
lugar para o outro; ou seja, algumas regiões são mais quentes ou mais frias do que
47
outras. Como a umidade relativa é dependente da temperatura, então as variações
de umidade relativa na região de interesse estão diretamente relacionadas com as
variações de temperatura. Segundo a norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002),
a diferença máxima obtida em um ambiente estável entre os valores médios das
medições acrescidos das incertezas expandidas denomina-se gradiente. Já a
diferença máxima obtida em um ambiente estável entre os valores máximo e mínimo
acrescidos das incertezas expandidas dos sensores denomina-se gradiente máximo.
Os gradientes são calculados através das seguintes equações:
Gradiente de temperatura:
)
U
-
min(
-
)
U
max(
H
mj
mj
mj
mj
+
=
(1)
Gradiente máximo de temperatura:
)
U
-
min(
-
)
U
max(
H
cj
ji
cj
ji
M
+
=
(2)
Gradiente de umidade relativa:
)
U
-
min(U
-
)
U
max(U
HU
mj
wmj
mj
wmj
w
+
=
(3)
Gradiente máximo de umidade relativa:
)
U
-
min(U
-
)
U
max(U
HU
cj
wji
cj
wji
wM
+
=
(4)
Onde,
θ
mj
– Temperatura média por sensor
U
mj
– Incerteza expandida associada ao valor médio do parâmetro
θ
ji
– Temperatura do sensor j medido no instante i
U
cj
– Incerteza expandida do sensor j do sistema de medição
U
wmj
– Umidade relativa média por sensor
U
wji
– Umidade relativa do sensor j medido no instante i
Para o guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004), a maior diferença de umidade
relativa e/ou temperatura entre um local de medição e o local de referência,
geralmente o centro do volume útil, é denominada não homogeneidade espacial. A
não homogeneidade espacial deve ser avaliada em todos os pontos de calibração
para os métodos de calibração (A) e (B), tanto no caso de temperatura quanto
umidade relativa. No caso de calibração da câmara em temperatura de acordo com
o método (C), a não homogeneidade local deve ser avaliada para cada local de
medição através da utilização de um termômetro posicionado de 2 a 5 cm do sensor
de temperatura do local de medição. A não homogeneidade espacial é equivalente a
meia largura de uma distribuição de probabilidade retangular. As equações para
calcular as incertezas referentes à não homogeneidade espacial são as seguintes:
48
i
ref
inhom
T
T
max
3
1
)
T
u(
−
×
=
δ
(5)
i
ref
inhom
h
h
max
3
1
)
h
u(
−
×
=
δ
(6)
Onde,
u(
δ
T
inhom
) – Incerteza padrão devido à não homogeneidade espacial de
temperatura
u(
δ
h
inhom
) – Incerteza padrão devido à não homogeneidade espacial de
umidade relativa
T
ref
– Temperatura do local de referência
T
i
– Valor medido de temperatura para o local de medição
i
h
ref
– Umidade relativa do local de referência
h
i
– Valor medido de umidade relativa para o local de medição
i
Para o guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), as variações no espaço para a grandeza
medida são chamadas de gradientes. Para cada instante de medição, tanto de
temperatura quanto de umidade relativa, calcula-se a média e o desvio padrão dos
sensores, o maior valor de desvio padrão é assumido como gradiente. Como o
gradiente é o desvio padrão de repetidas medições, logo esta fonte de incerteza é
computada no cálculo de incerteza da câmara como tendo distribuição normal.
Um outro importante parâmetro a ser determinado na região de interesse no
interior da câmara refere-se as variações de temperatura que ocorrem ao longo do
tempo. Assim como no caso anterior, as variações de umidade relativa também
estão diretamente relacionadas com as variações de temperatura. De acordo com a
norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a diferença entre os valores máximo e mínimo
medidos por um sensor do espaço de trabalho sob condições estáveis durante o
período de medição denomina-se flutuação. A flutuação é determinada para todos
os sensores do espaço de trabalho e o maior valor encontrado é adotado como
flutuação máxima. Para o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004), tanto para umidade relativa
quanto para temperatura, a maior diferença entre uma medição do período de
medições e o valor médio é denominada instabilidade temporal. A instabilidade
temporal deve ser determinada pelo menos para o centro do volume útil, ou para o
49
local de medição de referência, e para cada ponto de calibração de temperatura e
umidade pelos métodos de (A) a (C). A instabilidade temporal é equivalente a meia
largura de uma distribuição de probabilidade retangular. As equações para calcular
as incertezas referentes à instabilidade temporal são as seguintes:
i
instab
T
T
max
3
1
)
T
u(
−
×
=
δ
(7)
i
instab
h
h
max
3
1
)
h
u(
−
×
=
δ
(8)
Onde,
u(
δ
T
instab
) – Incerteza padrão devido à instabilidade temporal de temperatura
u(
δ
h
instab
) – Incerteza padrão devido à instabilidade temporal de umidade
relativa
T
– Temperatura média temporal
T
i
– Valor medido de temperatura para o local de medição
i
h
– Umidade relativa média temporal
h
i
– Valor medido de umidade relativa para o local de medição
i
As variações das medições durante um período de tempo, segundo o guia
A
Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), são chamadas de flutuações. Para cada sensor de medição, tanto de
temperatura quanto de umidade relativa, calcula-se a média e o desvio padrão das
medições, o maior valor de desvio padrão é assumido como flutuação. Como a
flutuação é o desvio padrão de repetidas medições, logo esta fonte de incerteza é
computada no cálculo de incerteza da câmara como tendo distribuição normal.
As variações das medições na região de interesse da câmara e ao longo do
período de medição são duas importantes contribuições no cálculo de incerteza da
câmara em temperatura e/ou em umidade relativa. Geralmente, as variações ao
longo do tempo são pequenas quando comparadas com as variações no espaço.
Outras contribuições são ainda utilizadas no cálculo de incerteza da câmara.
50
2.1.12 Outras fontes e cálculo da incerteza expandida
De acordo com a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a incerteza associada
com o valor médio de temperatura ou umidade relativa de cada sensor do espaço de
trabalho é calculada através da repetitividade das medições, que é obtida por meio
do desvio padrão experimental, e da incerteza do dispositivo de medição, que deve
levar em consideração a incerteza da calibração, a resolução, a deriva, etc.
O VIM (INMETRO, 2003) define resolução de um dispositivo mostrador como
sendo a menor diferença entre indicações de um dispositivo mostrador que pode ser
significativamente percebida, e define deriva como sendo a variação lenta de uma
característica metrológica de um instrumento de medição.
As equações para calcular o valor médio das medições de cada sensor do
espaço de trabalho, a repetitividade das medições e as incertezas associadas aos
valores médios, conforme norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), são as seguintes:
Média de
n
medições do sensor
j
(x
mj
):
∑
=
=
n
1
i
ji
mj
x
n
1
x
(9)
Desvio padrão experimental do sensor
j
(s
j
):
(
)
∑
=
−
−
=
n
1
i
2
mj
ji
j
x
x
1
n
1
s
(10)
Incerteza combinada (u
mj
):
2
cj
2
j
mj
u
s
u
+
=
(11)
Incerteza expandida (U
mj
):
2
cj
2
j
mj
u
s
k
U
+
×
=
(12)
Onde,
n – Número de medições
x
ji
– Valor (temperatura ou umidade relativa) da medição
i
do sensor
j
u
cj
– Incerteza combinada do sensor
j
k – Fator de abrangência
A norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) define que a incerteza expandida (U)
associada com a média dos valores médios de temperatura ou umidade relativa
(média geral) é calculada multiplicando-se o fator de abrangência (k) pela incerteza
combinada, que é obtida através do desvio padrão da reprodutibilidade, que
caracteriza a heterogeneidade da câmara em relação ao espaço e ao tempo, e da
51
incerteza combinada do dispositivo de medição (u
c
), que consiste no maior valor de
incerteza combinada de um determinado sensor (u
cj
).
u
c
= max (u
cj
) (13)
Para calcular o desvio padrão da reprodutibilidade, é necessário que se
determine o desvio padrão da repetitividade (s
r
). No caso em que as dispersões são
significativamente diferentes entre os sensores, calcula-se o desvio padrão
experimental para cada sensor (s
j
) e adota-se como desvio padrão da repetitividade
o maior valor encontrado.
Desvio padrão da repetitividade (s
r
): s
r
= max (s
j
) (14)
O desvio padrão da repetitividade e o desvio padrão da reprodutibilidade são
determinados de acordo com a norma NF ISO 5725-2 (AFNOR, 1994).
Desvio padrão da repetitividade (s
r
):
∑
=
=
N
1
j
2
j
r
s
N
1
s
(15)
Desvio padrão da reprodutibilidade (s
R
):
∑
=
−
−
+
−
=
N
1
j
2
air
mj
2
r
)
x
(x
1
N
1
n
1
1
s
s
R
(16)
Onde,
Média geral (temperatura ou umidade relativa):
∑
∑
=
=
×
=
N
1
j
n
1
i
ji
air
x
n
N
1
x
(17)
N – Número de sensores
A equação da incerteza expandida associada com a média geral é então:
Incerteza expandida (U):
2
c
2
u
s
k
U
R
+
×
=
(18)
O guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) descreve que a incerteza de medição
a ser declarada é composta por diversas fontes de incerteza, tais como: resolução
52
dos indicadores, efeito da radiação, efeito da carga, instabilidade temporal, não
homogeneidade espacial e incerteza do dispositivo de medição de referência.
No caso da incerteza devido à resolução dos indicadores da câmara, tanto
para temperatura quanto para umidade relativa, a menor incerteza é estimada como
sendo a metade do valor do dígito e eqüivale a meia-largura de uma distribuição de
probabilidade retangular.
A incerteza do sistema de medição de referência, tanto para temperatura
quanto para umidade relativa, é estimada através da combinação de todas as suas
contribuições de incerteza, tais como: incerteza de calibração, resolução, deriva, etc.
Já a contribuição do efeito da radiação na incerteza de medição é obtida
conforme o método selecionado para estimar o efeito da radiação, e eqüivale a meia
largura de uma distribuição de probabilidade retangular. As equações para calcular
as incertezas referentes ao efeito da radiação [u(
δ
T
radiation
)] são as seguintes:
Método 1:
he
le
radiation
T
T
max
3
0,2
)
T
u(
−
×
=
δ
(19)
Método 2:
he
le
radiation
T
T
max
3
1
)
T
u(
−
×
=
δ
(20)
Método 3:
wall
le
radiation
T
T
max
3
0,1
)
T
u(
−
×
=
δ
(21)
Método 4:
3
0,3
)
T
u(
radiation
=
δ
(22)
Onde,
T
le
– Temperatura de um corpo com baixa emissividade
T
he
– Temperatura de um corpo com alta emissividade
T
wall
– Temperatura da parede
A contribuição do efeito da carga na incerteza de medição, segundo o guia
DKD-R 5-7 (DKD, 2004), eqüivale a 20% da diferença entre a medição no local de
medição de referência com carga e a medição no local de referência sem carga. O
efeito da carga é equivalente a meia largura de uma distribuição de probabilidade
retangular. As equações para calcular as incertezas referentes ao efeito da carga na
temperatura [u(
δ
T
load
)] e na umidade relativa [u(
δ
h
load
)] são as seguintes:
53
load
ref,
ref
load
T
T
max
3
0,2
)
T
u(
−
×
=
δ
(23)
load
ref,
ref
load
h
h
max
3
0,2
)
h
u(
−
×
=
δ
(24)
Onde,
T
ref
– Temperatura do local de referência sem carga
T
ref,load
– Temperatura do local de referência com carga
h
ref
– Umidade relativa do local de referência sem carga
h
ref,load
– Umidade relativa do local de referência com carga
As incertezas expandidas referentes à calibração das indicações de umidade
relativa (U
h
) e temperatura (U
T
) da câmara são obtidas através da multiplicação das
incertezas combinadas, determinadas através da combinação das diversas fontes de
incerteza, pelo fator de abrangência (k).
O guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) descreve que o processo de avaliação da
incerteza de uma medição ou calibração consiste de três passos: identificar,
quantificar e representar cada fonte de incerteza como uma incerteza padrão;
calcular a incerteza padrão combinada através da raiz quadrada da soma das
incertezas ao quadrado; e calcular a incerteza expandida através da multiplicação da
incerteza padrão combinada pelo fator de abrangência.
Segundo o guia, a incerteza padrão combinada da temperatura média da
câmara, calculada através dos instrumentos de referência, é obtida através da
combinação das seguintes contribuições de incerteza: incerteza da calibração do
instrumento de referência, com distribuição normal; repetitividade do instrumento de
referência, com distribuição normal, se determinado através de um conjunto de
medições, ou com distribuição de probabilidade retangular, se tomado das
especificações técnicas do instrumento; efeitos da temperatura no instrumento de
referência, com distribuição de probabilidade retangular; deriva, linearidade e
resolução do instrumento de referência, com distribuição de probabilidade
retangular; gradiente e flutuação de temperatura, com distribuição normal; e
incerteza da média global, determinada através da divisão do desvio padrão das
medições pela raiz do número de medições, com distribuição normal. O valor da
54
incerteza padrão combinada é então multiplicado pelo fator de abrangência para se
obter a incerteza expandida da temperatura média da câmara.
As incertezas referentes ao sensor da câmara, tais como: deriva,
repetitividade e resolução, não são consideradas quando da análise da incerteza da
medição de temperatura feita durante o uso da câmara; porém tais fontes devem ser
consideradas quando da calibração da câmara. No caso de câmara com carga, o
efeito da carga deve ser avaliado e considerado na análise de incerteza.
A incerteza da medição de temperatura de cada sensor é calculada conforme
a incerteza da temperatura média da câmara, com exceção das seguintes fontes de
incerteza: gradiente e incerteza da média global.
No caso da incerteza da umidade relativa média da câmara, calculada através
dos instrumentos de referência, as fontes de incerteza que compõem a incerteza
padrão combinada são as seguintes: incerteza da calibração do instrumento de
referência, com distribuição normal; repetitividade do instrumento de referência, com
distribuição normal, se determinado através de um conjunto de medições, ou com
distribuição de probabilidade retangular, se tomado das especificações técnicas do
instrumento; efeitos da temperatura no instrumento de referência, com distribuição
de probabilidade retangular; deriva, linearidade e resolução do instrumento de
referência, com distribuição de probabilidade retangular; gradiente e flutuação de
umidade, com distribuição normal; gradiente da pressão parcial de vapor d’água,
com distribuição de probabilidade retangular; e incerteza da média global,
determinada através da divisão do desvio padrão das medições pela raiz quadrada
do número de medições, com distribuição normal. O valor da incerteza padrão
combinada é então multiplicado pelo fator de abrangência para se obter a incerteza
expandida da umidade relativa média da câmara.
Assim como no caso de temperatura, as incertezas referentes ao sensor da
câmara, tais como: deriva, repetitividade e resolução, não são consideradas quando
da análise de incerteza da medição de umidade relativa feita durante o uso da
câmara; porém tais fontes devem ser consideradas quando da calibração da
câmara. No caso de câmara com carga, o efeito da carga deve ser avaliado e
considerado na análise de incerteza.
Para o guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), a incerteza de medição da condição atingida
no interior da câmara pode ser analisada de duas formas: análise do caso médio e
55
análise do pior caso. Na análise do caso médio, a incerteza é determinada para a
condição média (temperatura e/ou umidade relativa) determinada durante o uso da
câmara. Este tipo de análise leva a uma declaração da seguinte forma: “a condição
medida durante o teste foi (condição) ± (incerteza) com nível de confiança de 95%”.
A análise de pior caso utiliza dados do sensor que apresenta maior diferença em
relação ao ponto de ajuste. A diferença entre o valor médio do sensor e o ponto de
ajuste e o dobro do valor de flutuação deste sensor são adicionados à incerteza
expandida do sensor. Este tipo de análise leva a uma declaração da seguinte forma:
“Nenhum ponto do item sob teste esteve fora da faixa (ponto de ajuste) ± (incerteza)
com nível de confiança de 95%”. É possível utilizar este tipo de análise para declarar
que as medições estiveram ou não dentro da tolerância especificada para a câmara.
2.1.13 Testes no ambiente da câmara
A norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) descreve algumas avaliações
que podem ser feitas no ambiente atingido ou no ambiente transitório da câmara,
como o tempo de recuperação de temperatura, o tempo de recuperação de umidade
relativa, a temperatura transitória excessiva, a umidade relativa transitória excessiva
e a taxa de mudança da temperatura.
O tempo de recuperação, tanto de temperatura quanto de umidade relativa,
consiste no período requerido para o ambiente retornar ao estado estável após uma
perturbação (abertura da porta da câmara, corte do fornecimento elétrico, etc.).
A taxa de mudança da temperatura caracteriza a capacidade da câmara de
mudar de um valor de temperatura para outro dentro de um período de tempo. Esta
avaliação é feita para cada sensor de temperatura e pode ser executada para
câmara com ou sem carga no espaço de trabalho. Os valores a serem utilizados são
aqueles mais próximos dos valores teóricos de 10% e 90% da faixa de temperatura.
Assim, a velocidade média da variação de temperatura [v
mj
(
θ
)] é calculada para cada
sensor, conforme equação 25 abaixo, e o menor valor obtido é adotado como valor
da velocidade de variação de temperatura no ambiente transitório.
j90%
j10%
j90%
j10%
mj
t
-
t
-
)
(
v
=
(25)
56
Onde,
θ
j10%
– Valor de temperatura do sensor
j
próximo ao valor teórico de 10 % da
faixa
θ
j90%
– Valor de temperatura do sensor
j
próximo ao valor teórico de 90 % da
faixa
t
j10%
– Instante em minutos do valor
θ
j10%
t
j90%
– Instante em minutos do valor
θ
j90%
2.1.14 Verificação da câmara
Segundo a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), o objetivo da verificação é o
de comparar os resultados obtidos durante a caracterização com as especificações
da câmara para concluir se a câmara está conforme ou não com as especificações.
Para a câmara ser declarada conforme, os valores médios dos sensores e suas
incertezas expandidas (U
mj
), para cada parâmetro específico, devem estar dentro do
intervalo de erros máximos tolerados (EMT) em torno do valor desejado (x
co
). A
regra de conformidade é a seguinte:
]
EMT
x
;
EMT
-
[x
)
U
(x
:
...N
1,
j
max
co
min
co
mj
mj
+
∈
±
=
∀
(26)
A diferença entre o valor médio do parâmetro (x
air
) e a condição desejada (x
co
)
para o parâmetro é levada em consideração quando ela é significativa, em especial
quando esta diferença é maior do que a incerteza expandida referente ao valor
médio do parâmetro.
De acordo com a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a decisão sobre a
conformidade da câmara pode ser declarada da seguinte forma: conforme com todas
as especificações, quando a regra de conformidade é cumprida para todos os
parâmetros e valores especificados no espaço de trabalho; conforme após deslocar
o valor de ajuste do parâmetro, quando a regra de conformidade é cumprida embora
uma correção no valor de ajuste do parâmetro deva ser sistematicamente feita
quando da utilização da câmara; conforme para certas especificações e não
conforme para outras, quando a regra de conformidade não é cumprida para alguns
parâmetros e valores especificados; e não conforme, quando a regra de
57
conformidade não é cumprida para todos os parâmetros e valores especificados
para o espaço de trabalho.
Para o guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), a verificação de que as medições estiveram
ou não dentro da tolerância especificada para a câmara pode ser realizada através
do cálculo de incerteza pela análise de pior caso.
2.1.15 Apresentação de resultados
A norma NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2005), que tem por objetivo especificar
os requisitos gerais para a competência em realizar ensaios e/ou calibrações,
descreve que os resultados de cada ensaio, calibração, ou séries de ensaios ou
calibrações realizadas pelo laboratório devem ser relatados com exatidão, clareza,
objetividade, sem ambigüidade e de acordo com quaisquer instruções específicas
nos métodos de ensaio ou calibração.
A norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) descreve que, no caso de
caracterização da câmara, o relatório deve conter no mínimo: identificação da
câmara, identificação do requisitante, data do procedimento, identificação da pessoa
que conduziu a caracterização, referência à norma, referência ao procedimento de
caracterização utilizado, todos os resultados de medição tratados, referência aos
conectores para os instrumentos de referência, os métodos de incerteza de medição
e os ajustes realizados (posição das partes móveis, deslocamento do valor de ajuste
do parâmetro, etc.). No caso de verificação da câmara, o relatório deve conter ainda:
referência ao documento que contém o critério de aceitação, os desvios fora dos
limites dos erros máximos tolerados verificados antes e após o ajuste, e a decisão
sobre a conformidade.
O guia alemão DKD-R 5-7 (DKD, 2004) descreve que o certificado de
calibração deve conter no mínimo as seguintes informações: correção da indicação
ou desvio da indicação de temperatura no local de medição de referência (métodos
A e B) ou correção da indicação para o local de medição individual (método C);
correção da indicação ou desvio da indicação de umidade relativa no local de
medição de referência (métodos A e B) ou correção da indicação para o local de
medição individual (método C); incerteza da indicação de temperatura; incerteza da
indicação de umidade relativa; resultados detalhados das investigações, tais como:
58
homogeneidade, estabilidade, efeito da radiação, temperatura da parede, etc.;
conformidade para temperatura e/ou umidade relativa, se solicitado pelo cliente; e
condições de medição.
Cabe ressaltar que, o documento Expressão da Incerteza de Medição na
Calibração (INMETRO, ABNT & SBM, 1999) recomenda que o valor numérico da
incerteza de medição seja fornecido com no máximo dois algarismos significativos e
que o valor numérico do resultado da medição, na declaração final, seja
arredondado para o último algarismo significativo do valor da incerteza expandida,
atribuída ao resultado da medição. O documento recomenda ainda que, quando o
arredondamento diminui o valor numérico da incerteza de medição em mais de 5%,
que este seja então feito para cima.
2.2 HIGROMETRIA
2.2.1 Introdução
Umidade é a presença de vapor d’água, forma gasosa da água, no ar ou em
outro gás. Na prática, a origem da umidade deve-se ao fato de que a água, tanto em
alta quanto em baixa temperatura, desprende vapor d’água. Outros materiais
líquidos ou sólidos que possuem algum teor de água também desprendem, ou as
vezes absorvem, vapor d’água. Todavia, o ar ou qualquer outro gás possui uma
dada capacidade de absorver vapor d’água que depende principalmente da
temperatura. Quanto maior a temperatura do ar, maior é sua capacidade de
absorção do vapor d’água, conforme ilustrado na figura 14 a seguir (IMC, 1996):
59
0
20
40
60
80
100
20
40
60
80
100
Temperatura (ºC)
Pressão de Saturação do Vapor d'água (kPa)
Figura 14 – Aumento da pressão de saturação do vapor d’água com a temperatura
Fonte: IMC, 1996
A umidade pode ser expressa e medida de diversas formas distintas. Sua
medição é de extrema importância em muitas áreas de pesquisa, uma vez que a
presença ou a ausência de vapor d’água influencia diversos processos físicos,
químicos ou biológicos. Em diversos setores industriais, a medição e o controle da
umidade viabilizam melhorias na qualidade do produto e/ou a redução de custos. A
medição e o controle da umidade também é um aspecto relevante para a segurança
e o conforto do ser humano.
2.2.2 Termos e definições
2.2.2.1 Ar úmido
O ar úmido é uma mistura binária de ar seco com vapor d’água, onde o ar
seco é formado por vários constituintes gasosos, com composição relativamente
constante, tais como: nitrogênio (78,084%), oxigênio (20,9476%), argônio (0,934%),
dióxido de carbono (0,0314%), neônio (0,001818%), hélio (0,000524%), metano
60
(0,00015%), dióxido de enxofre (0 a 0,0001%), hidrogênio (0,00005%) e kriptônio,
xenônio e ozônio (0,0002%) (ASHRAE, 1997 apud DIAS, 2001).
O vapor d’água e o ar seco podem ser admitidos como gases perfeitos, desta
forma a equação de estado pode ser aplicada (ASHRAE, 1994).
Ar seco:
T
R
N
V
p
a
a
=
(27)
Vapor d’água:
T
R
N
V
p
v
v
=
(28)
Onde,
p
a
– Pressão parcial do ar seco
p
v
– Pressão parcial do vapor d’água
V – Volume total de ar úmido
N
a
– Número de moles do ar seco
N
v
– Número de moles do vapor d’água
R – Constante universal do gás (8,31441 Pa.m
3
/ mole.K)
T – Temperatura absoluta (K)
2.2.2.2 Temperatura de ponto de orvalho
É a temperatura na qual a pressão do vapor de um gás úmido é igual a
pressão de saturação do vapor sobre o líquido puro e na qual o condensado se
forma como líquido no resfriamento do gás (BSI, 2002).
2.2.2.3 Temperatura de ponto de congelação (
frost point temperature
)
É a temperatura na qual a pressão do vapor de um gás úmido é igual a
pressão de saturação do vapor sobre o gelo (sólido congelado) e na qual o
condensado se forma como gelo no resfriamento do gás (BSI, 2002).
2.2.2.4 Pressão parcial do vapor d’água
É a parte da pressão total que é exercida pelo componente vapor de um gás
úmido (BSI, 2002).
61
2.2.2.5 Pressão de saturação do vapor d’água
É a pressão máxima de vapor que pode existir em uma dada temperatura. A
pressão de saturação do vapor, em pascal (Pa), pode ser calculada através das
seguintes fórmulas de Sonntag (SONNTAG, 1990 apud BSI, 2002):
Em relação à água:
...
T
10
2,711193
-
21,2409642
T
-6069,9385
p
ln
-2
-1
sv
+
×
×
+
×
=
T
ln
x
2,433502
T
x
10
1,673952
...
2
-5
+
×
+
(29)
Em relação ao gelo:
...
T
10
1,0613868
29,32707
T
-6024,5282
p
ln
-2
-1
sv
+
×
×
+
+
×
=
T
ln
x
0,49382577
-
T
x
)
10
5
(-1,319882
...
2
-5
×
+
(30)
Onde,
p
sv
– Pressão de saturação do vapor d’água (em pascal)
ln – logaritmo neperiano
T – Temperatura absoluta (K)
A pressão de saturação do vapor d’água, em Pascal (Pa), pode ser calculada
de forma mais simples, porém menos exata, através das seguintes fórmulas de
Magnus (BENTLEY, 1998):
Em relação à água:
t
243,12
t
x
17,62
661,2
ln
p
ln
sv
+
+
=
(31)
Em relação ao gelo:
t
272,62
t
x
22,46
661,2
ln
p
ln
sv
+
+
=
(32)
Onde,
t – Temperatura em grau Celsius (ºC)
A pressão do vapor d’água em função da temperatura de ponto de orvalho ou
da temperatura de ponto de congelação é determinada através da equação 29 ou 30
ou 31 ou 32.
62
2.2.2.6 Temperatura de bulbo seco
É a temperatura medida por um sensor de temperatura.
2.2.2.7 Temperatura de bulbo úmido
É a temperatura medida por um termômetro revestido por uma mecha úmida.
A temperatura de bulbo úmido ocorre quando a taxa na qual calor é transferido do ar
para a superfície úmida por convecção e radiação é igual a taxa na qual a superfície
úmida perde calor na forma de calor latente de vaporização.
2.2.2.8 Equação psicrométrica
A pressão parcial do vapor d’água (p
v
) do ar pode ser calculada utilizando-se
a temperatura de bulbo úmido (t
bu
), a temperatura (t), a pressão atmosférica (p) e o
coeficiente do psicrômetro (A), conforme equação psicrométrica a seguir (ASHRAE,
1994):
)
t
-
(t
p
A
-
p
p
bu
v(tbu)
v
×
×
=
(33)
Onde,
p
v(tbu)
– Pressão de saturação do vapor d’água na temperatura de bulbo úmido
De acordo com a norma BS 1339-1 (BSI, 2002), os valores do coeficiente do
psicrômetro (A) variam na faixa entre 6,2 x 10
-4
ºC
-1
e 6,8 x 10
-4
ºC
-1
para pressões e
temperaturas ambientais típicas para diversos tipos de psicrômetros. Um valor que
tem sido usualmente utilizado é o de 6,66 x 10
-4
ºC
-1
.
Sonntag (SONNTAG 1990, apud BSI, 2002) descreve a seguinte fórmula para
psicrômetros do tipo Assmann, baseada em dados experimentais com temperatura
de bulbo úmido de até 25 ºC, e recomenda sua utilização até 50 ºC:
A = 6,53 x 10
-4
(1 + 0,000944 x t
bu
) (34)
63
2.2.2.9 Umidade relativa
Expressa o quão saturado o ar está com vapor d’água. A umidade relativa
(UR) é a razão entre a pressão do vapor d’água (p
v
) e a pressão de saturação do
vapor (p
sv
) sobre uma superfície plana de água na mesma temperatura (IMC, 1996).
100
x
p
p
UR
sv
v
=
(35)
2.2.2.10 Umidade absoluta
Umidade absoluta (UA) é a massa de vapor d’água (m
v
) presente em um
volume de ar úmido (V) (IMC, 1996).
V
m
UA
v
=
(36)
Dependendo da literatura, outros termos podem ser utilizados para este
mesmo conceito, tais como: umidade absoluta volumétrica, concentração de vapor,
concentração de massa, densidade de vapor ou teor de umidade por volume.
2.2.2.11 Razão da mistura ou razão de umidade
Razão da mistura ou razão de umidade (r) é a massa de vapor d’água (m
v
)
por unidade de massa de ar seco (m
a
) com a qual o vapor d’água está associado
(IMC, 1996).
a
v
m
m
r
=
(37)
2.2.2.12 Umidade específica
Umidade específica (UE) é a massa de vapor d’água (m
v
) por unidade de
massa de ar úmido (m
au
) (IMC, 1996).
64
a
v
v
au
v
m
m
m
m
m
UE
+
=
=
(38)
2.2.3 Princípios de medição de umidade
Existem diversos tipos de efeitos relacionados com a umidade que podem ser
explorados para indicar variações de umidade. Alguns dos métodos mais relevantes
de medição de umidade são: mecânico, psicrométrico (bulbo úmido e bulbo seco),
impedância elétrica (capacitivo ou resistivo), condensação, cloreto de lítio saturado,
eletrolítico (pentóxido de fósforo), espectroscópico e mudança de cor. Existem ainda
outros métodos que possuem suas utilizações em aplicações específicas, tais como:
acústico, expansão adiabática, gravimétrico, lyman-alpha, fibra óptica, índice de
refração óptico, piezoelétrico (oscilador de quartzo), ponte pneumática, zirconia,
condutibilidade térmica e variação térmica (IMC, 1996).
Os higrômetros mais indicados para serem usados na avaliação de umidade
da câmara operam nos seguintes princípios de medição:
2.2.3.1 Bulbo seco e bulbo úmido (psicrômetro)
Psicrômetro é um tipo de higrômetro que consiste de dois sensores de
temperatura emparelhados. Um dos sensores é utilizado para medir a temperatura
do ar e é denominado termômetro de bulbo seco. O outro sensor é revestido por
uma mecha (tecido de algodão), que é mantida úmida através de um reservatório de
água, e é denominado termômetro de bulbo úmido. As temperaturas de bulbo úmido
e de bulbo seco são utilizadas para determinar a umidade relativa do ar por meio de
cálculo, carta psicrométrica ou tabela.
Os psicrômetros podem ser aspirados ou não. O psicrômetro aspirado possui
um ventilador que faz com que uma corrente de ar, com velocidade adequada,
passe pelos termômetros, contribuindo para uma melhor exatidão das medições. Já
o psicrômetro não aspirado é uma realização menos eficiente deste princípio e está
mais propenso a erros.
A exatidão das medições dos psicrômetros não está limitada a exatidão das
medições de temperatura, outros fatores estão envolvidos, tais como: pureza da
65
água, aspiração da corrente de ar, especificação e estado da mecha, efeitos da
radiação, efeitos da pressão, e outros (ASHRAE, 1994).
Os psicrômetros apresentam as seguintes vantagens: podem possuir boa
estabilidade; podem ser instrumentos relativamente simples, baratos, confiáveis e
robustos; atendem uma vasta faixa de umidade e toleram altas temperaturas e
condensação. As desvantagens dos psicrômetros são as seguintes: necessitam de
alguma habilidade para uso e manutenção; os resultados podem exigir cálculos; a
medição requer uma grande quantidade de amostra de ar; a amostra será
umedecida pela evaporação da mecha; impurezas no ar ou na água podem
contaminar a mecha; as medições podem ser complicadas abaixo de 10 ºC, em
função da dúvida entre a presença de água ou gelo na mecha quando esta cai
abaixo de 0 ºC; e os instrumentos do tipo não aspirado ou do tipo rodopio são
propensos a sérios erros (IMC, 1996). As figuras 15 e 16, a seguir, representam,
respectivamente, o psicrômetro aspirado e o não aspirado.
Figura 15 – Psicrômetro aspirado
Fonte: http://www.mesdan.it
Figura 16 – Psicrômetro não aspirado
Fonte: http://www.imn.ac.cr
2.2.3.2 Impedância elétrica
O sensor de um higrômetro de impedância elétrica consiste de um material
higroscópico no qual dois eletrodos são fixados. A água absorvida altera a
resistência e/ou a capacitância entre os eletrodos e esta alteração é detectada e
indicada pela eletrônica associada (BENTLEY, 1998).
Segundo o documento
A Guide to the Measurement of Humidity
(IMC, 1996),
os sensores capacitivos possuem melhor linearidade nos pontos mais baixos de
66
umidade relativa e os sensores resistivos possuem melhor linearidade nos pontos
mais altos de umidade relativa.
Em geral, os higrômetros de impedância elétrica (figuras 17 a 19) apresentam
as seguintes vantagens: são normalmente fáceis de serem utilizados e estão cada
vez mais disponíveis com memória para armazenagem dos dados e adaptadores
para utilização em pilhas de papéis, depósitos de grãos, etc. As desvantagens
destes instrumentos são as seguintes: podem ter os valores de calibração alterados
se utilizados em pontos de temperatura e/ou umidade altos, podem sofrer deriva e
histerese e podem ser danificados por agentes químicos (IMC, 1996).
Figura 17 – Termohigrômetro
Fonte: http://www.testo.de
Figura 18 – Termohigrômetro
Fonte: http://www.vaisala.com
Figura 19 – Termohigrômetro
Fonte: http://www.rotronic.ch
2.2.3.3 Condensação
A temperatura de ponto de orvalho é medida pelo resfriamento de uma
amostra de gás até que a condensação surja e pela observação da temperatura na
qual isto ocorre (IMC, 1996).
Em um higrômetro óptico, a condensação do vapor d’água na forma de
orvalho ou gelo é induzida sobre a superfície de um pequeno espelho dentro do
instrumento. O início da condensação é sentido opticamente pela detecção de
alterações na forma como o espelho reflete ou dispersa a luz. Outros higrômetros a
condensação (não-ópticos) detectam a condensação eletricamente ou por meio de
outros métodos, tal como, a alteração na freqüência de ressonância de um cristal de
quartzo (IMC, 1996).
No higrômetro de ponto de orvalho do tipo óptico, um dispositivo termelétrico
(
Peltier
), que é uma bomba de calor, possui um pequeno espelho metálico refletivo
67
fixado a ele. Um amplificador de potência fornece corrente à bomba de calor, de
forma, que a superfície do espelho seja resfriada abaixo da temperatura ambiente.
Quando a temperatura de ponto de orvalho da amostra de gás que passa pelo
espelho é atingida, gotículas de água começam a condensar na superfície do
espelho. O espelho é iluminado por um diodo luminoso e a luz refletida pela
superfície é recebida por um fototransistor, que é um receptor de luz. Assim que as
gotículas se formam sobre a superfície, a luz refletida é abruptamente reduzida
devido à dispersão. Um circuito elétrico fechado controla a corrente do dispositivo
termelétrico, automaticamente, mantendo a superfície do espelho na temperatura na
qual uma camada bem fina de orvalho é preservada. Deste modo, o espelho é
controlado no ponto de orvalho e busca a temperatura ascendente ou descendente
conforme o ponto de orvalho muda. Um termômetro de resistência de platina,
encaixado bem abaixo da superfície do espelho, mede a temperatura e um
mostrador digital fornece a indicação (GENERAL EASTERN, 1993).
Higrômetros de ponto de orvalho do tipo óptico (figuras 20 e 21) são
geralmente utilizados como instrumentos de referência em calibrações. Estes
instrumentos apresentam as seguintes vantagens: podem fornecer medições
precisas, podem apresentar bom desempenho a longo prazo e possuem vasta faixa
de medição. As desvantagens são as seguintes: normalmente requerem alguma
habilidade para a operação, são geralmente caros, contaminação do espelho causa
leituras incorretas e medições abaixo de 0 ºC requerem uma cuidadosa
interpretação a fim de verificar se o condensado é gelo ou água (IMC, 1996).
Figura 20 – Higrômetro óptico
Fonte: http://www.mbw.ch
Figura 21 – Higrômetro óptico
Fonte: http://www.michell.co.uk
68
2.3 TERMOMETRIA
2.3.1 Introdução
Temperatura pode ser pensada como uma medição da energia proporcional
do movimento (energia cinética) dos átomos ou moléculas que compõem uma
substância. Quanto mais quente algo está, mais rápido suas partículas constituintes
se movem ou vibram. Similarmente, quanto mais frio algo está, mais vagarosamente
suas partículas se movem, sendo que o limite ocorre quando todas as partículas
podem ser consideradas estacionárias ou no seu estado mais “ordenado”, esta
temperatura é então definida como zero absoluto (BENTLEY, 1998).
Segundo Santos & Petkovic (2003), os termômetros podem ser classificados
em duas grandes classes. A primeira compreende os instrumentos nos quais o
elemento sensor precisa estar em contato, o mais íntimo possível, com o corpo cuja
temperatura se quer determinar, como por exemplo: termopares, termômetros de
líquido em vidro, termômetros bimetálicos, etc. A segunda classe compreende os
instrumentos capazes de determinar a temperatura de um corpo sem que o
elemento sensor necessite estar em contato com o mesmo, como por exemplo:
pirômetros ópticos e infravermelho.
2.3.2 Princípios de medição de temperatura
A temperatura não pode nunca ser medida diretamente, o que significa que
cada medição de temperatura envolve o uso de algum tipo de sensor/transmissor
calibrado para converter uma grandeza mensurável em um valor de temperatura. O
sensor é o objeto, como um todo, que é utilizado para medir a temperatura,
enquanto que o transdutor é a parte do sensor que converte mudança na
temperatura em uma outra grandeza mensurável.
A tabela 1, a seguir, mostra alguns dos sensores/transdutores usados em
medições de temperatura, cada um utilizando propriedades físicas que se alteram
com a temperatura (BENTLEY, 1998).
69
Tabela 1 – Sensores de temperatura e as suas propriedades físicas transdutoras
Sensor
Propriedade
Transdutora
Grandeza
Medida
Termômetro de mercúrio em vidro Expansão térmica Comprimento
Termômetro de gás a volume constante
Expansão térmica Pressão
Termômetro de resistência de platina Resistência elétrica Resistência
Termopar Coeficiente de Seebeck Tensão
Pirômetro óptico Radiação térmica
Fluxo radiante
Termômetro acústico Velocidade do som Tempo
Termômetro de ruído Ruído Johnson Potência
Termômetro Termo-luminescente Baixa da luminescência Tempo
Fonte: Bentley (1998)
Os termômetros mais indicados para serem utilizados na avaliação de
temperatura da câmara são os que operam nos seguintes princípios de medição:
2.3.2.1 Termometria de resistência
O princípio de funcionamento dos termômetros de resistência consiste na
variação da resistência dos materiais com a temperatura. O primeiro a utilizar este
princípio para medir temperatura foi Willian Siemens (1871), porém a termometria de
resistência de precisão só teve início com a publicação do trabalho de Hugh
Callendar (1887) sobre medição de temperatura com termômetros de resistência.
Callendar superou os problemas do termômetro de Siemens mostrando que a
resistência de um termômetro de resistência de platina fabricado de modo adequado
poderia ser relacionada com as indicações de um termômetro de gás por meio de
uma equação de interpolação até cerca de 600 ºC (CHATTLE, 1991 apud SANTOS
& PETKOVIC, 2003).
Os termômetros de resistência podem ser fabricados com diversos materiais:
cobre, ferro-ródio, níquel, platina, semicondutor, etc. (SANTOS & PETKOVIC, 2003).
Os termômetros de semicondutor apareceram mais recentemente e receberam o
nome de termistores. A diferença básica é a forma de variação da resistência elétrica
com a temperatura. Nos metais, a resistência aumenta quase que linearmente com a
temperatura enquanto que nos semicondutores ela varia de maneira não-linear de
forma positiva ou negativa (GÜTHS & PAULO, 1998).
70
Os sensores mais utilizados na indústria e em laboratórios de calibração são
os de platina. Os valores típicos da resistência dos termômetros padrões de
resistência de platina (TPRP) em 0 ºC são: 0,25
Ω
, 2,5
Ω
e 25
Ω
. Os termômetros
industriais de resistência de platina (TIRP) têm valores de resistência em 0 ºC bem
mais altos, entre 100
Ω
e 1000
Ω
; contudo, o mais comumente usado é o de 100
Ω
(SANTOS & PETKOVIC, 2003).
Nos termômetros industriais, o resistor é conectado a dois, três ou quatro fios;
enquanto que nos termômetros padrões o resistor é sempre conectado a quatro fios.
A conexão com dois fios é o tipo de ligação que apresenta o pior resultado, pois a
temperatura altera a resistência dos cabos juntamente com a resistência do sensor.
A conexão com três fios permite compensar a resistência dos cabos de ligação,
porém isto ainda contém um erro devido ao sistema de compensação assumir que
as resistências de todos os fios são iguais. Já na conexão com quatro fios, uma
fonte de corrente estável (geralmente de 1 mA) é empregada apenas para polarizar
o sensor, não tendo comunicação com os outros dois terminais que são usados
apenas para medir a tensão elétrica sobre o sensor. Assim, a resistência dos cabos
de ligação é eliminada do circuito, tornando as medições mais exatas (SANTOS &
PETKOVIC, 2003).
Há no mercado uma vasta faixa de termômetros industriais de resistência de
platina disponíveis em várias formas e tamanhos. O que é comum entre todos eles é
o fato de que a resistência de platina está firmemente sustentada, geralmente por
estar inteiramente fixada em vidro ou cerâmica. Isto faz com que o termômetro fique
extremamente robusto, mas ao mesmo tempo reduz a estabilidade da sua
resistência (QUINN, 1983).
A norma ASTM E 1137 (ASTM, 2001), que tem por finalidade abordar os
requisitos dos termômetros industriais de resistência de platina de bainha metálica
para a faixa de temperatura de –200 ºC a 650 ºC, divide este tipo de instrumento em
duas classes conforme sua tolerância, são elas:
Classe A: ±[0,13 + 0,0017 x |t|] (39)
Classe B: ±[0,25 + 0,0042 x |t|] (40)
Onde,
t – Temperatura, em módulo, em grau Celsius (ºC)
71
Já a norma IEC 60751 (IEC, 1983) especifica os requisitos dos termômetros
industriais de resistência de platina para a faixa de –200 ºC a 850 ºC.
Dentre os três grandes tipos de termômetros (termômetro de vidro, termopar e
termômetro de resistência), o termômetro de resistência de platina é o que apresenta
a maior exatidão, possuindo também grande estabilidade e reprodutibilidade
(SANTOS & PETKOVIC, 2003). Sendo assim, o termômetro de resistência de platina
pode ser utilizado como instrumento de referência para a calibração de outros
sensores de temperatura.
Orlando (2003) propôs um procedimento de calibração de termômetro de
resistência de platina de 100
Ω
para ser usado como padrão de trabalho em
laboratórios de serviços metrológicos, ressaltando que um ajuste pelo método dos
mínimos quadrados é importante para reduzir a incerteza do mesmo.
As figuras 22 e 23, a seguir, são exemplos de termômetros de resistência.
Figura 22 – Termômetro de resistência
Fonte: http://www.picotech.com
Figura 23 – Termômetros de resistência
Fonte: http://www.regmet.cz
2.3.2.2 Termopar
Um termopar é constituído por dois fios de materiais distintos, denominados
termoelementos, unidos eletricamente para formar um circuito. As junções dos dois
fios quando expostas a temperaturas distintas geram uma força eletromotriz (fem).
Este fenômeno foi descoberto em 1821 por Seebeck (SANTOS & PETKOVIC, 2003).
Seebeck descobriu a existência de correntes termelétricas enquanto
observava efeitos eletromagnéticos associados a circuitos de bismuto e cobre e de
bismuto e antimônio. Seus experimentos mostraram que, quando as junções de dois
metais dissimilares que formam um circuito fechado são expostas à temperaturas
diferentes, uma força eletromotriz térmica líquida é gerada induzindo uma corrente
elétrica contínua (ASTM, 1974).
72
A fem termelétrica ou força eletromotriz (E) que surge no circuito formado pela
união de dois condutores A e B expostos a um gradiente térmico é também chamada
de fem de Seebeck, tensão de Seebeck, fem do temopar ou tensão termelétrica
(SANTOS & PETKOVIC, 2003).
Figuras 24 a 26 – Efeito Seebeck em um circuito de termopar
Fonte: Santos & Petkovic (2003)
Matematicamente a fem termelétrica do circuito pode ser expressa por:
∫
∫
+
=
2
1
1
2
T
T
B
T
T
A
AB
dt
S
dt
S
E
(41)
Onde,
S
A
e S
B
– Coeficientes de Seebeck ou potência termelétrica dos fios A e B
T
1
e T
2
– Temperaturas das junções quente e fria
Em um termopar, a extremidade em que se faz a união dos termoelementos e
que é colocada no local cuja temperatura se que medir é denominada junção de
medição, enquanto que a outra é denominada junção de referência. Quando a
temperatura da junção de referência for 0 ºC, a fem termelétrica dependerá apenas
da temperatura da junção de medição. Desta forma, geralmente a temperatura de
referência utilizada é o 0 ºC (temperatura de fusão do gelo), pois este é um ponto
fixo de temperatura de fácil realização com excelente exatidão para esta aplicação.
Dentre as vantagens dos termopares pode-se citar: a ampla faixa de trabalho
(de –270 ºC a mais de 2000 ºC), o tamanho do seu elemento sensor pode ser
convenientemente escolhido e a possibilidade de realizar aquisição automática de
dados com custo relativamente baixo. Dentre as desvantagens, pode-se citar a
necessidade de um certo conhecimento prévio do operador para prevenir a
introdução de erros grosseiros nas medições (SANTOS & PETKOVIC, 2003).
73
A designação das letras dos termopares foi originalmente introduzida pela
sociedade
Instrument Society of America
(ISA), alcançando aceitação mundial como
um método conveniente de se referir aos diferentes tipos de termopares.
Convencionalmente, a liga positiva (+) é informada primeiro quando se descreve a
composição (QUINN, 1983).
Alguns dos tipos mais comuns de termopares são: termopar tipo B (70%
platina – 30% ródio x 94% platina – 6% ródio), termopar tipo E (90% níquel – 10%
cromo x 55% cobre – 45% níquel), termopar tipo J (ferro x 55% cobre – 45% níquel),
termopar tipo K (90% níquel – 10% cromo x 95% níquel – 5% alumínio), termopar
tipo N (84,5% níquel – 14% cromo – 1,5% silício x 95,4% níquel – 4,5% silício –
0,1% magnésio), termopar tipo R (87% platina – 13% ródio x 100% platina),
termopar tipo S (90% platina – 10% ródio x platina) e termopar tipo T (cobre x 55%
cobre – 45% níquel) (SANTOS & PETKOVIC, 2003).
A norma NBR 12771 (ABNT, 1999) estabelece as tabelas de referência
usadas na conversão da força eletromotriz térmica gerada pelo termopar em função
da temperatura e vice-versa. A figura 27 mostra exemplos de termopares.
Figura 27 – Termopares
Fonte: http://www.ecil.com.br
2.4 GESTÃO
2.4.1 Gestão e metrologia
Metrologia, segundo o VIM (INMETRO, 2003), é a ciência da medição. A
metrologia tem como foco principal prover confiabilidade, credibilidade,
universalidade e qualidade às medidas. Como as medições estão presentes, direta
74
ou indiretamente, em praticamente todos os processos de tomada de decisão, a
abrangência da metrologia é imensa, envolvendo a indústria, o comércio, a saúde e
o meio ambiente, para citar apenas algumas áreas. Estima-se que cerca de 4 a 6%
do PIB nacional dos países industrializados sejam dedicados aos processos de
medição (BIPM, 1998 apud INMETRO, 2003).
Nos últimos anos, a importância da metrologia no Brasil e no mundo
cresceu significativamente devido, principalmente, a cinco fatores (INMETRO, 2003):
a) a elevada complexidade e sofisticação dos modernos processos industriais,
intensivos em tecnologia e comprometidos com a qualidade e a competitividade,
requerendo medidas de alto refinamento e confiabilidade para um grande número
de grandezas;
b) a busca constante por inovação, como exigência permanente e crescente para
competitividade, propiciando o desenvolvimento de novos e melhores processos
e produtos; melhores medidas podem levar a melhorias incrementais da
qualidade, bem como a novas tecnologias, ambos importantes fatores de
inovação;
c) a crescente consciência da cidadania e o reconhecimento dos direitos do
consumidor e do cidadão, amparados por leis, regulamentos e usos e costumes
consagrados – que abrem e garantem o acesso a informações mais detalhadas e
transparentes – bem como a grande preocupação com saúde e meio ambiente,
tornando imprescindíveis medidas confiáveis em novas e complexas áreas,
especialmente a química. É importante destacar a crescente relevância da
metrologia nas áreas de análises clínicas e de equipamentos médicos;
d) a recente aceleração da globalização, potencializando a demanda por
metrologia, em virtude da grande necessidade de harmonização nas relações de
troca, atualmente muito mais intensas, complexas, e envolvendo um grande
número de grandezas a serem medidas com exatidão e credibilidade;
e) no Brasil, especificamente, a entrada em operação das Agências Reguladoras
intensificou sobremaneira a demanda por metrologia em áreas que antes não
necessitavam de um grande rigor, exatidão e imparcialidade nas medições, como
alta tensão, grandes vazões e grandes volumes de fluidos.
Adicionalmente, e como reflexo e conseqüência dos fatores mencionados,
outros desafios se colocam à metrologia. Nesse quadro, chama especialmente a
atenção, como decorrência da globalização, a substituição das tradicionais barreiras
75
tarifárias ao comércio entre nações pelas denominadas barreiras técnicas, muitas
vezes envolvendo sutilezas na especificação de grandezas e processos de medição,
o que vem ressaltar ainda mais o papel fundamental da metrologia nesse novo
cenário (INMETRO, 2003).
Para entrar no mercado internacional, uma empresa sabe que seus produtos
estão sujeitos a um rígido controle metrológico e, seguindo a definição de estratégia
estabelecida por Montgomery e Porter (1991 apud MARINHO, 2000) como sendo o
conjunto de ações para a consecução de objetivos de transformação ou manutenção
do curso normal dos acontecimentos, faz-se necessário estabelecer critérios de
qualidade baseados na metrologia já na fase de planejamento estratégico da
empresa (MARINHO, 2000).
No setor de saúde, Lucatelli (2003) descreve que certas questões da gestão
da manutenção no ambiente hospitalar podem ser respondidas pela metrologia, por
meio de ensaios/calibração de equipamentos eletromédicos, realizados por
laboratórios comprovadamente competentes. De acordo com Nóbrega & Silva
(2003), as atividades de verificação e calibração são essenciais na gestão da
manutenção de equipamentos das unidades eletrocirúrgicas de alta freqüência
(UEAF).
As medições são atividades fundamentais para a gestão das organizações.
Mesquita (2003) descreve um modelo para gestão da qualidade das medições na
organização, ou de gestão da confiabilidade metrológica, que objetiva facilitar o
entendimento do processo de obtenção da informação com as características
desejadas pelo cliente, e que serve de base para o modelo de gestão da tecnologia
das medições nas organizações (GTM), que tem como principal função manter a
adequação dos sistemas de medição aos propósitos organizacionais e as exigências
do mercado. Os principais benefícios que podem ser obtidos pelo uso do modelo
GTM são: a facilitação da disseminação do conhecimento sobre tecnologia das
medições na organização e o estabelecimento de uma referência para o
desenvolvimento da gestão destes recursos dentro da organização.
2.4.2 Sistemas de gestão
As mudanças significativas que vêm ocorrendo no dinâmico mundo dos
negócios fazem com que as organizações necessitem de um planejamento que lhes
76
propiciem condições de enfrentar os desafios e criar vantagens competitivas sobre
os competidores. Contudo, para alinhar o seu planejamento estratégico com suas
ações operacionais, a organização necessita de um ou mais sistemas de gestão.
Diversos sistemas de gestão estão publicamente disponíveis por meio de
normas internacionalmente aceitas, tais como: NBR ISO 9001 (ABNT, 2000) para
gestão da qualidade, NBR ISO 14001 (ABNT, 2004) para gestão ambiental, OHSAS
18001 (OHSAS, 1999) para gestão de saúde e segurança, etc.
A
International Organization for Standardization
(ISO) é uma federação de
caráter internacional que congrega organismos de mais de cem países, sendo um de
cada país. É uma organização não-governamental criada em 1947, cujo objetivo é
desenvolver e promover normas e padrões mundiais que traduzam o consenso dos
diferentes países do mundo. A ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas,
representa o Brasil na ISO (FIRJAN, 2005).
A norma NBR ISO 9001 (ABNT, 2000) determina os requisitos gerais para
implantação de sistema de qualidade. Tem como princípios básicos à garantia da
satisfação dos clientes e a preocupação em adotar medidas de controle de
qualidade dos produtos e serviços, através do estabelecimento de procedimentos-
padrão, além do atendimento dos requisitos legais. A ISO série 9000 é um conjunto
de normas técnicas que trata exclusivamente do assunto gestão de qualidade
(AMBIENTE BRASIL, 2004 apud SANDRES, 2004).
A norma ISO 14001 (ABNT, 2004) especifica os requisitos relativos a um
sistema de gestão ambiental, permitindo a uma organização formular uma política e
objetivos que levem em consideração os requisitos legais e as informações
referentes aos impactos ambientais significativos. Ela se aplica aos aspectos
ambientais que possam ser controlados pela organização e sobre os quais presume-
se que ela tenha influência, conforme artigo do CB-38 (ABNT, 2004).
A certificação segundo a OHSAS 18001 acabou vindo de encontro para a
necessidade das empresas de demonstrarem seu compromisso com a redução dos
riscos ambientais e com a melhoria contínua de seu desempenho em saúde
ocupacional e segurança de seus colaboradores (REVISTA METROLOGIA &
INSTRUMENTAÇÃO, 2004).
77
2.4.3 Sistemas de gestão para laboratórios de calibração e ensaio
A norma ISO/IEC 17025 (
General Requirements for the Competence of
Testing and Calibration Laboratories
), que especifica os requisitos gerais para as
organizações que realizam ensaios e/ou calibrações, foi disponibilizada em 1999
pela ISO. No Brasil, a norma equivalente é a NBR ISO/IEC 17025 (Requisitos Gerais
para a Competência de Laboratórios de Ensaio e Calibração), onde a primeira
edição foi disponibilizada pela ABNT em 2001.
A acreditação de laboratórios é concedida com base na norma ISO/IEC
17025, de acordo com diretrizes estabelecidas
pela International Laboratory
Accreditation Cooperation
(ILAC), fórum internacional que engloba os organismos de
acreditação (credenciamento) de laboratórios de calibração e ensaio, e nos códigos
de Boas Práticas de Laboratório (BPL) da
Organization for Economic Cooperation
and Development
(OECD), organização para a cooperação e o desenvolvimento
econômico (INMETRO, 2005). Desta forma, temos uma única norma internacional
sendo utilizada pelos laboratórios de calibração e ensaio, o que facilita a
harmonização de suas práticas e a aceitação mútua dos resultados destes
laboratórios no comércio internacional.
Segundo Medeiros et al. (2003), as grandes diferenças da NBR ISO 9000 em
relação a NBR ISO/IEC 17025 são: a NBR ISO/IEC 17025 é específica para
laboratórios, já a ISO 9000 pode ser implementada em organizações de diferentes
tipos e ramos de atividades; a NBR ISO/IEC 17025 exige evidência da competência
técnica da equipe do laboratório, na ISO 9000 a competência ainda não tem a
importância devida; a versão ISO 9000 do ano de 2000 ficou flexível com relação à
necessidade da empresa dispor ou não de procedimentos documentados, já a NBR
ISO/IEC 17025 exige claramente que o laboratório documente uma série de
procedimentos; e a exigência da realização de auditorias internas na área técnica
pela NBR ISO/IEC 17025.
Nos laboratórios de ensaio, com a implantação de sistemas de gestão da
qualidade baseado na norma NBR ISO/IEC 17025, a forma e a linguagem utilizadas
nos relatórios de ensaios passam a ser comparáveis, além do cliente poder optar
pelo laboratório que fará seu ensaio, baseado na sua competência. De certo modo,
isto põe fim ao “leilão” de preços por ensaios e faz com que os laboratórios tenham
que mostrar sua competência (FILHO, 2003).
78
De acordo com Carvalho & Neves (2003), a causa fundamental para o
insucesso na implementação de um eficiente e eficaz sistema de gestão da
qualidade está na falta de consciência e crença por parte da pessoa que tem o
poder de decisão (alta administração) da importância da qualidade e melhoria
contínua nas atividades do laboratório.
Todavia, segundo Medeiros et al. (2003), os benefícios da implantação de um
sistema da qualidade segundo a da NBR ISO/IEC 17025 são: melhoria na
organização interna, aumento significativo da produtividade da equipe, aumento da
confiabilidade metrológica dos resultados e melhoria da imagem do laboratório
perante seus clientes.
79
3. ANÁLISE EXPERIMENTAL
3.1 INTRODUÇÃO
As medições executadas para este trabalho têm como objetivo demonstrar os
procedimentos de avaliação de uma câmara climática e os métodos de se tratar os
dados coletados, conforme os documentos utilizados como base teórica para a sua
elaboração. A apresentação da instrumentação utilizada, da montagem do sistema,
da aquisição das medições e do tratamento matemático dos dados facilitam a
compreensão dessas etapas por meio da aplicabilidade dos conceitos apresentados.
Foram realizadas medições de temperatura e umidade do ar no interior da câmara
climática do Laboratório de Higrometria do INMETRO (LAHIG). Todas as medições
foram executadas sem carga no interior da câmara.
O LAHIG, referência nacional em umidade, iniciou a prestação de serviços de
calibração de sensores de umidade e temperatura (termohigrômetros, psicrômetros,
termohigrógrafos, etc.) em 1998. Como padrões de referência em umidade, o LAHIG
conta com dois higrômetros de ponto de orvalho do tipo espelho resfriado. Um
higrômetro opera na faixa de –75 ºC a +20 ºC de temperatura de ponto de orvalho e
o outro higrômetro opera na faixa de –40 ºC a +80 ºC de temperatura de ponto de
orvalho, ambos rastreáveis aos padrões de umidade de institutos nacionais de
metrologia do exterior. Como padrões de referência em temperatura, o LAHIG conta
com diversos termômetros de resistência de platina de 100
Ω
a 0 ºC (PT-100)
calibrados pelo Laboratório de Termometria do INMETRO (LATER). Para geração da
amostra de ar, o LAHIG conta com um gerador de ponto de orvalho e de uma
câmara climática com controle de umidade e temperatura. Os sistemas de calibração
do LAHIG contam ainda com diversos outros equipamentos e instrumentos
auxiliares, tais como: multímetro, barômetro, secador de ar, destilador de água,
compressor, bomba de sucção, etc. A figura 28, a seguir, mostra os principais
equipamentos do LAHIG.
80
Figura 28 – Laboratório de higrometria do INMETRO
Fonte: Elaboração própria
Grande parte dos serviços de calibração prestados pelo LAHIG, geralmente
sensores de umidade relativa, são executados na câmara climática, cujo objetivo é
gerar uma atmosfera onde os instrumentos sob calibração são submetidos. Desta
forma, este equipamento é de extrema importância para o laboratório.
Para o LAHIG, a avaliação da câmara climática é de extrema relevância,
especialmente quanto as diferenças de temperatura no seu interior, visto que estas
representam uma considerável fonte de incerteza na calibração de sensores de
umidade, não considerar tal efeito pode levar a erros tão grandes que a medição de
umidade torna-se sem sentido.
A tabela 2, a seguir, mostra o efeito da mudança de 1 ºC em vários níveis de
temperatura e umidade relativa.
Tabela 2 – Efeito da mudança de 1 ºC
Temperatura
Umidade
Relativa
10 ºC 20 ºC 30 ºC 50 ºC 70 ºC
10 %ur
± 0,7 %ur ± 0,6 %ur ± 0,6 %ur ± 0,5 %ur ± 0,5 %ur
50 %ur
± 3,5 %ur ± 3,2 %ur ± 3,0 %ur ± 2,6 %ur ± 2,3 %ur
90 %ur
± 6,3 %ur ± 5,7 %ur ± 5,4 %ur ± 4,6 %ur ± 4,1 %ur
Fonte: A guide to the measurement of humidity (IMC, 1996)
É de extrema importância que o usuário de uma câmara (térmica ou climática)
conheça o seu comportamento. A inobservância de um ou mais parâmetros, tais
como: diferenças de temperatura no espaço interno, flutuações de temperatura ao
81
longo do tempo, desvios em relação aos valores ajustados, tempos de estabilização
e outros, podem invalidar ou causar erros em determinados ensaios ou calibrações.
3.2 INSTRUMENTOS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS
3.2.1 Câmara climática
Foi utilizada uma câmara climática (figura 29, a seguir) com dimensões
internas de 680 mm de altura x 540 mm de largura x 820 mm de profundidade, faixa
de operação de umidade relativa de 10 %ur a 98 %ur na faixa de temperatura de
10 ºC a 95 ºC, faixa de operação de temperatura de ponto de orvalho de –3 ºC a
94 ºC e faixa de operação de temperatura de –75 ºC a +180 ºC. A porta da câmara é
composta por cinco camadas de vidro afastadas 30 mm uma da outra.
O controle da temperatura e da umidade relativa do ar no interior da câmara é
feito através de dois termômetros de resistência de platina de 100
Ω
. Um termômetro
mede a temperatura de bulbo seco e o outro mede a temperatura de bulbo úmido. O
termômetro que mede a temperatura de bulbo úmido é revestido por uma mecha
(tecido de algodão) que é mantida úmida por meio de um reservatório de água
destilada.
A operação da câmara pode ser feita por um painel localizado na sua lateral
ou por um
software
desenvolvido pelo fabricante. Instruções de uso e manutenção
da câmara estão descritas no procedimento NIT-LAHIG-005 (INMETRO, 2003).
Figura 29 – Câmara climática
Fonte: Elaboração própria
82
3.2.2 Higrômetro
Para a medição da temperatura de ponto de orvalho no interior da câmara,
um higrômetro de ponto de orvalho do tipo espelho resfriado foi utilizado, conforme
mostra, a seguir, a figura 30.
O instrumento, referência do país em umidade, opera na faixa de –40 ºC a
+80 ºC de temperatura de ponto de orvalho, possui resolução de 0,01 ºC e é
rastreado ao gerador padrão de umidade do laboratório de higrometria do
Centre
Technique des Industries Aerauliques et Thermiques
(CETIAT), laboratório de
referência na França. O higrômetro possui o código de identificação PR 002. A
última calibração do instrumento foi realizada pelo CETIAT em novembro de 2004 e
os certificados de calibração H 01 1754 1B e H 01 1754 1C foram emitidos.
O princípio de operação deste tipo de instrumento foi explicado no capítulo 2.
Instruções de uso e manuseio do higrômetro estão descritas no procedimento NIT-
LAHIG-0004 (INMETRO, 2003).
Figura 30 – Higrômetro de ponto de orvalho
Fonte: Elaboração própria
3.2.3 Termômetros
Para medição da temperatura no interior da câmara, foram utilizados nove
sensores de resistência de platina de 100
Ω
conectados a quatro fios a um indicador
digital de dezesseis canais com resolução de 0,0001 ºC.
O indicador digital de temperatura possui o código de identificação PR 003 e
os sensores possuem os seguintes códigos de identificação: PR 004, PR 005, PR
006, PR 007, PR 008, PR 009, PR 012, PR 016 e PR 018. Os sensores foram
calibrados juntamente com o indicador digital no LATER. A última calibração dos
83
instrumentos foi realizada em janeiro de 2004, na faixa –10 ºC a 80 ºC, e os
seguintes certificados de calibração foram emitidos: DIMCI 0048/2004, DIMCI
0049/2004, DIMCI 0050/2004, DIMCI 0053/2004, DIMCI 0054/2004, DIMCI
0055/2004, DIMCI 0056/2004, DIMCI 0057/2004 e DIMCI 0058/2004.
O princípio de operação deste tipo de sensor foi explicado no capítulo 2.
Instruções de uso e manuseio dos sensores e do indicador digital estão descritas no
procedimento NIT-LAHIG-0004 (INMETRO, 2003). As figuras 31 e 32, a seguir,
mostram, respectivamente, dois sensores de resistência de platina e o indicador
digital de temperatura.
Figura 31 – Sensores de resistência de platina
Fonte: Elaboração própria
Figura 32 – Indicador digital de temperatura
Fonte: Elaboração própria
3.2.4 Multímetro
Para fazer a aquisição das leituras de temperatura e umidade relativa da
câmara e da temperatura de ponto de orvalho do higrômetro, um multímetro digital
de 6 ½ dígitos foi utilizado, conforme mostra, a seguir, a figura 33.
O instrumento, código de identificação LATER PR 051, é equipado com uma
placa que possibilita a leitura de diversos instrumentos simultaneamente. O
instrumento foi calibrado pela Divisão de Metrologia Elétrica do INMETRO (DIELE)
no ano de 2004 e os seguintes certificados de calibração foram emitidos: DIMCI
2047/2004 e DIMCI 2140/2004.
84
Figura 33 – Multímetro digital
Fonte: Elaboração própria
3.3 VERIFICAÇÕES DOS INSTRUMENTOS
A norma NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2005) estabelece que verificações
necessárias à manutenção da confiança no
status
da calibração dos padrões de
referência, primário, de transferência e de trabalho devem ser realizadas de acordo
com procedimentos e cronogramas definidos.
Desta forma, a verificação periódica do higrômetro e dos termômetros do
laboratório se fez necessária para evidenciar a manutenção da confiança no
status
de suas calibrações, garantindo assim os resultados das medições realizadas e o
atendimento de um requisito do sistema de gestão do laboratório.
3.3.1 Higrômetro
No caso do higrômetro, a verificação foi realizada através da comparação de
suas leituras com outro higrômetro padrão na faixa de sobreposição, ou seja, –40 ºC
a 20 ºC de temperatura de ponto de orvalho, conforme procedimento NIT-LAHIG-009
(INMETRO, 2003).
O higrômetro de referência PR 002 foi então comparado com o higrômetro de
referência PR 001 nas seguintes temperaturas de ponto de orvalho: –40 ºC, –30 ºC,
–20 ºC, –10 ºC, 0 ºC, 10 ºC e 20 ºC (BRIONIZIO et al., 2005).
O higrômetro PR 001, que opera na faixa de –75 ºC a 20 ºC de temperatura
de ponto de orvalho, possui resolução de 0,01 ºC e é rastreado ao gerador padrão
de umidade do laboratório de higrometria do
National Physical Laboratory
(NPL),
85
laboratório de referência no Reino Unido. A última calibração do instrumento foi
realizada pelo NPL em dezembro de 2002 e o certificado de calibração
MH0101/EN02/140 foi emitido.
3.3.1.1 Sistemas de amostragem
As amostras de ar utilizadas na comparação dos instrumentos foram geradas
pela câmara climática, identificada no item 3.2.1, ou pelo gerador de ponto de
orvalho. O gerador, do tipo fluxo misturado, opera na faixa de –75 ºC a +20 ºC de
temperatura de ponto de orvalho e possui ajuste manual do ponto de orvalho, por
meio de válvulas reguladoras, ou ajuste automático. Antes de chegar ao gerador, o
ar é comprimido por um compressor e enviado ao secador de ar onde é
desumidificado. No gerador, o ar desumidificado é dividido em dois fluxos, onde um
permanece seco e o outro é enviado ao saturador onde é umedecido. A temperatura
de ponto de orvalho é então produzida através da mistura do fluxo de gás seco com
o fluxo de gás úmido.
Quando da utilização da câmara climática, a amostra de ar foi conduzida ao
higrômetro padrão PR 001 através de uma bomba de sucção instalada na saída do
instrumento, com o ajuste da vazão feito por meio de uma válvula reguladora, e ao
higrômetro padrão PR 002 através de seu sistema de aspiração próprio.
Quando da utilização do gerador, não foi necessário utilizar dispositivos de
aspiração para os higrômetros, pois as amostras de ar geradas foram insufladas
pelo próprio gerador. Neste caso, válvulas para controle da vazão foram utilizadas.
Todas as conexões entre os sistemas de geração da amostra de ar (câmara e
gerador) e os higrômetros foram feitas com tubos de aço inoxidável e/ou mangueiras
de teflon.
3.3.1.2 Execução das medições
Tanto o gerador quanto a câmara climática levaram cerca de uma hora para
estabilizar a amostra de ar gerada. Após a estabilização, foram feitas dez leituras,
em intervalos de um minuto, das temperaturas de ponto de orvalho indicadas pelos
higrômetros. Cada temperatura de ponto de orvalho média foi obtida através da
média aritmética das dez leituras.
86
Em todos os pontos realizados abaixo de 0 ºC, a condensação formada na
superfície de cada espelho ocorreu na forma de gelo (
frost point
). Tal fato pôde ser
evidenciado através do microscópio do higrômetro PR 001.
Nos pontos –40 ºC, –30 ºC e –20 ºC de temperatura de ponto de orvalho, os
sensores dos higrômetros foram resfriados. No caso do higrômetro PR 001, o sensor
do instrumento foi resfriado entre –15 ºC e –5 ºC através da sua unidade de
refrigeração direta. Já no caso do higrômetro PR 002, o sensor foi resfriado com
água a 5 ºC através de uma unidade externa de refrigeração.
Todas as medições de temperatura de ponto de orvalho das amostras de ar
geradas, tanto pela câmara quanto pelo gerador, foram realizadas pelos higrômetros
em uma vazão aproximada de 500 cm
3
/min.
3.3.1.3 Resultados
Os valores médios das temperaturas de ponto de orvalho dos higrômetros
foram corrigidos através das curvas de correção dos instrumentos, ajustadas por
intermédio dos valores declarados nos certificados de calibração.
Baseado no Guia para a Expressão da Incerteza de Medição (ABNT &
INMETRO, 2003), a incerteza expandida foi determinada para cada higrômetro em
todos os pontos de medição. As seguintes fontes de incerteza foram utilizadas para
o cálculo da incerteza combinada (u): incerteza expandida do higrômetro (U
h
),
incerteza do ajuste da curva de correção do higrômetro (
δ
ajuste
), o desvio padrão
experimental da temperatura de ponto de orvalho média (
δ
tpo
) e a resolução do
higrômetro (
δ
rh
), baseada numa distribuição de probabilidade retangular. As duas
últimas calibrações dos higrômetros não fornecem subsídios para determinar a
deriva dos instrumentos, sendo assim este componente de incerteza não foi
considerado. A incerteza expandida (U) foi obtida multiplicando-se a incerteza
combinada pelo fator de abrangência k=2, fornecendo um nível de confiança de
aproximadamente 95%.
(
)
2
rh
2
tpo
2
ajuste
2
h
12
)
(
k
U
u
+
+
+
=
(42)
k
uU
×
=
(43)
87
Para o julgamento da qualidade dos resultados de medição, foi utilizado o
cálculo do erro normalizado (E
n
) em relação a incerteza. Valores de E
n
menores do
que a unidade indicam que as medições são aceitáveis, ou seja, os higrômetros
concordam dentro das suas incertezas expandidas.
2
PR002
2
PR001
PR002
PR001
n
)
U
)
U
T
-
T
E
(
(
+
=
(44)
Onde,
T
PR001
– Temperatura média do higrômetro PR 001
T
PR002
– Temperatura média do higrômetro PR 002
U
PR001
– Incerteza expandida do higrômetro PR 001
U
PR002
– Incerteza expandida do higrômetro PR 002
As incertezas expandidas determinadas para os higrômetros foram
combinadas para compor a incerteza expandida da comparação (U
C
).
(
)
(
)
2
PR002
2
PR001
C
U
U
U
+
=
(45)
A tabela 3, a seguir, apresenta, para cada ponto, os valores médios de
temperatura de ponto de orvalho dos higrômetros, as diferenças entre estes valores
(
∆
TPO), as incertezas expandidas dos higrômetros, as incertezas da comparação e
os erros normalizados.
Tabela 3 – Resultados da comparação dos higrômetros de referência
T
PR001
T
PR002
∆∆TPO
U
PR001
U
PR002
U
C
E
n
-40 ºC -38,37 -38,44 0,07 0,07 0,22 0,23 0,3
-30 ºC -28,11 -28,07 0,04 0,07 0,22 0,23 0,2
-20 ºC -20,40 -20,42 0,02 0,07 0,22 0,23 0,1
-10 ºC -9,97 -9,95 0,02 0,15 0,15 0,21 0,1
0 ºC -1,00 -1,00 0,00 0,10 0,13 0,17 0,0
10 ºC 10,11 10,13 0,02 0,25 0,24 0,35 0,0
20 ºC 18,75 18,74 0,01 0,14 0,14 0,20 0,0
Fonte: Elaboração própria
88
Todos os valores de E
n
foram menores do que 1, o que significa que as
medições são aceitáveis, ou seja, os higrômetros concordam dentro das suas
incertezas expandidas. A comparação evidencia então a manutenção da confiança
no
status
das calibrações dos padrões de referência em umidade.
3.3.2 Termômetros
No caso dos termômetros, padrões de referência em temperatura, a
verificação foi realizada através da medição do valor da resistência do sensor a 0 ºC
(R
0
) no ponto do gelo.
3.3.2.1 Execução das medições
Os sensores de resistência de platina, cada um conectado a um canal do
indicador digital, foram inseridos em um banho de gelo fundente, produzido a partir
de água destilada, acondicionado em vaso
dewar
. Após a estabilização, dez leituras
de temperatura, em intervalos de trinta segundos, foram efetuadas para cada sensor
e um valor médio de temperatura foi determinado.
A etapa seguinte consistiu em medir os valores de resistência dos sensores
inseridos no banho de gelo. Através do indicador digital, ajustado no modo
resistência, foram executadas vinte leituras para cada sensor, em intervalos de trinta
segundos, e um valor médio de resistência no ponto do gelo foi determinado.
Todavia, é o valor da resistência no ponto triplo da água (0,01 ºC) que deve
ser configurado no canal de cada sensor e não o valor da resistência no ponto do
gelo. Sendo assim, a equação de Callendar descrita, a seguir, para a faixa de 0 ºC a
650 ºC, foi utilizada para calcular, para cada sensor, o valor de resistência no ponto
triplo da água (R
0,01
).
[
]
2
0
0,01
t
B
t
A
1
R
R
×
+
×
+
×
=
(46)
Onde,
R
0,01
– Resistência no ponto triplo da água
R
0
– Resistência no ponto do gelo
t – Temperatura sobre a Escala de Internacional de Temperatura de 1990
89
A = 3,9083 x 10
-3
ºC
-1
B = -5,775 x 10
-7
ºC
-1
Os valores de resistência no ponto triplo da água que estavam configurados
nos canais dos sensores foram então substituídos pelos valores de resistência no
ponto triplo da água calculados conforme a equação 46 descrita anteriormente.
Com os sensores inseridos em um banho de gelo fundente, sessenta leituras
de temperatura, em intervalos de trinta segundos, foram efetuadas para cada
sensor, através do indicador digital, e um novo valor médio de temperatura foi obtido.
É importante destacar que todos os sensores de temperatura foram inseridos
por inteiro no banho de gelo e que, antes da inserção, os mesmos foram limpos com
toalhas de papel umedecidas com álcool para remoção de gordura e impurezas, de
modo a evitar a contaminação do gelo moído do banho.
3.3.2.2 Resultados
Os sensores de resistência de platina foram verificados quanto ao R
0
duas
vezes durante a elaboração deste trabalho. A primeira verificação foi realizada
alguns dias antes da execução das medições de temperatura na câmara climática. A
tabela 4 e a figura 34, a seguir, apresentam as temperaturas médias dos sensores
com os valores de R
0,01
que estavam ajustados no indicador digital (T
1
) e as
temperaturas médias dos sensores com os valores de R
0,01
determinados quando da
realização do ponto do gelo (T
2
).
Tabela 4 – Temperaturas médias antes (T
1
) e após (T
2
) os novos valores
de R
0,01
(1
a
verificação)
Canal do Indicador
Nº de Série do Sensor T
1
(ºC) T
2
(ºC)
3 1567/97 -0,0116 -0,0013
4 1570/97 0,0021 -0,0015
5 1569/97 0,0047 -0,0017
11 2426/97 0,0009 -0,0083
12 3014/97 0,0024 -0,0018
13 0173/97 0,0005 0,0097
14 0174/97 -0,0262 0,0015
15 0175/97 -0,0068 0,0008
16 0176/97 -0,0083 0,0000
Fonte: Elaboração própria
90
-0,0300
-0,0250
-0,0200
-0,0150
-0,0100
-0,0050
0,0000
0,0050
0,0100
0,0150
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Canais do Indicador Digital
Temp. Média (ºC)
Figura 34 – Temperaturas médias antes ( ) e após ( ) os novos valores de R
0,01
(1
a
verificação)
Fonte: Elaboração própria
Com exceção dos sensores de temperatura 2426/97 e 0173/97, os demais
apresentaram temperaturas mais próximas à temperatura do ponto do gelo (0 ºC)
com os valores de R
0,01
que foram determinados quando da realização do ponto do
gelo do que com os valores de R
0,01
que estavam anteriormente ajustados no
indicador digital. Sendo assim, os valores de R
0,01
que foram determinados quando
da realização do ponto do gelo foram mantidos no menu de configuração dos canais
destes sensores. No caso dos sensores 2426/97 e 0173/97, os valores de R
0,01
que
estavam inicialmente ajustados no indicador digital retornaram ao menu de
configuração dos canais dos sensores.
Para cada sensor, foi calculada a incerteza propagada devido à variação da
calibração (u
vc
) através da raiz quadrada do produto da soma quadrática das
contribuições pela razão de resistência [W(t)]. As contribuições utilizadas foram as
seguintes: incerteza de 0,002 ºC na realização do ponto do gelo (
δ
pg
), equivalente a
meia largura de uma distribuição de probabilidade retangular (SANTOS &
PETKOVIC, 2003); resolução do indicador digital (
δ
rt
), baseada numa distribuição de
probabilidade retangular; desvio padrão experimental da temperatura média (
δ
t
); e
estabilidade do sensor (
δ
est
), equivalente a meia largura de uma distribuição de
probabilidade retangular. A estabilidade de cada sensor foi obtida através da
diferença entre as temperaturas médias medidas com o R
0,01
que estava inicialmente
91
ajustado no indicador e com o R
0,01
que foi obtido quando da realização do ponto do
gelo. A razão de resistência [W(t)], que eqüivale a razão entre a resistência numa
temperatura (R
t
) pela resistência no ponto triplo da água (R
0,01
), foi calculada através
da equação de Callendar (equação 46) para a temperatura mais alta medida neste
trabalho (70 ºC).
(
)
(
)
t
W
3
12
3
u
2
est
2
t
2
rt
2
pg
vc
×
δ
+
δ
+
δ
+
δ
=
(47)
A tabela 5, a seguir, apresenta, para cada sensor, a incerteza na realização
do ponto do gelo (
δ
pg
), a resolução do indicador (
δ
rt
), o desvio padrão experimental
da temperatura média (
δ
t
), a estabilidade do sensor (
δ
est
), a razão de resistência
calculada [W(t)] e a incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor
de temperatura (u
vc
).
Tabela 5 – Incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor (ºC) (1
a
verificação)
Nº de Série
do Sensor
δδ
pg
δδ
rt
δδ
t
δδ
est
W(t) u
vc
1567/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0103 1,271 0,0068
1570/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0036 1,271 0,0027
1569/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0064 1,271 0,0044
2426/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0092 1,271 0,0061
3014/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0042 1,271 0,0030
0173/97 0,002 0,0001 0,0003 0,0092 1,271 0,0061
0174/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0277 1,271 0,0181
0175/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0076 1,271 0,0051
0176/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0083 1,271 0,0056
Fonte: Elaboração própria
A segunda verificação foi realizada alguns dias antes da execução das
medições de temperatura e umidade na câmara climática. A tabela 6 e a figura 35, a
seguir, apresentam as temperaturas médias dos sensores com os valores de R
0,01
que estavam ajustados no indicador digital (T
1
) e as temperaturas médias dos
sensores com os valores de R
0,01
determinados quando da realização do ponto do
gelo (T
2
).
92
Tabela 6 – Temperaturas médias antes (T
1
) e após (T
2
) os novos valores
de R
0,01
(2
a
verificação)
Canal do Indicador
Nº de Série do Sensor T
1
(ºC) T
2
(ºC)
3 1567/97 -0,0069 0,0004
4 1570/97 0,0025 -0,0018
5 1569/97 -0,0031 -0,0012
11 2426/97 0,0020 0,0000
12 3014/97 0,0047 0,0000
13 0173/97 -0,0029 0,0002
14 0174/97 0,0028 0,0000
15 0175/97 0,0002 0,0002
16 0176/97 0,0029 0,0002
Fonte: Elaboração própria
-0,0080
-0,0060
-0,0040
-0,0020
0,0000
0,0020
0,0040
0,0060
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Canais do Indicador Digital
Temp. Média (ºC)
Figura 35 – Temperaturas médias antes ( ) e após ( ) os novos valores de R
0,01
(2
a
verificação)
Fonte: Elaboração própria
Todos os sensores de resistência de platina apresentaram temperaturas mais
próximas à temperatura do ponto do gelo (0 ºC) com os valores de R
0,01
que foram
determinados quando da realização do ponto do gelo do que com os valores de R
0,01
que estavam anteriormente ajustados no indicador digital. Desta forma, os valores
de R
0,01
que foram determinados quando da realização do ponto do gelo foram
mantidos no menu de configuração dos canais destes sensores.
A incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor de
temperatura (u
vc
) foi calculada para cada sensor através da equação 47. A tabela 7,
a seguir, apresenta, para cada sensor, a incerteza na realização do ponto do gelo
93
(
δ
pg
), a resolução do indicador (
δ
rt
), o desvio padrão experimental da temperatura
média (
δ
t
), a estabilidade do sensor (
δ
est
), a razão de resistência calculada [W(t)] e a
incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor de temperatura (u
vc
).
Tabela 7 – Incerteza propagada devido à variação da calibração do sensor (ºC) (2
a
verificação)
Nº de Série
do Sensor
δδ
pg
δδ
rt
δδ
t
δδ
est
W(t) u
vc
1567/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0073 1,271 0,0049
1570/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0043 1,271 0,0031
1569/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0019 1,271 0,0018
2426/97 0,002 0,0001 0,0000 0,0020 1,271 0,0018
3014/97 0,002 0,0001 0,0000 0,0047 1,271 0,0033
0173/97 0,002 0,0001 0,0000 0,0031 1,271 0,0024
0174/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0028 1,271 0,0022
0175/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0000 1,271 0,0013
0176/97 0,002 0,0001 0,0001 0,0027 1,271 0,0022
Fonte: Elaboração própria
3.4 SISTEMA DE MEDIÇÃO
3.4.1 Definição do espaço de trabalho
Para a montagem do sistema de medição no interior da câmara climática, foi
definida uma região, denominada espaço de trabalho, com volume de 0,116 m
3
. O
espaço de trabalho, que possui as seguintes dimensões 540 mm de altura x 430 mm
de largura x 500 mm de profundidade, representa 38,6% do volume interno total da
câmara (0,301 m
3
). As dimensões do espaço de trabalho foram definidas para
atender as necessidades do laboratório quando da utilização da câmara climática
para a realização dos serviços de calibração dos instrumentos de medição de
umidade e temperatura. Buscou-se definir um espaço de trabalho que não fosse tão
grande, para que este não apresentasse grandes diferenças de temperatura, fonte
de incerteza na calibração de instrumentos, e nem tão pequeno, para que este não
restringisse muito a quantidade de instrumentos que podem ser calibrados
simultaneamente.
94
3.4.2 Quantidade e posicionamento dos sensores
Para a execução das medições de temperatura, os nove sensores de
resistência de platina foram posicionados um em cada canto do espaço de trabalho
e um no centro.
Para a execução das medições de umidade, um higrômetro de ponto de
orvalho foi utilizado. O higrômetro foi posicionado do lado de fora da câmara e não
no seu interior. Sendo assim, um sistema de amostragem para condução do ar
gerado pela câmara até o instrumento se fez necessário. A extremidade deste
sistema foi posicionada no centro do espaço de trabalho.
O centro do espaço de trabalho foi posicionado no centro do espaço interno
da câmara climática. A figura 36, a seguir, mostra a representação do espaço de
trabalho no interior do câmara.
Figura 36 – Espaço de trabalho no interior da câmara
Fonte: Elaboração própria
A tabela 8, a seguir, apresenta a identificação e a localização dos sensores de
temperatura na composição do espaço de trabalho.
Tabela 8 – Identificação e localização dos termômetros
Localização
Nº
Canal do
Indicador Digital
Nº de Série
do Sensor
Plano Extremidade
01 Canal 3 1567/97 Frontal (PF) Superior Esquerdo (SE)
02 Canal 4 1570/97 Frontal (PF) Superior Direito (SD)
03 Canal 5 1569/97 Frontal (PF) Inferior Direito (ID)
04 Canal 11 2426/97 Frontal (PF) Inferior Esquerdo (IE)
95
Localização
Nº
Canal do
Indicador Digital
Nº de Série
do Sensor
Plano Extremidade
05 Canal 12 3014/97 Centro do Espaço de Trabalho (C)
06 Canal 13 0173/97 Traseiro (PT) Superior Esquerdo (SE)
07 Canal 14 0174/97 Traseiro (PT) Superior Direito (SD)
08 Canal 15 0175/97 Traseiro (PT) Inferior Direito (ID)
09 Canal 16 0176/97 Traseiro (PT) Inferior Esquerdo (IE)
Fonte: Elaboração própria
As distâncias dos planos frontal e posterior do espaço de trabalho para a
porta e para a parede traseira da câmara foram de 160 mm. Já as distâncias dos
planos superior e inferior do espaço de trabalho para as paredes da câmara foram
de 70 mm. As distâncias dos planos laterais do espaço de trabalho para as paredes
da câmara foram de 55 mm. A figura 37, a seguir, mostra as distâncias dos sensores
entre si e entre as paredes da câmara climática.
Figura 37 – Posicionamentos dos sensores no interior da câmara (dimensões em mm)
Fonte: Elaboração própria
A condução do ar gerado pela câmara climática para o higrômetro de ponto
de orvalho foi feita através de um sistema de amostragem composto pela bomba de
sucção do próprio instrumento, do tipo diafragma, e por tubulações. Foi utilizada a
tubulação fornecida com o higrômetro, até a entrada lateral da câmara, e tubo de
teflon no seu interior. A ligação da tubulação do instrumento com o tubo de teflon foi
feita com uma união de aço inoxidável.
Tubulações de plásticos macios, como borracha, devem ser evitadas, pois
estes materiais são altamente higroscópicos. Porém, tubulações de plásticos rígidos,
96
como nylon, teflon e polipropileno, podem ser utilizadas para muitas medições. Para
temperaturas de ponto de orvalho abaixo de –30 ºC, somente tubulações de aço
inoxidável devem ser utilizadas (WIEDERHOLD, 1997). Desta forma, os
componentes do sistema de amostragem são adequados para o uso pretendido.
Os sensores de temperatura e a extremidade do sistema de amostragem do
higrômetro foram posicionados na câmara por meio de garras ajustadas em hastes.
Após a fixação, todos os sensores de temperatura foram limpos com toalhas de
papel umedecidas com álcool para remoção de gordura e impurezas.
A passagem dos fios dos sensores de temperatura de dentro para fora da
câmara foi feita através da porta. Como os fios são bem finos e como a porta da
câmara é fechada com bastante pressão, devido suas borrachas de vedação, logo
não houve qualquer tipo de infiltração de ar do laboratório para o seu interior.
A quantidade, o posicionamento e as distâncias dos sensores para as paredes
internas da câmara climática atendem aos requisitos mínimos definidos nos
documentos: NF X15-140 (AFNOR, 2002), IEC 60068-3-5 (IEC, 2001), IEC 60068-3-
6 (IEC, 2001), DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of
the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003). As figuras 38 e 39, a
seguir, mostram a montagem do sistema de medição no interior da câmara.
Figura 38 – Sistema de medição no interior da câmara
Fonte: Elaboração própria
97
Figura 39 – Sistema de medição no interior da câmara
Fonte: Elaboração própria
3.5 EXECUÇÃO DAS MEDIÇÕES
3.5.1 Pontos selecionados
A avaliação da câmara climática foi realizada nos pontos de temperatura 0 ºC,
5 ºC, 10 ºC, 15 ºC, 20 ºC, 25 ºC, 30 ºC, 35 ºC, 40 ºC, 45 ºC, 50 ºC, 55 ºC, 60 ºC,
65 ºC e 70 ºC e nos pontos de umidade relativa 30 %ur, 45 %ur, 60 %ur, 75 %ur e
90 %ur. Todos os pontos de temperatura foram medidos na umidade relativa de
50 %ur, exceto os pontos 0 ºC e 5 ºC, pois a câmara climática não opera com
controle de umidade nestes pontos. Já os pontos de umidade relativa foram todos
medidos na temperatura de 20 ºC.
Os pontos selecionados, especialmente os de temperatura, representam a
faixa onde grande parte dos serviços de calibração prestados pelo laboratório são
executados.
3.5.2 Quantidade e intervalo entre medições
Em todos os pontos de medição, o tempo de estabilização da atmosfera foi de
aproximadamente uma hora. Após a estabilização, noventa medidas foram tomadas,
98
em intervalos de trinta segundos, dos instrumentos de referência (termômetros e
higrômetro) e das indicações da câmara climática (temperatura e umidade relativa).
Tanto o número de medidas quanto o intervalo entre estas atendem aos
requisitos definidos na norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) e nos guias DKD-R 5-7
(DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003).
As figuras 40, 41, 42 e 43, a seguir, mostram medições de temperatura e
umidade relativa no interior da câmara.
-0,25
-0,15
-0,05
0,05
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
12:31
12:46
13:00
13:14
13:29
Hora
Temperatura (ºC)
Nº 01
Nº 02
Nº 03
Nº 04
Nº 05
Nº 06
Nº 07
Nº 08
Nº 09
Figura 40 – Medições de temperatura no interior da câmara (0 ºC)
Fonte: Elaboração própria
70,10
70,30
70,50
70,70
70,90
71,10
71,30
0:07
0:21
0:36
0:50
1:04
Hora
Temperatura (ºC)
Nº 01
Nº 02
Nº 03
Nº 04
Nº 05
Nº 06
Nº 07
Nº 08
Nº 09
Figura 41 – Medições de temperatura no interior da câmara (70 ºC)
Fonte: Elaboração própria
99
26,60
27,00
27,40
27,80
28,20
28,60
17:51
17:58
18:05
18:12
18:20
18:27
18:34
18:41
18:48
Hora
Umidade Relativa
Nº 01
Nº 02
Nº 03
Nº 04
Nº 05
Nº 06
Nº 07
Nº 08
Nº 09
Figura 42 – Medições de umidade relativa no interior da câmara (30 %ur)
Fonte: Elaboração própria
57,60
58,00
58,40
58,80
59,20
59,60
60,00
22:12
22:19
22:26
22:33
22:40
22:48
22:55
23:02
23:09
23:16
Hora
Umidade Relativa
Nº 01
Nº 02
Nº 03
Nº 04
Nº 05
Nº 06
Nº 07
Nº 08
Nº 09
Figura 43 – Medições de umidade relativa no interior da câmara (60 %ur)
Fonte: Elaboração própria
3.5.3 Automação dos instrumentos
Todo o processo de medição foi feito por meio da aquisição automática dos
dados. No caso dos termômetros, o indicador digital de temperatura foi conectado a
um computador por meio de sua saída RS-232 e, através de um
software
desenvolvido na Divisão de Metrologia Térmica do INMETRO (DITER), as medições
de temperatura foram obtidas e armazenadas. Já a aquisição dos dados do
higrômetro e da câmara climática foi feita pelo multímetro que foi conectado a um
computador por meio de sua saída RS-232 e, através de um
software
desenvolvido
e disponibilizado pelo fabricante, as medições foram obtidas e armazenadas.
100
Todo o processo de ajuste da câmara climática foi feito automaticamente. A
câmara foi conectada a um computador, por meio de sua saída RS-232 e, através de
um
software
desenvolvido e disponibilizado pelo fabricante, foi elaborada uma
programação definindo a seqüência dos pontos na ordem crescente e o tempo de
duas horas e meia de duração para cada um.
Os dois computadores utilizados, um para o indicador digital de temperatura e
ou outro para o multímetro, tiveram seus relógios sincronizados antes do início das
medições para garantir o sincronismo de todas as leituras.
A automação do processo de medição e de controle da câmara climática
proporciona diversas vantagens, tais como: redução do trabalho humano; otimização
do tempo de medição, visto que todo o aparato pode permanecer em operação
durante vinte e quatro horas durante vários dias; confiabilidade das medições, pois
elimina a possibilidade de registros incorretos e a garantia do sincronismo das
medições.
3.5.4 Preparação do higrômetro
As amostras de ar geradas pela câmara foram conduzidas por sucção ao
higrômetro com uma vazão de 700 cm
3
/min. O ajuste da vazão foi feito através da
regulagem da freqüência e do ciclo de trabalho do dispositivo.
Antes do início das medições de temperatura de ponto de orvalho, uma
verificação no espelho do higrômetro foi realizada. Ao acionar a função de
verificação do espelho (
Mirror Check Control
), o higrômetro aquece o espelho para
evaporação do condensado, busca por contaminação e a compensa, se necessário.
A verificação do espelho tem por objetivo compensar o efeito da contaminação que
ocorre progressivamente nos componentes ópticos do sensor para evitar perda de
sensibilidade.
3.6 RESULTADOS EXPERIMENTAIS
3.6.1 Valores médios de temperatura
A temperatura média de referência de cada local de medição (T
l
) foi obtida
calculando-se a média das noventa medidas. Já a temperatura média de referência
101
do espaço de trabalho (T) foi determinada calculando-se a média das temperaturas
médias de referência dos locais de medição. A temperatura média da câmara (T
C
) foi
determinada calculando-se a média de suas noventa medições de temperatura.
As tabelas 9 e 10, a seguir, mostram as temperaturas médias de referência dos
locais de medição, as temperaturas médias de referência do espaço de trabalho e as
temperaturas médias da câmara. As temperaturas médias máximas e mínimas dos
locais de medição estão em negrito.
Tabela 9 – Valores médios de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
Nº
Local 0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
01
PF – SE
0,095 5,446
10,441
15,474
20,486
25,513
30,578
02
PF – SD
0,496 5,622
10,604
15,630
20,620
25,614
30,655
03
PF – ID
0,346 5,445
10,459
15,515
20,535
25,549
30,626
04
PF – IE 0,346 5,589
10,550
15,553
20,537
25,536
30,583
05
C 0,247 5,472
10,468
15,502
20,510
25,525
30,599
06
PT – SE
-0,004
5,405
10,395
15,418
20,429
25,460
30,558
07
PT – SD
0,326 5,423
10,433
15,485
20,499
25,513
30,588
08
PT – ID
0,305
5,343
10,366
15,435
20,469
25,489
30,568
09
PT – IE 0,192 5,419
10,424
15,462
20,475
25,496
30,583
T 0,261 5,463
10,460
15,497
20,507
25,522
30,593
T
C
0,24 5,13 10,07 15,14 20,08 25,08 30,04
Fonte: Elaboração própria
Tabela 10 – Valores médios de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
Nº
Local 35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
01
PF – SE
35,602
40,655
45,652
50,634
55,582
60,525
65,472
70,441
02
PF – SD
35,652
40,666
45,660
50,672
55,650
60,621
65,602
70,604
03
PF – ID
35,642
40,679
45,706
50,760
55,784
60,800
65,829
70,878
04
PF – IE
35,589
40,617
45,597
50,570
55,509
60,448
65,395
70,362
05
C
35,616
40,660
45,669
50,683
55,664
60,640
65,625
70,634
06
PT – SE
35,593
40,660
45,653
50,613
55,539
60,460
65,384
70,334
07
PT – SD
35,603
40,642
45,674
50,739
55,772
60,800
65,840
70,900
08
PT – ID
35,586
40,631
45,685
50,792
55,864
60,931
66,014
71,117
09
PT – IE
35,608
40,662
45,691
50,735
55,750
60,762
65,788
70,837
T
35,610
40,652
45,665
50,689
55,680
60,665
65,661
70,678
T
C
35,04 39,98 45,03 49,97 54,91 59,92 64,87 69,91
Fonte: Elaboração própria
102
3.6.2 Valores médios de umidade relativa
A umidade relativa de referência em cada local de medição do espaço de
trabalho foi determinada em cada instante por meio da temperatura medida no
respectivo local e da temperatura de ponto de orvalho medida no centro do espaço
do trabalho. Foram utilizadas as equações 29 e 35 para os cálculos dos valores de
pressão do vapor d’água e dos valores de umidade relativa, respectivamente.
A umidade relativa média de referência de cada local de medição (UR
l
) foi
determinada calculando-se a média das noventa medidas. Já a umidade relativa
média de referência do espaço de trabalho (UR) foi determinada calculando-se a
média dos valores médios de umidade relativa de referência dos locais de medição.
A umidade relativa média da câmara (UR
C
) foi determinada calculando-se a média
de suas noventa medições de umidade relativa.
A tabela 11, a seguir, mostra os valores médios de umidade relativa de
referência dos locais de medição, os valores médios de umidade relativa de
referência do espaço de trabalho e os valores médios de umidade relativa da câmara
climática. Os valores médios máximos e mínimos de umidade relativa dos locais de
medição estão em negrito.
Tabela 11 – Valores médios de umidade relativa (%ur)
Nº Local 30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
01
PF – SE
27,45 43,32 58,99 74,67 90,03
02
PF – SD
27,48
43,06 58,44 73,87 88,98
03 PF – ID 27,78 43,40 58,85 74,36 89,55
04 PF – IE
27,32
43,12 58,74 74,37 89,68
05 C 27,53 43,31 58,92 74,55 89,87
06
PT – SE
27,37 43,38
59,20 75,00 90,50
07
PT – SD
27,79 43,48 58,95 74,48 89,67
08 PT – ID
27,95 43,61
59,06 74,59 89,77
09 PT – IE 27,54 43,36 59,05 74,75 90,14
UR 27,58 43,34 58,91 74,52 89,80
UR
C
30,05 44,99 59,95 74,96 89,89
Fonte: Elaboração própria
103
3.6.3 Variações de temperatura no espaço
3.6.3.1 Conforme a norma da AFNOR
As variações de temperatura no espaço, conforme a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002), foram obtidas através dos cálculos dos gradientes de temperatura e
dos gradientes máximos de temperatura por intermédio das equações 1 e 2,
respectivamente.
O sistema de medição de temperatura de cada local de medição do espaço
de trabalho é composto pelo sensor e pelo indicador. A incerteza combinada do
sistema de medição de temperatura (u
st
) foi então calculada levando-se em
consideração a incerteza combinada do termômetro (u
t
), a incerteza propagada
devido à variação da calibração do sensor de temperatura (u
vc
) e a resolução do
indicador digital (
δ
rt
), baseada numa distribuição de probabilidade retangular. Já a
incerteza expandida do sistema de medição de temperatura (U
st
) foi calculada
multiplicando-se a incerteza combinada pelo fator de abrangência k=2, o que fornece
uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.
(
)
(
)
2
rt
2
vc
2
t
st
12
u
u
u
δ
+
+
=
(48)
st
st
u
kU
×
=
(49)
A incerteza combinada (u
t
) de cada termômetro foi obtida dividindo-se a
incerteza expandida (U
t
) pelo fator de abrangência (k) declarado no certificado de
calibração. A tabela 12, a seguir, apresenta as incertezas expandidas dos
termômetros, os fatores de abrangência e as incertezas combinadas calculadas.
Tabela 12 – Incertezas dos termômetros
Nº de Série U
t
(ºC) K u
t
(ºC)
1567/97 0,053 2,0 0,0265
1570/97 0,030 2,0 0,0150
1569/97 0,038 2,0 0,0190
2426/97 0,043 2,0 0,0215
3014/97 0,037 2,0 0,0185
104
Nº de Série U
t
(ºC) K u
t
(ºC)
0173/97 0,050 2,0 0,0250
0174/97 0,047 2,0 0,0235
0175/97 0,049 2,0 0,0245
0176/97 0,039 2,0 0,0195
Fonte: Elaboração própria
A tabela 13, a seguir, apresenta, para cada local de medição, a incerteza
combinada do termômetro (u
t
); a incerteza propagada devido à variação da
calibração do sensor de temperatura (u
vc
), quando da primeira verificação do sensor;
a resolução do indicador digital (
δ
rt
) e as incertezas combinada (u
st
) e expandida (U
st
)
do sistema de medição de temperatura.
Tabela 13 – Incertezas dos sistemas de medição de temperatura (ºC)
Local de
Medição
Nº de Série
do Sensor
u
t
u
vc
δδ
rt
u
st
U
st
01
1567/97 0,0265 0,0068 0,0001 0,027 0,055
02
1570/97 0,0150 0,0027 0,0001 0,015 0,030
03
1569/97 0,0190 0,0044 0,0001 0,019 0,039
04
2426/97 0,0215 0,0061 0,0001 0,022 0,045
05
3014/97 0,0185 0,0030 0,0001 0,019 0,037
06
0173/97 0,0250 0,0061 0,0001 0,026 0,051
07
0174/97 0,0235 0,0181 0,0001 0,030 0,059
08
0175/97 0,0245 0,0051 0,0001 0,025 0,050
09
0176/97 0,0195 0,0056 0,0001 0,020 0,041
Fonte: Elaboração própria
Os desvios padrões experimentais de temperatura (s
t
) foram determinados,
através da equação 10, e os resultados estão apresentados nas tabelas 14 e 15, a
seguir.
Tabela 14 – Desvios padrões de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
Nº 0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
01
0,0714
0,0278
0,0219
0,0464
0,0237
0,0221
0,0282
02
0,0387
0,0189
0,0170
0,0425
0,0220
0,0177
0,0266
03
0,0467
0,0252
0,0223
0,0438
0,0228
0,0221
0,0260
04
0,0406
0,0202
0,0138
0,0446
0,0224
0,0164
0,0251
05
0,0469
0,0230
0,0177
0,0442
0,0222
0,0193
0,0271
06
0,0850
0,0323
0,0240
0,0489
0,0261
0,0255
0,0304
105
Nº 0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
07
0,0411
0,0219
0,0191
0,0435
0,0222
0,0205
0,0270
08
0,0526
0,0294
0,0273
0,0446
0,0241
0,0268
0,0283
09
0,0509
0,0242
0,0183
0,0456
0,0227
0,0199
0,0271
Fonte: Elaboração própria
Tabela 15 – Desvios padrões de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
Nº 35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
01
0,0253
0,0230
0,0167
0,0234
0,0544
0,0515
0,0373
0,0337
02
0,0218
0,0171
0,0139
0,0187
0,0469
0,0442
0,0318
0,0286
03
0,0249
0,0222
0,0193
0,0241
0,0525
0,0514
0,0375
0,0356
04
0,0204
0,0169
0,0124
0,0196
0,0498
0,0479
0,0316
0,0287
05
0,0225
0,0194
0,0160
0,0220
0,0526
0,0497
0,0357
0,0326
06
0,0289
0,0266
0,0184
0,0247
0,0573
0,0530
0,0382
0,0357
07
0,0239
0,0207
0,0181
0,0236
0,0528
0,0518
0,0381
0,0357
08
0,0281
0,0270
0,0258
0,0300
0,0578
0,0581
0,0433
0,0443
09
0,0237
0,0206
0,0188
0,0250
0,0550
0,0536
0,0382
0,0368
Fonte: Elaboração própria
As incertezas expandidas associadas às temperaturas médias de referência
dos locais de medição (U
Tl
) foram calculadas através da equação 12, utilizando-se
fator de abrangência k=2, o que fornece uma probabilidade de abrangência de
aproximadamente 95%. Os resultados estão apresentados nas tabelas 16 e 17, a
seguir.
Tabela 16 – Incertezas expandidas das temperaturas médias de referência dos
locais de medição (ºC): 0 ºC a 30 ºC
Nº 0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
01 0,153 0,078 0,070 0,108 0,072 0,070 0,079
02 0,083 0,048 0,046 0,090 0,054 0,047 0,061
03 0,101 0,064 0,059 0,096 0,060 0,059 0,065
04 0,093 0,060 0,053 0,100 0,063 0,056 0,067
05 0,101 0,059 0,052 0,096 0,058 0,054 0,066
06 0,178 0,083 0,070 0,110 0,073 0,072 0,080
07 0,101 0,074 0,071 0,105 0,074 0,072 0,080
08 0,117 0,077 0,074 0,102 0,069 0,073 0,076
09 0,110 0,063 0,055 0,100 0,061 0,057 0,068
Fonte: Elaboração própria
106
Tabela 17 – Incertezas expandidas das temperaturas médias de referência dos locais
de medição (ºC): 35 ºC a 70 ºC
Nº 35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
01 0,074 0,071 0,064 0,072 0,122 0,117 0,093 0,087
02 0,053 0,046 0,041 0,048 0,099 0,094 0,071 0,065
03 0,063 0,059 0,055 0,062 0,112 0,110 0,085 0,081
04 0,061 0,056 0,051 0,059 0,109 0,106 0,077 0,073
05 0,059 0,054 0,049 0,058 0,112 0,106 0,081 0,075
06 0,077 0,074 0,063 0,071 0,126 0,118 0,092 0,088
07 0,076 0,072 0,069 0,076 0,121 0,119 0,097 0,093
08 0,075 0,074 0,072 0,078 0,126 0,126 0,100 0,102
09 0,062 0,058 0,055 0,064 0,117 0,115 0,086 0,084
Fonte: Elaboração própria
As tabelas 18 e 19, a seguir, apresentam, para cada ponto, a temperatura
média de referência local máxima (T
l max
), a temperatura média de referência local
mínima (T
l min
), a incerteza expandida associada à temperatura média de referência
local máxima (U
Tl max
), a incerteza expandida associada à temperatura média de
referência local mínima (U
Tl min
) e o gradiente de temperatura (HT).
Tabela 18 – Gradientes de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
T
l max
0,496 5,622
10,604
15,630
20,620
25,614
30,655
T
l min
-0,004
5,343
10,366
15,418
20,429
25,460
30,558
U
Tl max
0,083 0,048 0,046 0,090 0,054 0,047 0,061
U
Tl min
0,178 0,077 0,074 0,110 0,073 0,072 0,080
HT (ºC) 0,761 0,404 0,358 0,412 0,318 0,273 0,238
Fonte: Elaboração própria
Tabela 19 – Gradientes de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
T
l max
35,652
40,679
45,706
50,792
55,864
60,931
66,014
71,117
T
l min
35,586
40,617
45,597
50,570
55,509
60,448
65,384
70,334
U
Tl max
0,053 0,059 0,055 0,078 0,126 0,126 0,100 0,102
U
Tl min
0,075 0,056 0,051 0,059 0,109 0,106 0,092 0,088
HT (ºC) 0,194 0,177 0,215 0,359 0,590 0,715 0,822 0,973
Fonte: Elaboração própria
Os gradientes máximos de temperatura foram então calculados utilizando-se
a equação 2. As tabelas 20 e 21, a seguir, apresentam, para cada ponto, a
107
temperatura máxima (t
max
), a temperatura mínima (t
min
), a incerteza expandida do
sistema de medição de temperatura que indicou a temperatura máxima (U
st max
), a
incerteza expandida do sistema de medição de temperatura que indicou a
temperatura mínima (U
st min
) e o gradiente máximo de temperatura (HT
M
).
Tabela 20 – Gradientes máximos de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
t
max
0,612 5,666
10,639
15,715
20,673
25,650
30,730
t
min
-0,176
5,273
10,314
15,329
20,384
25,415
30,493
U
st max
0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030
U
st min
0,051 0,050 0,050 0,051 0,051 0,051 0,051
HT
M
(ºC)
0,869 0,473 0,405 0,467 0,370 0,316 0,318
Fonte: Elaboração própria
Tabela 21 – Gradientes máximos de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
t
max
35,688
40,724
45,752
50,850
55,962
61,049
66,105
71,217
t
min
35,517
40,566
45,571
50,520
55,397
60,357
65,310
70,256
U
st max
0,030 0,039 0,039 0,050 0,050 0,050 0,050 0,050
U
st min
0,050 0,050 0,045 0,045 0,045 0,051 0,051 0,051
HT
M
(ºC)
0,251 0,247 0,265 0,425 0,660 0,793 0,896 1,062
Fonte: Elaboração própria
3.6.3.2 Conforme o guia do DKD
As variações de temperatura no espaço, conforme o guia DKD-R 5-7 (DKD,
2004), foram obtidas através da determinação dos valores de não homogeneidade
espacial, que consiste na maior diferença de temperatura entre um local de medição
e o local de referência, que neste caso é o centro do espaço de trabalho. As tabelas
22 e 23, a seguir, mostram os valores de não homogeneidade espacial de
temperatura (
δ
T
inhom
).
Tabela 22 – Não homogeneidade espacial de temperatura: 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
δ
T
inhom
(ºC)
0,343 0,172 0,151 0,144 0,121 0,099 0,074
Fonte: Elaboração própria
108
Tabela 23 – Não homogeneidade espacial de temperatura: 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
δ
T
inhom
(ºC)
0,050 0,056 0,083 0,141 0,242 0,325 0,409 0,524
Fonte: Elaboração própria
3.6.3.3 Conforme o guia do SEE
As variações de temperatura no espaço, conforme o guia
A Guide to
Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE,
2003), foram obtidas através da determinação dos gradientes. Foi calculado para
cada instante do período de medição o desvio padrão experimental das leituras e o
maior valor encontrado foi assumido como o gradiente daquele ponto. As tabelas 24
e 25, a seguir, apresentam os valores dos gradientes.
Tabela 24 – Gradientes de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
0,189 0,100 0,084 0,077 0,064 0,052 0,040
Fonte: Elaboração própria
Tabela 25 – Gradientes de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
0,029 0,024 0,040 0,085 0,134 0,178 0,228 0,283
Fonte: Elaboração própria
3.6.4 Variações de umidade relativa no espaço
3.6.4.1 Conforme a norma da AFNOR
As variações de umidade relativa no espaço, conforme a norma NF X15-140
(AFNOR, 2002), foram obtidas através dos cálculos dos gradientes de umidade
relativa e dos gradientes máximos de umidade relativa por meio das equações 3 e 4,
respectivamente.
O sistema de medição de umidade relativa de cada local de medição do
espaço de trabalho é composto pelo sensor de temperatura e seu indicador e pelo
higrômetro de ponto de orvalho. A incerteza combinada do sistema de medição de
umidade relativa (u
sur
) foi então calculada levando-se em consideração a incerteza
109
combinada do termômetro (u
t
); a incerteza propagada devido à variação da
calibração do sensor de temperatura (u
vc
); a incerteza combinada do higrômetro (u
h
);
as resoluções do indicador digital de temperatura (
δ
rt
) e do higrômetro (
δ
rh
),
baseadas numa distribuição de probabilidade retangular, e a incerteza do ajuste da
curva de correção do higrômetro (
δ
ajuste
) eqüivalente a 0,021 ºC, valor previamente
calculado pelo LAHIG por meio de métodos estatísticos. As duas últimas calibrações
do higrômetro não fornecem subsídios para determinar a deriva do instrumento,
sendo assim este componente de incerteza não foi considerado.
A incerteza expandida do sistema de medição de umidade relativa (U
sur
) foi
calculada multiplicando-se a incerteza combinada pelo fator de abrangência k=2, o
que fornece uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%. Porém,
como as incertezas e as resoluções do termômetro e do higrômetro estão expressas
em grau Celsius e como as incertezas dos sistemas de medição de umidade relativa
devem ser expressas em percentual de umidade relativa (%ur), então tais valores
foram multiplicados por coeficientes de sensibilidade.
.....
/
/
/
/
/
/
/
/
+
+
×
δ
+
×
+
×
=
2
h
2
rt
2
vc
2
t
sur
TPO
UR
x
u
T
UR
12
T
UR
u
T
UR
u
u
2
ajuste
2
rh
TPO
UR
TPO
UR
12
....
×
δ
+
×
δ
+
/
/
/
/
(50)
sur
sur
u
k
U
×
=
(51)
Onde,
T
UR
δ
δ
– Coeficiente de sensibilidade da variação de umidade relativa em
função da temperatura
TPO
UR
δ
δ
– Coeficiente de sensibilidade da variação de umidade relativa em
função da temperatura de ponto de orvalho
Os coeficientes de sensibilidade descrevem como a estimativa de saída
y
varia com alterações nos valores das estimativas de entradas
x
1
,
x
2
, ...,
x
n
(ABNT &
INMETRO, 2003). Neste caso, os coeficientes de sensibilidade descrevem como a
110
umidade relativa varia com alterações nos valores de temperatura e de temperatura
de ponto de orvalho.
Os coeficientes de sensibilidade da variação de umidade relativa em função
da temperatura e da temperatura de ponto de orvalho foram determinados para cada
local de medição através da temperatura de ponto de orvalho média, medida no
centro do espaço de trabalho, e da temperatura média de referência do local de
medição. Os cálculos foram executados através de um
software
desenvolvido e
validado pelo LAHIG.
As tabelas 26 e 27, a seguir, apresentam os coeficientes de sensibilidade de
temperatura
δ
δ
T
UR
e de temperatura de ponto de orvalho
δ
δ
TPO
UR
para todos os
locais de medição do espaço de trabalho.
Tabela 26 – Coeficientes de sensibilidade de temperatura
Nº 30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
01 1,69 2,67 3,64 4,61 5,56
02 1,69 2,65 3,60 4,56 5,49
03 1,71 2,68 3,63 4,59 5,53
04 1,68 2,66 3,62 4,59 5,54
05 1,69 2,67 3,64 4,60 5,55
06 1,69 2,68 3,66 4,64 5,59
07 1,71 2,68 3,64 4,60 5,54
08 1,73 2,69 3,65 4,61 5,54
09 1,70 2,68 3,65 4,62 5,57
Fonte: Elaboração própria
Tabela 27 – Coeficientes de sensibilidade de temperatura de ponto de orvalho
Nº 30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
01 1,97 2,96 3,88 4,78 5,63
02 1,97 2,94 3,85 4,73 5,57
03 2,00 2,96 3,87 4,76 5,60
04 1,96 2,94 3,87 4,76 5,61
05 1,98 2,96 3,88 4,77 5,62
06 1,97 2,96 3,90 4,80 5,66
07 2,00 2,97 3,88 4,77 5,61
08 2,01 2,98 3,89 4,78 5,62
09 1,98 2,96 3,89 4,79 5,64
Fonte: Elaboração própria
111
As incertezas expandidas e combinadas dos termômetros foram mostradas
na tabela 12. No caso do higrômetro, a incerteza combinada (u
h
) foi obtida dividindo-
se a incerteza expandida (U
h
) pelo fator de abrangência (k) declarado no certificado
de calibração. A tabela 28, a seguir, apresenta as incertezas expandida e combinada
do higrômetro e o fator de abrangência.
Tabela 28 – Incertezas do higrômetro
U
h
(ºC) K u
h
(ºC)
0,06 2,0 0,03
Fonte: Elaboração própria
As incertezas combinada (u
sur
) e expandida (U
sur
) do sistema de medição
umidade relativa de cada local de medição foram calculadas segundo as equações
50 e 51, onde as incertezas dos termômetros foram apresentadas na tabela 12; as
incertezas propagadas devido à variação da calibração dos sensores de temperatura
(u
vc
), quando da segunda verificação, foram apresentadas na tabela 7; as incertezas
do higrômetro na tabela 28; os coeficientes de sensibilidade de temperatura na
tabela 26 e os coeficientes de sensibilidade de temperatura de ponto de orvalho na
tabela 27. A tabela 29, a seguir, apresenta as incertezas combinada e expandida do
sistema de medição de umidade relativa de cada local.
Tabela 29 – Incertezas combinadas e expandidas dos sistemas de medição (%ur)
01 02 03 04 05 06 07 08 09
u
sur
0,086
0,077
0,080
0,081
0,079
0,084
0,084
0,085
0,080
30 %ur
U
sur
0,171
0,154
0,161
0,161
0,159
0,168
0,168
0,170
0,160
u
sur
0,130
0,115
0,120
0,122
0,120
0,128
0,126
0,128
0,121
45 %ur
U
sur
0,261
0,231
0,240
0,245
0,240
0,256
0,252
0,256
0,242
u
sur
0,173
0,152
0,158
0,162
0,158
0,170
0,166
0,169
0,160
60 %ur
U
sur
0,346
0,304
0,316
0,324
0,316
0,340
0,333
0,337
0,320
u
sur
0,215
0,187
0,196
0,201
0,195
0,211
0,206
0,209
0,198
75 %ur
U
sur
0,430
0,375
0,391
0,402
0,391
0,423
0,412
0,418
0,396
u
sur
0,255
0,221
0,231
0,238
0,231
0,251
0,244
0,247
0,234
90 %ur
U
sur
0,511
0,442
0,462
0,476
0,463
0,502
0,488
0,494
0,468
Fonte: Elaboração própria
Os desvios padrões experimentais de umidade relativa (s
ur
) foram calculados,
através da equação 10, e os valores estão apresentados na tabela 30, a seguir.
112
Tabela 30 – Desvios padrões de umidade Relativa (%ur)
Nº 30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
01 0,3166 0,2165 0,4224 0,8244 0,4725
02 0,3134 0,2078 0,4199 0,8194 0,4282
03 0,3187 0,2128 0,4184 0,8286 0,4398
04 0,3120 0,2111 0,4245 0,8191 0,4410
05 0,3155 0,2128 0,4241 0,8234 0,4524
06 0,3170 0,2209 0,4224 0,8271 0,4954
07 0,3182 0,2114 0,4232 0,8307 0,4363
08 0,3211 0,2145 0,4187 0,8351 0,4471
09 0,3161 0,2151 0,4245 0,8260 0,4622
Fonte: Elaboração própria
As incertezas expandidas associadas aos valores médios de umidade relativa
de referência dos locais de medição (U
URl
) foram calculadas através da equação 12,
utilizando-se fator de abrangência k=2, o que fornece uma probabilidade de
abrangência de aproximadamente 95%. Os resultados estão apresentados na tabela
31, a seguir.
Tabela 31 – Incertezas expandidas dos valores médios de umidade relativa
de referência dos locais de medição (%ur)
Nº 30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
01 0,66 0,51 0,91 1,70 1,07
02 0,65 0,48 0,89 1,68 0,96
03 0,66 0,49 0,89 1,70 0,99
04 0,64 0,49 0,91 1,69 1,00
05 0,65 0,49 0,91 1,69 1,02
06 0,66 0,51 0,91 1,71 1,11
07 0,66 0,49 0,91 1,71 1,00
08 0,66 0,50 0,90 1,72 1,02
09 0,65 0,49 0,91 1,70 1,04
Fonte: Elaboração própria
A tabela 32, a seguir, apresenta, para cada ponto, a umidade relativa média
de referência local máxima (UR
l
max
), a umidade relativa média de referência local
mínima (UR
l
min
), a incerteza expandida associada à umidade relativa média de
referência local máxima (U
URl
max
), a incerteza expandida associada à umidade
relativa média de referência local mínima (U
URl
min
) e o gradiente de umidade relativa
(HUR).
113
Tabela 32 – Gradientes de umidade relativa (%ur)
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
UR
l
max
27,95 43,61 59,20 75,00 90,50
UR
l
min
27,32 43,06 58,44 73,87 88,98
U
URl max
0,66 0,50 0,91 1,71 1,11
U
URl min
0,64 0,48 0,89 1,68 0,96
HUR (%ur)
1,93 1,53 2,56 4,52 3,59
Fonte: Elaboração própria
As incertezas combinadas dos sistemas de medição de umidade relativa
foram calculadas, conforme a equação 50, para os valores máximos e mínimos de
umidade relativa.
Os coeficientes de sensibilidade da variação de umidade relativa em função
da temperatura e da temperatura de ponto de orvalho foram calculados através de
um
software
desenvolvido e validado pelo LAHIG.
As incertezas expandidas dos sistemas de medição de umidade relativa foram
calculadas, conforme a equação 51, para os valores máximos e mínimos de
umidade relativa, utilizando-se fator de abrangência k=2, o que fornece uma
probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.
A tabela 33, a seguir, apresenta, para cada ponto, as incertezas combinadas
dos termômetros referentes aos valores máximo e mínimo de umidade relativa (u
t
),
as incertezas combinadas do higrômetro referentes aos valores máximo e mínimo de
umidade relativa (u
h
), os coeficientes de sensibilidade de temperatura referentes aos
valores máximo e mínimo de umidade relativa
δ
δ
T
UR
, os coeficientes de
sensibilidade de temperatura de ponto de orvalho referentes aos valores máximo e
mínimo de umidade relativa
δ
δ
TPO
UR
, as resoluções do indicador digital (
δ
rt
) e do
higrômetro (
δ
rh
), as incertezas propagadas devido à variação da calibração dos
sensores de temperatura (u
vc
), as incertezas do ajuste da curva de correção do
higrômetro (
δ
ajuste
) e as incertezas expandidas dos sistemas de medição que
indicaram os valores máximo (U
sur max
) e mínimo de umidade relativa (U
sur min
).
114
Tabela 33 – Incertezas expandidas dos sistemas de medição de umidade relativa dos
valores máximo e mínimo de umidade relativa
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
u
t
(ºC) 0,049 0,049 0,050 0,050 0,050
δ
rt
(ºC)
0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
u
vc
(ºC) 0,0013 0,0013 0,0024 0,0024 0,0024
T
UR
δ
δ
(%ur/ºC)
1,77 2,72 3,70 4,73 5,64
u
h
(ºC) 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
δ
rh
(ºC)
0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
δ
ajuste
(ºC)
0,021 0,021 0,021 0,021 0,021
TPO
UR
δ
δ
(%ur/ºC)
2,05 3,00 3,94 4,89 5,71
U
sur max
(%ur) 0,17 0,26 0,34 0,43 0,51
u
t
(ºC) 0,043 0,030 0,030 0,030 0,030
δ
rt
(ºC)
0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
u
vc
(ºC) 0,0018 0,0031 0,0031 0,0031 0,0031
T
UR
δ
δ
(%ur/ºC)
1,65 2,63 3,56 4,44 5,42
u
h
(ºC) 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06
δ
rh
(ºC)
0,01 0,01 0,01 0,01 0,01
δ
ajuste
(ºC)
0,021 0,021 0,021 0,021 0,021
TPO
UR
δ
δ
(%ur/ºC)
1,93 2,91 3,81 4,62 5,50
U
sur min
(%ur) 0,16 0,23 0,30 0,37 0,44
Fonte: Elaboração própria
A tabela 34, a seguir, apresenta, para cada ponto, a umidade relativa máxima
(ur
max
), a umidade relativa mínima (ur
min
), a incerteza expandida do sistema de
medição de umidade relativa que indicou o valor máximo (U
sur max
), a incerteza
expandida do sistema de medição de umidade relativa que indicou o valor mínimo
(U
sur min
) e o gradiente máximo de umidade relativa (HUR
M
).
Tabela 34 – Gradientes máximos de umidade relativa (%ur)
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
ur
max
28,62 43,99 59,97 76,56 91,28
ur
min
26,74 42,58 57,70 71,91 87,81
U
sur max
0,17 0,26 0,34 0,43 0,51
U
sur min
0,16 0,23 0,30 0,37 0,44
HUR
M
2,21 1,90 2,91 5,45 4,42
Fonte: Elaboração própria
115
3.6.4.2 Conforme o guia do DKD
As variações de umidade relativa no espaço, conforme o guia DKD-R 5-7
(DKD, 2004), foram obtidas através do cálculo dos valores de não homogeneidade
espacial, que consiste na maior diferença de umidade relativa entre um local de
medição e o local de referência, que neste caso é o centro do espaço de trabalho.
A tabela 35, a seguir, mostra os valores de não homogeneidade espacial
(
δ
UR
inhom
).
Tabela 35 – Não homogeneidade espacial de umidade relativa
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
δ
UR
inhom
(%ur)
0,45 0,34 0,50 0,73 0,93
Fonte: Elaboração própria
3.6.4.3 Conforme o guia do SEE
As variações de umidade relativa, conforme o guia
A Guide to Calculating the
Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), foram
obtidas através da determinação dos gradientes. Foi calculado para cada instante do
período de medição o desvio padrão experimental das leituras e o maior valor
encontrado foi assumido como o gradiente daquele ponto. A tabela 36, a seguir,
apresenta os valores dos gradientes.
Tabela 36 – Gradientes de umidade relativa
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
0,23 0,18 0,24 0,36 0,46
Fonte: Elaboração própria
3.6.5 Variações de temperatura ao longo do tempo
3.6.5.1 Conforme a norma da AFNOR
Segundo a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a variação de temperatura ao
longo do tempo, denominada flutuação, é calculada em cada local de medição do
116
espaço de trabalho através da diferença entre as temperaturas máxima e mínima do
termômetro. O maior valor é adotado como flutuação máxima de temperatura.
A tabela 37, a seguir, apresenta as temperaturas máximas dos locais de
medição do espaço de trabalho (t
max l
), as temperaturas mínimas dos locais de
medição do espaço de trabalho (t
min l
), as flutuações de temperatura (FT) e as
flutuações máximas de temperatura (FT
M
).
Tabela 37 – Flutuações de temperatura (ºC)
Locais de Medição do Espaço de Trabalho
01 02 03 04 05 06 07 08 09
t
max l
0,331 0,612 0,495 0,470 0,396 0,276 0,454 0,457 0,343
t
min l
-0,034
0,414 0,249 0,267 0,151
-0,176
0,235 0,191 0,076
FT 0,365 0,198 0,246 0,203 0,245 0,452 0,218 0,266 0,266
0 ºC
FT
M
0,452
t
max l
5,507 5,666 5,504 5,637 5,522 5,475 5,470 5,409 5,472
t
min l
5,381 5,582 5,384 5,545 5,416 5,330 5,369 5,273 5,361
FT 0,126 0,084 0,120 0,092 0,106 0,145 0,100 0,136 0,111
5 ºC
FT
M
0,145
t
max l
10,484
10,639
10,507
10,579
10,505
10,447
10,475
10,419
10,463
t
min l
10,401
10,571
10,415
10,523
10,433
10,347
10,396
10,314
10,387
FT 0,083 0,068 0,091 0,057 0,072 0,100 0,078 0,106 0,076
10 ºC
FT
M
0,106
t
max l
15,563
15,715
15,602
15,636
15,587
15,511
15,570
15,525
15,550
t
min l
15,392
15,551
15,435
15,477
15,423
15,329
15,404
15,354
15,383
FT 0,172 0,164 0,167 0,160 0,165 0,182 0,166 0,171 0,167
15 ºC
FT
M
0,182
t
max l
20,545
20,673
20,590
20,590
20,567
20,493
20,553
20,528
20,532
t
min l
20,448
20,587
20,498
20,504
20,477
20,384
20,462
20,429
20,437
FT 0,096 0,086 0,091 0,085 0,090 0,109 0,091 0,099 0,095
20 ºC
FT
M
0,109
t
max l
25,554
25,650
25,591
25,569
25,560
25,509
25,554
25,538
25,532
t
min l
25,474
25,579
25,509
25,505
25,491
25,415
25,479
25,444
25,462
FT 0,080 0,071 0,082 0,064 0,069 0,094 0,075 0,094 0,070
25 ºC
FT
M
0,094
t
max l
30,645
30,730
30,689
30,654
30,677
30,633
30,665
30,641
30,658
t
min l
30,525
30,615
30,582
30,543
30,555
30,493
30,547
30,520
30,536
FT 0,120 0,115 0,107 0,111 0,122 0,140 0,118 0,121 0,121
30 ºC
FT
M
0,140
117
Locais de Medição do Espaço de Trabalho
01 02 03 04 05 06 07 08 09
t
max l
35,655
35,688
35,686
35,625
35,658
35,657
35,644
35,637
35,653
t
min l
35,540
35,595
35,578
35,535
35,558
35,528
35,542
35,517
35,547
FT 0,115 0,093 0,107 0,089 0,100 0,129 0,101 0,120 0,106
35 ºC
FT
M
0,129
t
max l
40,704
40,700
40,724
40,655
40,702
40,714
40,686
40,684
40,707
t
min l
40,606
40,624
40,626
40,581
40,618
40,605
40,595
40,566
40,618
FT 0,099 0,076 0,098 0,074 0,084 0,109 0,091 0,118 0,089
40 ºC
FT
M
0,118
t
max l
45,695
45,697
45,752
45,630
45,709
45,698
45,719
45,748
45,739
t
min l
45,619
45,633
45,666
45,571
45,637
45,618
45,639
45,632
45,654
FT 0,076 0,065 0,085 0,059 0,072 0,079 0,081 0,116 0,085
45 ºC
FT
M
0,116
t
max l
50,669
50,702
50,806
50,600
50,720
50,649
50,783
50,850
50,779
t
min l
50,573
50,624
50,696
50,520
50,625
50,548
50,677
50,712
50,670
FT 0,096 0,078 0,110 0,079 0,095 0,101 0,106 0,138 0,110
50 ºC
FT
M
0,138
t
max l
55,670
55,725
55,871
55,581
55,748
55,632
55,862
55,962
55,842
t
min l
55,456
55,544
55,658
55,397
55,541
55,404
55,647
55,726
55,620
FT 0,215 0,181 0,213 0,184 0,208 0,228 0,215 0,236 0,222
55 ºC
FT
M
0,236
t
max l
60,625
60,703
60,901
60,541
60,737
60,563
60,900
61,049
60,870
t
min l
60,428
60,542
60,701
60,369
60,547
60,357
60,699
60,815
60,659
FT 0,197 0,160 0,200 0,172 0,190 0,207 0,201 0,234 0,211
60 ºC
FT
M
0,234
t
max l
65,551
65,674
65,907
65,465
65,700
65,465
65,919
66,105
65,869
t
min l
65,403
65,547
65,764
65,339
65,561
65,310
65,772
65,936
65,719
FT 0,148 0,127 0,143 0,126 0,139 0,155 0,147 0,170 0,150
65 ºC
FT
M
0,170
t
max l
70,517
70,667
70,959
70,420
70,707
70,414
70,981
71,217
70,919
t
min l
70,368
70,539
70,806
70,297
70,564
70,256
70,827
71,034
70,765
FT 0,149 0,128 0,152 0,123 0,143 0,158 0,154 0,183 0,154
70 ºC
FT
M
0,183
Fonte: Elaboração própria
3.6.5.2 Conforme o guia do DKD
Segundo o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004), a variação de temperatura ao longo
do tempo, denominada instabilidade temporal, determinada pelo menos para o local
de medição de referência, é a maior diferença entre uma medição do intervalo de
medições e o valor médio.
A tabela 38, a seguir, apresenta os valores de instabilidade temporal de
temperatura (
δ
T
instab
) para todos os locais de medição.
118
Tabela 38 – Instabilidade temporal de temperatura (ºC)
Locais de Medição do Espaço de Trabalho
01 02 03 04 05 06 07 08 09
0 ºC
0,237 0,116 0,149 0,123 0,149 0,280 0,128 0,152 0,151
5 ºC
0,065 0,044 0,062 0,048 0,056 0,075 0,053 0,070 0,059
10 ºC
0,042 0,035 0,048 0,030 0,038 0,051 0,042 0,053 0,039
15 ºC
0,089 0,085 0,086 0,083 0,085 0,093 0,085 0,090 0,087
20 ºC
0,059 0,054 0,055 0,053 0,057 0,064 0,055 0,059 0,057
25 ºC
0,041 0,036 0,042 0,034 0,035 0,049 0,041 0,048 0,036
30 ºC
0,067 0,074 0,063 0,072 0,079 0,075 0,077 0,073 0,075
35 ºC
0,062 0,057 0,063 0,054 0,058 0,065 0,061 0,070 0,061
40 ºC
0,050 0,042 0,053 0,038 0,042 0,055 0,047 0,065 0,045
45 ºC
0,043 0,037 0,046 0,033 0,040 0,044 0,045 0,063 0,048
50 ºC
0,061 0,048 0,064 0,050 0,058 0,065 0,062 0,080 0,065
55 ºC
0,127 0,106 0,126 0,113 0,123 0,135 0,125 0,138 0,130
60 ºC
0,100 0,082 0,101 0,093 0,097 0,103 0,101 0,118 0,107
65 ºC
0,079 0,072 0,077 0,069 0,074 0,080 0,079 0,091 0,082
70 ºC
0,076 0,064 0,080 0,066 0,073 0,080 0,081 0,100 0,082
Fonte: Elaboração própria
3.6.5.3 Conforme o guia do SEE
Segundo o guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), a variação de temperatura ao longo do
tempo, denominada flutuação, é obtida calculando-se para cada termômetro o
desvio padrão experimental das leituras. O maior valor encontrado é adotado como
flutuação. As tabelas 39 e 40, a seguir, apresentam os valores de flutuação.
Tabela 39 – Flutuações de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
0,085 0,032 0,027 0,049 0,026 0,027 0,030
Fonte: Elaboração própria
Tabela 40 – Flutuações de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
0,029 0,027 0,026 0,030 0,058 0,058 0,043 0,044
Fonte: Elaboração própria
119
3.6.6 Variações de umidade relativa ao longo do tempo
3.6.6.1 Conforme a norma da AFNOR
Segundo a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), a variação de umidade relativa ao
longo do tempo, denominada flutuação, é calculada em cada local de medição do
espaço de trabalho através da diferença entre os valores máximo e mínimo. O maior
valor é adotado como flutuação máxima de umidade relativa.
A tabela 41, a seguir, apresenta os valores máximos (ur
max l
) e mínimos (ur
min l
) de
umidade relativa dos locais de medição do espaço de trabalho, as flutuações de
umidade relativa (FUR) e as flutuações máximas de umidade relativa (FUR
M
).
Tabela 41 – Flutuações de umidade relativa (%ur)
Locais de Medição do Espaço de Trabalho
01 02 03 04 05 06 07 08 09
ur
max l
28,11 28,12 28,43 27,96 28,18 28,05 28,44 28,62 28,19
ur
min l
26,85 26,89 27,17 26,74 26,94 26,79 27,20 27,34 26,94
FUR 1,26 1,23 1,26 1,22 1,24 1,26 1,24 1,28 1,25
30 %ur
FUR
M
1,28
ur
max l
43,69 43,41 43,76 43,47 43,67 43,77 43,84 43,99 43,72
ur
min l
42,83 42,58 42,90 42,63 42,81 42,89 42,98 43,11 42,86
FUR 0,86 0,83 0,86 0,84 0,86 0,88 0,86 0,88 0,86
45 %ur
FUR
M
0,88
ur
max l
59,77 59,22 59,61 59,52 59,69 59,97 59,72 59,82 59,82
ur
min l
58,23 57,70 58,09 57,99 58,16 58,44 58,19 58,28 58,29
FUR 1,54 1,52 1,52 1,53 1,53 1,53 1,53 1,54 1,53
60 %ur
FUR
M
1,54
ur
max l
76,16 75,41 75,94 75,89 76,07 76,56 76,05 76,17 76,26
ur
min l
72,70 71,91 72,38 72,41 72,58 73,04 72,49 72,60 72,78
FUR 3,46 3,50 3,56 3,48 3,49 3,52 3,56 3,57 3,48
75 %ur
FUR
M
3,57
ur
max l
90,80 89,71 90,28 90,43 90,63 91,28 90,40 90,51 90,90
ur
min l
88,66 87,81 88,33 88,46 88,61 89,07 88,45 88,52 88,83
FUR 2,14 1,90 1,95 1,97 2,02 2,21 1,95 1,99 2,07
90 %ur
FUR
M
2,21
Fonte: Elaboração própria
120
3.6.6.2 Conforme o guia do DKD
Segundo o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004), a variação de umidade relativa ao
longo do tempo, denominada instabilidade temporal, determinada pelo menos para o
local de medição de referência, é a maior diferença entre uma medição do intervalo
de medições e o valor médio.
A tabela 42, a seguir, apresenta os valores de instabilidade temporal de
umidade relativa (
δ
UR
instab
) para todos os locais de medição.
Tabela 42 – Instabilidade temporal de umidade relativa (%ur)
Locais de Medição do Espaço de Trabalho
01 02 03 04 05 06 07 08 09
30 %ur
0,66 0,64 0,66 0,64 0,65 0,68 0,65 0,67 0,66
45 %ur
0,50 0,48 0,50 0,49 0,49 0,49 0,50 0,50 0,50
60 %ur
0,78 0,77 0,77 0,78 0,78 0,77 0,78 0,77 0,77
75 %ur
1,96 1,96 1,98 1,96 1,97 1,96 1,98 2,00 1,97
90 %ur
1,37 1,18 1,21 1,22 1,26 1,42 1,22 1,25 1,31
Fonte: Elaboração própria
3.6.6.3 Conforme o guia do SEE
Segundo o guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), a variação de umidade relativa ao longo do
tempo, denominada flutuação, é obtida calculando-se para cada local do espaço de
trabalho o desvio padrão experimental das leituras. O maior valor é adotado como
flutuação. A tabela 43, a seguir, apresenta os valores de flutuação de umidade
relativa.
Tabela 43 – Flutuações de umidade relativa (%ur)
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
0,32 0,22 0,42 0,84 0,50
Fonte: Elaboração própria
121
3.6.7 Incertezas expandidas de temperatura
3.6.7.1 Conforme a norma da AFNOR
A incerteza expandida da temperatura média de referência do espaço de
trabalho, conforme a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), foi calculada através da
equação 18, onde foi utilizado fator de abrangência k=2, que fornece uma
probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.
A tabela 44, a seguir, apresenta, para cada ponto, o desvio padrão da
repetitividade de temperatura calculado através da equação 15 (s
rt calc
) e o desvio
padrão da repetitividade de temperatura como sendo o maior desvio padrão obtido
no espaço de trabalho (s
rt stmax
).
Tabela 44 – Desvio padrão da repetitividade de temperatura
s
rt calc
(ºC) S
rt stmax
(ºC)
0 ºC
0,0547 0,0850
5 ºC
0,0251 0,0323
10 ºC
0,0205 0,0273
15 ºC
0,0449 0,0489
20 ºC
0,0232 0,0261
25 ºC
0,0214 0,0268
30 ºC
0,0274 0,0304
35 ºC
0,0245 0,0289
40 ºC
0,0218 0,0270
45 ºC
0,0181 0,0258
50 ºC
0,0237 0,0300
55 ºC
0,0534 0,0578
60 ºC
0,0514 0,0581
65 ºC
0,0370 0,0433
70 ºC
0,0349 0,0443
Fonte: Elaboração própria
O desvio padrão da reprodutibilidade de temperatura (s
Rt
) foi calculado
conforme a equação 16, onde foi adotado como desvio padrão da repetitividade de
temperatura (s
rt
) o maior valor entre o calculado e o desvio padrão máximo do
espaço de trabalho, ambos apresentados na tabela 44.
122
A incerteza combinada do dispositivo de medição de temperatura (u
ct
)
consiste no maior valor de incerteza combinada de um determinado sistema de
medição de temperatura (u
st
). As incertezas combinadas e expandidas dos sistemas
de medição foram apresentadas na tabela 13.
A tabela 45, a seguir, apresenta as temperaturas médias de referência do
espaço de trabalho (T), os desvios padrões da repetitividade de temperatura (s
rt
), os
desvios padrões da reprodutibilidade de temperatura (s
Rt
), as incertezas combinadas
dos dispositivos de medição de temperatura (u
ct
), as incertezas combinadas
associadas às temperaturas médias de referência do espaço de trabalho (u
T
) e as
incertezas expandidas associadas às temperaturas médias de referência do espaço
de trabalho (U
T
).
Tabela 45 – Incertezas associadas às temperaturas médias de referência do
espaço de trabalho
T (ºC) s
rt
(ºC) s
Rt
(ºC) u
ct
(ºC) u
T
(ºC) U
T
(ºC)
0,26
0,0850 0,1719 0,0296 0,1745
0,35
5,46
0,0323 0,0946 0,0296 0,0991
0,20
10,46
0,0273 0,0791 0,0296 0,0845
0,17
15,50
0,0489 0,0808 0,0296 0,0860
0,17
20,51
0,0261 0,0600 0,0296 0,0669
0,13
25,52
0,0268 0,0510 0,0296 0,0590
0,12
30,59
0,0304 0,0428 0,0296 0,0520
0,10
35,61
0,0289 0,0369 0,0296 0,0473
0,10
40,65
0,0270 0,0330 0,0296 0,0443
0,09
45,67
0,0258 0,0404 0,0296 0,0501
0,10
50,69
0,0300 0,0796 0,0296 0,0849
0,17
55,68
0,0578 0,1344 0,0296 0,1377
0,28
60,67
0,0581 0,1785 0,0296 0,1809
0,36
65,66
0,0433 0,2246 0,0296 0,2266
0,45
70,68
0,0443 0,2749 0,0296 0,2765
0,55
Fonte: Elaboração própria
A tabela 46, a seguir, apresenta a temperatura ajustada na câmara (T
a
); a
temperatura média da câmara (T
C
); a temperatura média de referência do espaço de
trabalho (T); a correção da indicação de temperatura (
∆
T
in
), que eqüivale a diferença
entre a temperatura média de referência do espaço de trabalho e a temperatura
média da câmara climática; e a incerteza expandida associada à temperatura média
de referência do espaço de trabalho (U
T
).
123
Tabela 46 – Apresentação dos resultados em ºC (AFNOR)
T
a
T
C
T
∆∆T
in
U
T
0 0,24 0,26 0,02 0,35
5 5,13 5,46 0,33 0,20
10 10,07 10,46 0,39 0,17
15 15,14 15,50 0,36 0,17
20 20,08 20,51 0,43 0,13
25 25,08 25,52 0,44 0,12
30 30,04 30,59 0,55 0,10
35 35,04 35,61 0,57 0,10
40 39,98 40,65 0,67 0,09
45 45,03 45,67 0,64 0,10
50 49,97 50,69 0,72 0,17
55 54,91 55,68 0,77 0,28
60 59,92 60,67 0,75 0,36
65 64,87 65,66 0,79 0,45
70 69,91 70,68 0,77 0,55
Fonte: Elaboração própria
3.6.7.2 Conforme o guia do DKD
A incerteza expandida da calibração da indicação de temperatura da câmara
em relação ao espaço de trabalho (U
Tc
), conforme o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004),
foi calculada utilizando-se das seguintes fontes: incerteza combinada do sistema de
medição de temperatura (u
st
), incerteza devido à resolução da indicação de
temperatura da câmara [u(
δ
T
res
)], incerteza devido à não homogeneidade espacial
de temperatura [u(
δ
T
inhom
)], incerteza devido à instabilidade temporal de temperatura
[u(
δ
T
instab
)], desvio padrão experimental da temperatura média do local de medição
de referência [u(
δ
T)] e desvio padrão experimental da temperatura média da câmara
climática [u(
δ
T
C
)]. Foi utilizado fator de abrangência k=2, o que fornece uma
probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%. A seguinte equação foi
então utilizada para o cálculo da incerteza expandida:
2
C
2
2
instab
2
inhom
2
res
2
st
Tc
)
T
u(
T)
u(
)
T
u(
)
T
u(
)
T
u(
u
k
U
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
×
=
(52)
A incerteza combinada do sistema de medição de temperatura do local de
medição de referência (centro do espaço de trabalho) foi apresentada na tabela 13.
124
A incerteza devido à resolução da indicação de temperatura da câmara
[u(
δ
T
res
)] foi estimada como sendo a metade do valor do dígito (0,1 ºC) e eqüivale a
meia largura de uma distribuição de probabilidade retangular. Assim:
C
º
0,0289
3
2
0,1
)
T
u(
res
=
×
=
δ
(53)
Os valores de não homogeneidade espacial de temperatura (
δ
T
inhom
) foram
apresentados nas tabelas 22 e 23. As incertezas referentes a estes valores foram
calculadas através da equação 5.
Os valores de instabilidade temporal de temperatura para todos os locais de
medição (
δ
T
instab
) foram apresentados na tabela 38. A incerteza referente à
instabilidade temporal de temperatura do local de medição de referência (centro do
espaço de trabalho) foi calculada, para cada ponto, através da equação 7.
O desvio padrão experimental da temperatura média do local de medição de
referência [u(
δ
T)] foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das
medições pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição
normal.
O desvio padrão experimental da temperatura média da câmara climática
[u(
δ
T
C
)] foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das medições
pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição normal.
A tabela 47, a seguir, apresenta, para cada temperatura de ajuste (T
a
), a
incerteza combinada do sistema de medição de temperatura do local de referência
(u
st
), a incerteza devido à resolução da indicação de temperatura da câmara
[u(
δ
T
res
)], a incerteza devido à não homogeneidade espacial de temperatura
[u(
δ
T
inhom
)], a incerteza devido à instabilidade temporal de temperatura do local de
medição de referência [u(
δ
T
instab
)], o desvio padrão experimental da temperatura
média do local de medição de referência [u(
δ
T)], o desvio padrão experimental da
temperatura média da câmara climática [u(
δ
T
C
)], a incerteza combinada da
calibração da indicação de temperatura da câmara em relação ao espaço de
trabalho (u
Tc
) e a incerteza expandida da calibração da indicação de temperatura da
câmara em relação ao espaço de trabalho (U
Tc
), calculada conforme a equação 52.
125
Tabela 47 – Incertezas combinadas e expandidas de temperatura (ºC)
T
a
u
st
u(δδT
res
)
u(δδT
inhom
)
u(δδT
instab
)
u(δδT) u(δδT
C
)
u
Tc
U
Tc
0 0,019
0,0289
0,1981 0,0862
0,0049
0,0094
0,219
0,44
5 0,019
0,0289
0,0991 0,0321
0,0024
0,0047
0,110
0,22
10 0,019
0,0289
0,0873 0,0217
0,0019
0,0045
0,096
0,19
15 0,019
0,0289
0,0830 0,0490
0,0047
0,0058
0,103
0,21
20 0,019
0,0289
0,0699 0,0326
0,0023
0,0000
0,085
0,17
25 0,019
0,0289
0,0569 0,0200
0,0020
0,0049
0,070
0,14
30 0,019
0,0289
0,0428 0,0453
0,0029
0,0039
0,071
0,14
35 0,019
0,0289
0,0291 0,0337
0,0024
0,0052
0,057
0,11
40 0,019
0,0289
0,0323 0,0244
0,0020
0,0052
0,053
0,11
45 0,019
0,0289
0,0479 0,0231
0,0017
0,0051
0,064
0,13
50 0,019
0,0289
0,0813 0,0334
0,0023
0,0052
0,095
0,19
55 0,019
0,0289
0,1396 0,0712
0,0055
0,0089
0,161
0,32
60 0,019
0,0289
0,1879 0,0557
0,0052
0,0058
0,199
0,40
65 0,019
0,0289
0,2364 0,0430
0,0038
0,0050
0,243
0,49
70 0,019
0,0289
0,3026 0,0421
0,0034
0,0050
0,308
0,62
Fonte: Elaboração própria
A tabela 48, a seguir, apresenta para cada temperatura de ajuste na câmara
(T
a
), a temperatura média da câmara (T
C
); a temperatura média do local de medição
de referência (T
l ref
), que corresponde ao centro de espaço de trabalho; a correção
da indicação de temperatura (
∆
T
in
), que eqüivale a diferença entre a temperatura
média do local de medição de referência e a temperatura média da câmara climática;
e a incerteza expandida da calibração da indicação de temperatura da câmara em
relação ao espaço de trabalho (U
Tc
).
Tabela 48 – Apresentação dos resultados em ºC (DKD)
T
a
T
C
T
l ref
∆∆T
in
U
Tc
0 0,24 0,25 0,01 0,44
5 5,13 5,47 0,34 0,22
10 10,07 10,47 0,40 0,19
15 15,14 15,50 0,36 0,21
20 20,08 20,51 0,43 0,17
25 25,08 25,53 0,45 0,14
30 30,04 30,60 0,56 0,14
35 35,04 35,62 0,58 0,11
40 39,98 40,66 0,68 0,11
45 45,03 45,67 0,64 0,13
126
T
a
T
C
T
l ref
∆∆T
in
U
Tc
50 49,97 50,68 0,71 0,19
55 54,91 55,66 0,75 0,32
60 59,92 60,64 0,72 0,40
65 64,87 65,63 0,76 0,49
70 69,91 70,63 0,72 0,62
Fonte: Elaboração própria
3.6.7.3 Conforme o guia do SEE
A incerteza expandida da calibração da câmara climática, pelo método de
análise do caso médio do guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the
Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), foi calculada através da
multiplicação da incerteza padrão combinada, determinada através da raiz quadrada
da soma das incertezas ao quadrado, pelo fator de abrangência k=2, que fornece
uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%. A seguinte equação
foi então utilizada para o cálculo da incerteza expandida:
2
res
2
C
2
2
Ft
2
Gt
2
st
T
)
T
u(
)
T
u(
T)
u(
u
k
U
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
×
=
(54)
Onde,
u
st
– Incerteza combinada do sistema de medição de temperatura
δ
Gt
– Incerteza referente ao gradiente de temperatura
δ
Ft
– Incerteza referente à flutuação de temperatura
u(
δ
T) – Desvio padrão experimental da temperatura média de referência do
espaço de trabalho
u(
δ
T
C
) – Desvio padrão experimental da temperatura média da câmara
u(
δ
T
res
) – Incerteza devido à resolução da indicação de temperatura da
câmara
A incerteza referente ao sistema de medição de temperatura foi determinada
para cada local de medição e o maior valor obtido foi adotado. As incertezas
combinadas dos sistemas de medição foram apresentadas na tabela 13.
127
Os gradientes de temperatura, apresentados nas tabelas 24 e 25, e as
flutuações, apresentadas nas tabelas 39 e 40, baseiam-se numa distribuição normal
pois são provenientes de um conjunto de medições.
Já o desvio padrão experimental da temperatura média de referência do
espaço de trabalho foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das
medições pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição
normal.
O desvio padrão experimental da temperatura média da câmara climática foi
obtida através da divisão do desvio padrão experimental das medições pela raiz
quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição normal.
A incerteza devido à resolução da indicação de temperatura da câmara foi estimada
como sendo a metade do valor do dígito e eqüivale a meia largura de uma
distribuição de probabilidade retangular, conforme a equação 53.
A tabela 49, a seguir, apresenta para cada ponto analisado a temperatura
média de referência do espaço de trabalho (T), a incerteza referente ao sistema de
medição de temperatura (u
st
), a incerteza referente ao gradiente de temperatura
(
δ
Gt
), a incerteza referente à flutuação de temperatura (
δ
Ft
), o desvio padrão
experimental da temperatura média de referência do espaço de trabalho [u(
δ
T)], o
desvio padrão experimental da temperatura média da câmara climática [u(
δ
T
C
)], a
incerteza devido à resolução da indicação de temperatura da câmara [u(
δ
T
res
)], a
incerteza combinada da calibração da câmara (u
T
) e a incerteza expandida da
calibração da câmara (U
T
), calculada conforme a equação 54.
Tabela 49 – Incertezas combinadas e expandidas de temperatura (ºC)
T u
st
δδ
Gt
δδ
Ft
u(δδT) u(δδT
C
) u(δδT
res
)
u
T
U
T
0,26 0,030 0,189 0,085 0,005 0,0094 0,0289 0,212 0,42
5,46 0,030 0,100 0,032 0,003 0,0047 0,0289 0,113 0,23
10,46 0,030 0,084 0,027 0,003 0,0045 0,0289 0,098 0,20
15,50 0,030 0,077 0,049 0,003 0,0058 0,0289 0,100 0,20
20,51 0,030 0,064 0,026 0,002 0,0000 0,0289 0,081 0,16
25,52 0,030 0,052 0,027 0,002 0,0049 0,0289 0,072 0,14
30,59 0,030 0,040 0,030 0,001 0,0039 0,0289 0,065 0,13
35,61 0,030 0,029 0,029 0,001 0,0052 0,0289 0,058 0,12
40,65 0,030 0,024 0,027 0,001 0,0052 0,0289 0,055 0,11
45,67 0,030 0,040 0,026 0,001 0,0051 0,0289 0,063 0,13
50,69 0,030 0,085 0,030 0,003 0,0052 0,0289 0,099 0,20
128
T u
st
δδ
Gt
δδ
Ft
u(δδT) u(δδT
C
) u(δδT
res
)
u
T
U
T
55,68 0,030 0,134 0,058 0,004 0,0089 0,0289 0,152 0,30
60,67 0,030 0,178 0,058 0,006 0,0058 0,0289 0,192 0,38
65,66 0,030 0,228 0,043 0,007 0,0050 0,0289 0,236 0,47
70,68 0,030 0,283 0,044 0,009 0,0050 0,0289 0,289 0,58
Fonte: Elaboração própria
A tabela 50, a seguir, apresenta, para cada temperatura de ajuste na câmara
(T
a
), a temperatura média da câmara (T
C
); a temperatura média de referência do
espaço de trabalho (T); a correção da indicação de temperatura (
∆
T
in
), que eqüivale
a diferença dentre a temperatura média de referência do espaço de trabalho e a
temperatura média da câmara climática; e a incerteza expandida da calibração da
câmara climática (U
T
).
Tabela 50 – Apresentação dos resultados em ºC (SEE)
T
a
T
C
T
∆∆T
in
U
T
0 0,24 0,26 0,02 0,42
5 5,13 5,46 0,33 0,23
10 10,07 10,46 0,39 0,20
15 15,14 15,50 0,36 0,20
20 20,08 20,51 0,43 0,16
25 25,08 25,52 0,44 0,14
30 30,04 30,59 0,55 0,13
35 35,04 35,61 0,57 0,12
40 39,98 40,65 0,67 0,11
45 45,03 45,67 0,64 0,13
50 49,97 50,69 0,72 0,20
55 54,91 55,68 0,77 0,30
60 59,92 60,67 0,75 0,38
65 64,87 65,66 0,79 0,47
70 69,91 70,68 0,77 0,58
Fonte: Elaboração própria
Para o cálculo da incerteza expandida do valor de temperatura ajustado na
câmara (U
Ta
), pelo método da análise de pior caso, determinou-se a diferença entre
a temperatura média de referência de cada local de medição do espaço de trabalho
e a temperatura de ajuste. Foi adicionada a maior diferença encontrada (
∆
T
max
), o
129
dobro do seu valor de flutuação (
δ
Ft
) e a incerteza expandida do respectivo sistema
de medição de temperatura (U
st
). A seguinte equação foi então utilizada:
st
Ft
max
Ta
U
2
T
U
+
δ
×
+
∆
=
(55)
A tabela 51, a seguir, apresenta para cada temperatura ajustada na câmara
(T
a
), a maior diferença entre a temperatura média de referência de um local de
medição e a temperatura de ajuste (
∆
T
max
), a incerteza referente à flutuação (
δ
Ft
), a
incerteza expandida do sistema de medição de temperatura (U
st
) e a incerteza
expandida da temperatura ajustada (U
Ta
).
Tabela 51– Incertezas associadas às temperaturas ajustadas na câmara (ºC)
T
a
∆∆T
max
δδ
Ft
U
st
U
Ta
0 0,496 0,0387 0,030 0,60
5 0,622 0,0189 0,030 0,69
10 0,604 0,0170 0,030 0,67
15 0,630 0,0425 0,030 0,74
20 0,620 0,0220 0,030 0,69
25 0,614 0,0177 0,030 0,68
30 0,655 0,0266 0,030 0,74
35 0,652 0,0218 0,030 0,73
40 0,679 0,0222 0,039 0,76
45 0,706 0,0193 0,039 0,78
50 0,792 0,0300 0,050 0,90
55 0,864 0,0578 0,050 1,0
60 0,931 0,0581 0,050 1,1
65 1,014 0,0433 0,050 1,2
70 1,117 0,0433 0,050 1,3
Fonte: Elaboração própria
3.6.8 Incertezas expandidas de umidade relativa
3.6.8.1 Conforme a norma da AFNOR
A incerteza expandida da umidade relativa média de referência do espaço de
trabalho, conforme a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002), foi calculada através da
130
equação 18, onde foi utilizado fator de abrangência k=2, que fornece uma
probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%.
A tabela 52, a seguir, apresenta, para cada ponto, o desvio padrão da
repetitividade de umidade relativa calculado através da equação 15 (s
rur calc
) e o
desvio padrão da repetitividade de umidade relativa como sendo o maior desvio
padrão obtido no espaço de trabalho (s
rur surmax
).
Tabela 52 – Desvio padrão da repetitividade de umidade relativa
s
rur calc
(%ur) s
rur surmax
(%ur)
30 %ur
0,3165 0,3211
45 %ur
0,2137 0,2209
60 %ur
0,4220 0,4245
75 %ur
0,8260 0,8351
90 %ur
0,4532 0,4954
Fonte: Elaboração própria
O desvio padrão da reprodutibilidade de umidade relativa (s
Rur
) foi calculado
conforme a equação 16, onde foi adotado como desvio padrão da repetitividade de
umidade relativa (s
rur
) o maior valor entre o calculado e o desvio padrão máximo do
espaço de trabalho, ambos apresentados na tabela 52.
A incerteza combinada do dispositivo de medição de umidade relativa (u
cur
)
consiste no maior valor de incerteza combinada de um determinado sistema de
medição de umidade relativa (u
sur
). As incertezas combinada e expandida de cada
sistema de medição de umidade relativa foram calculadas, segundo as equações 9 e
10, e os resultados foram apresentados na tabela 29.
A tabela 53, a seguir, apresenta os valores médios de umidade relativa de
referência do espaço de trabalho (UR), os desvios padrões da repetitividade de
umidade relativa (s
rur
), os desvios padrões da reprodutibilidade de umidade relativa
(s
Rur
), as incertezas combinadas dos dispositivos de medição de umidade relativa
(u
cur
), as incertezas combinadas associadas aos valores médios de umidade relativa
de referência do espaço de trabalho (u
UR
) e as incertezas expandidas associadas
aos valores médios de umidade relativa de referência do espaço de trabalho (U
UR
).
131
Tabela 53 – Incertezas associadas aos valores médios de umidade relativa de
referência do espaço de trabalho (%ur)
UR s
rur
s
Rur
u
cur
u
UR
U
UR
27,6
0,3211 0,3860 0,086 0,395
0,8
43,3
0,2209 0,2779 0,130 0,307
0,6
58,9
0,4245 0,4768 0,173 0,507
1,0
74,5
0,8351 0,8917 0,215 0,917
1,8
89,8
0,4954 0,6501 0,255 0,698
1,4
Fonte: Elaboração própria
A tabela 54, a seguir, apresenta, para cada umidade relativa de ajuste na
câmara (UR
a
), a umidade relativa média da câmara (UR
C
); a umidade relativa média
de referência do espaço de trabalho (UR); a correção da indicação de umidade
relativa (
∆
UR
in
), que eqüivale a diferença entre a umidade relativa média de
referência do espaço de trabalho e a umidade relativa média da câmara climática; e
a incerteza expandida associada à umidade relativa média de referência do espaço
de trabalho (U
UR
).
Tabela 54 – Apresentação dos resultados em %ur (AFNOR)
UR
a
UR
C
UR
∆∆UR
in
U
UR
30 30,0 27,6 -2,4 0,8
45 45,0 43,3 -1,7 0,6
60 60,0 58,9 -1,1 1,0
75 75,0 74,5 -0,5 1,8
90 89,9 89,8 -0,1 1,4
Fonte: Elaboração própria
3.6.8.2 Conforme o guia do DKD
A incerteza expandida da calibração da indicação de umidade relativa da
câmara em relação ao espaço de trabalho (U
URc
), conforme o guia DKD-R 5-7 (DKD,
2004), foi calculada utilizando-se das seguintes fontes: incerteza combinada do
sistema de medição de umidade relativa (u
sur
), incerteza devido à resolução da
indicação de umidade relativa da câmara [u(
δ
UR
res
)], incerteza devido à não
homogeneidade espacial de umidade relativa [u(
δ
UR
inhom
)], incerteza devido à
instabilidade temporal de umidade relativa [u(
δ
UT
instab
)], desvio padrão experimental
da umidade relativa média do local de medição de referência [u(
δ
UR)] e desvio
132
padrão experimental da umidade relativa média da câmara climática [u(
δ
UR
C
)]. Foi
utilizado fator de abrangência k=2, o que fornece uma probabilidade de abrangência
de aproximadamente 95%. A seguinte equação foi então utilizada para o cálculo da
incerteza expandida:
2
C
2
2
instab
2
inhom
2
res
2
sur
UR
)
UR
u(
UR)
u(
)
UR
u(
)
UR
u(
)
UR
u(
u
k
U
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
×
=
(56)
A incerteza combinada do sistema de medição de umidade relativa do local
de referência (centro do espaço de trabalho) foi apresentada na tabela 29.
A incerteza devido à resolução da indicação de umidade relativa da câmara
[u(
δ
UR
res
)] foi estimada como sendo a metade do valor do dígito (0,1 %ur) e eqüivale
a meia largura de uma distribuição de probabilidade retangular. Assim:
C
º
0,0289
3
2
0,1
)
UR
u(
res
=
×
=
δ
(57)
Os valores de não homogeneidade espacial de umidade relativa (
δ
UR
inhom
)
foram apresentados na tabela 35. As incertezas referentes a estes valores foram
calculadas através da equação 6.
Os valores de instabilidade temporal de umidade relativa para todos os locais
de medição (
δ
UR
instab
) foram apresentados na tabela 42. A incerteza referente à
instabilidade temporal de umidade relativa do local de medição de referência (centro
do espaço de trabalho) foi calculada, para cada ponto, através da equação 8.
O desvio padrão experimental da umidade relativa média do local de medição
de referência [u(
δ
UR)] foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental
das medições pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma
distribuição normal.
O desvio padrão experimental da umidade relativa média da câmara climática
[u(
δ
UR
C
)] foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das medições
pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição normal.
A tabela 55, a seguir, apresenta, para cada umidade relativa de ajuste (UR
a
),
a incerteza combinada do sistema de medição de umidade relativa do local de
medição de referência (u
sur
), a incerteza devido à resolução da indicação de
133
umidade relativa da câmara [u(
δ
UR
res
)], a incerteza devido à não homogeneidade
espacial de umidade relativa [u(
δ
UR
inhom
)], a incerteza devido à instabilidade
temporal de umidade relativa do local de medição de referência [u(
δ
UR
instab
)], o
desvio padrão experimental da umidade relativa média do local de medição de
referência [u(
δ
UR)], o desvio padrão experimental da umidade relativa média da
câmara climática [u(
δ
UR
C
)], a incerteza combinada da calibração da indicação de
umidade relativa da câmara em relação ao espaço de trabalho (u
URc
) e a incerteza
expandida da calibração da indicação de umidade relativa da câmara em relação ao
espaço de trabalho (U
URc
), calculada conforme a equação 56.
Tabela 55 – Incertezas combinadas e expandidas de umidade relativa (%ur)
UR
a
u
sur
u(δδUR
res
)
u(δδUR
inhom
)
u(δδUR
instab
)
u(δδUR)
u(δδUR
C
)
u
Urc
U
URc
30
0,079
0,0289 0,2582 0,3766
0,0333
0,0277
0,466
0,93
45
0,120
0,0289 0,1957 0,2848
0,0224
0,0155
0,368
0,74
60
0,158
0,0289 0,2882 0,4486
0,0447
0,0314
0,560
1,12
75
0,195
0,0289 0,4230 1,1377
0,0868
0,0765
1,235
2,47
90
0,231
0,0289 0,5395 0,7280
0,0477
0,0407
0,938
1,88
Fonte: Elaboração própria
A tabela 56, a seguir, apresenta para cada umidade relativa de ajuste na
câmara (UR
a
), a umidade relativa média da câmara (UR
C
); a umidade relativa média
do local de medição de referência (UR
l ref
), que corresponde ao centro de espaço de
trabalho; a correção da indicação de umidade relativa (
∆
UR
in
), que eqüivale a
diferença entre a umidade relativa média do local de medição de referência e a
umidade relativa média da câmara climática; e a incerteza expandida da calibração
da indicação de umidade relativa da câmara em relação ao espaço de trabalho
(U
URc
).
Tabela 56 – Apresentação dos resultados em %ur (DKD)
UR
a
UR
C
UR
l ref
∆∆UR
in
U
URc
30 30,0 27,5 -2,5 0,9
45 45,0 43,3 -1,7 0,8
60 60,0 58,9 -1,1 1,1
75 75,0 74,6 -0,4 2,5
90 89,9 89,9 0,0 1,9
Fonte: Elaboração própria
134
3.6.8.3 Conforme o guia do SEE
A incerteza expandida da calibração da câmara climática, pelo método de
análise do caso médio do guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the
Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), foi calculada através da
multiplicação da incerteza padrão combinada, determinada através da raiz quadrada
da soma das incertezas ao quadrado, pelo fator de abrangência k=2, que fornece
uma probabilidade de abrangência de aproximadamente 95%. A seguinte equação
foi então utilizada para o cálculo da incerteza expandida:
2
res
2
C
2
2
Fur
2
Gur
2
sur
UR
)
UR
u(
)
UR
u(
UR)
u(
u
k
U
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
δ
+
×
=
(58)
Onde,
u
sur
– Incerteza combinada do sistema de medição de umidade relativa
δ
Gur
– Incerteza referente ao gradiente de umidade relativa
δ
Fur
– Incerteza referente à flutuação de umidade relativa
u(
δ
UR) – Desvio padrão experimental da umidade relativa média de referência
do espaço de trabalho
u(
δ
UR
C
) – Desvio padrão experimental da umidade relativa média da câmara
climática
u(
δ
UR
res
) – Incerteza devido à resolução da indicação de umidade relativa da
câmara climática
A incerteza referente ao sistema de medição de umidade relativa foi
determinada para cada local de medição e o maior valor obtido foi adotado. As
incertezas combinadas dos sistemas de medição foram apresentadas na tabela 29.
Os gradientes de umidade relativa, apresentados na tabela 36, e as
flutuações, apresentadas na tabela 43, baseiam-se numa distribuição normal pois
são provenientes de um conjunto de medições.
Já o desvio padrão experimental da umidade relativa média de referência do
espaço de trabalho foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das
medições pela raiz quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição
normal.
135
O desvio padrão experimental da umidade relativa média da câmara climática
foi obtida através da divisão do desvio padrão experimental das medições pela raiz
quadrada do número de medidas e eqüivale a uma distribuição normal.
A incerteza devido à resolução da indicação de umidade relativa da câmara
foi estimada como sendo a metade do valor do dígito e eqüivale a meia largura de
uma distribuição de probabilidade retangular, conforme a equação 57.
A tabela 57, a seguir, apresenta, para cada ponto analisado, a umidade
relativa média de referência do espaço de trabalho (UR), a incerteza referente ao
sistema de medição de umidade relativa (u
sur
), a incerteza referente ao gradiente de
umidade relativa (
δ
Gur
), a incerteza referente à flutuação de umidade relativa (
δ
Fur
), o
desvio padrão experimental da umidade relativa média de referência do espaço de
trabalho [u(
δ
UR)], o desvio padrão experimental da umidade relativa média da
câmara climática [u(
δ
UR
C
)], a incerteza devido à resolução da indicação de umidade
relativa da câmara [u(
δ
UR
res
)], a incerteza combinada da calibração da câmara (u
UR
)
e a incerteza expandida da calibração da câmara (U
UR
), calculada conforme a
equação 58.
Tabela 57 – Incertezas combinadas e expandidas de umidade relativa (%ur)
UR u
sur
δδ
Gur
δδ
Fur
u(δδUR)
u(δδUR
C
)
u(δδUR
res
)
U
UR
U
UR
27,58
0,086 0,23 0,32 0,0132 0,0277 0,0289 0,404 0,81
43,34
0,130 0,18 0,22 0,0093 0,0155 0,0289 0,316 0,63
58,91
0,173 0,24 0,42 0,0164 0,0314 0,0289 0,520 1,04
74,52
0,215 0,36 0,84 0,0307 0,0765 0,0289 0,940 1,88
89,80
0,255 0,46 0,50 0,0211 0,0407 0,0289 0,727 1,45
Fonte: Elaboração própria
A tabela 58, a seguir, apresenta, para cada umidade relativa de ajuste na
câmara (UR
a
), a umidade relativa média da câmara (UR
C
); a umidade relativa média
de referência do espaço de trabalho (UR); a correção da indicação de umidade
relativa (
∆
UR
in
), que eqüivale a diferença dentre a umidade relativa média de
referência do espaço de trabalho e a umidade relativa média da câmara climática; e
a incerteza expandida da calibração da câmara climática (U
UR
).
136
Tabela 58 – Apresentação dos resultados em %ur (SEE)
UR
a
UR
C
UR
∆∆UR
in
U
UR
30 30,0 27,6 -2,4 0,8
45 45,0 43,3 -1,7 0,6
60 60,0 58,9 -1,1 1,0
75 75,0 74,5 -0,5 1,9
90 89,9 89,8 -0,1 1,5
Fonte: Elaboração própria
Para o cálculo da incerteza expandida do valor de umidade relativa ajustado
na câmara (U
URa
), pelo método da análise de pior caso, determinou-se a diferença
entre a umidade relativa média de referência de cada local de medição do espaço de
trabalho e a umidade relativa de ajuste. Foi adicionada à maior diferença encontrada
(
∆
UR
max
), o dobro do seu valor de flutuação (
δ
Fur
) e a incerteza expandida do
respectivo sistema de medição de umidade relativa (U
sur
). A seguinte equação foi
então utilizada:
sur
Fur
max
URa
U
2
UR
U
+
δ
×
+
∆
=
(59)
A tabela 59, a seguir, apresenta para cada umidade relativa ajustada na
câmara (UR
a
), a maior diferença entre a umidade relativa média de referência de um
local de medição e a umidade relativa de ajuste (
∆
UR
max
), a incerteza referente à
flutuação (
δ
Fur
), a incerteza expandida do sistema de medição de umidade relativa
(U
sur
) e a incerteza expandida da umidade relativa ajustada (U
URa
).
Tabela 59 – Incertezas associadas aos valores de umidade
Relativa ajustados na câmara (%ur)
UR
a
∆∆UR
max
δδ
Fur
U
sur
U
URa
30,0 2,68 0,312 0,161 3,5
45,0 1,94 0,208 0,231 2,6
60,0 1,56 0,420 0,304 2,7
75,0 1,13 0,819 0,375 3,1
90,0 1,02 0,428 0,442 2,3
Fonte: Elaboração própria
137
4. CONSIDERAÇÕES
4.1 TERMOS E DEFINIÇÕES
O termo empregado na norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) para o processo
de avaliação de temperatura e umidade em câmaras é caracterização. Já nos guias
DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance
of Environmental Chambers
(SEE, 2003), o termo empregado para o mesmo
processo é calibração. Todavia, na opinião do autor, os dois termos podem ser
empregados, porém com enfoques distintos.
Calibração, conforme definição do VIM (INMETRO, 2003) apresentada no
Capítulo 1 deste trabalho, consiste em um conjunto de operações que estabelece,
sob condições especificadas, a relação entre os valores indicados por um sistema ou
instrumento de medição e os valores correspondentes das grandezas estabelecidas
por padrões. Sendo assim, a calibração da câmara em temperatura e/ou umidade
consiste na relação entre os valores indicados pelo equipamento e aqueles
indicados pelos instrumentos padrões. Sendo que, os valores padrões podem ser
obtidos em um local específico da câmara ou através de um conjunto de
instrumentos padrões que representam um espaço de trabalho no interior do
dispositivo. Ou seja, a calibração consiste na determinação da correção da indicação
da câmara e na estimativa da incerteza de medição. Cabe ressaltar que, a
calibração deve ser executada nas condições de interesse do usuário, uma vez que,
não é adequado assumir que os resultados obtidos para uma dada condição são
válidos para outras.
A caracterização consiste em efetuar todas as medições na câmara para
determinar o seu real desempenho. A caracterização pode ser efetuada quando a
câmara estiver com seu ambiente estabilizado ou não. Através da caracterização,
diversos parâmetros metrológicos são obtidos, tais como: gradiente, flutuação,
desvio, velocidade do ar, efeito da radiação das paredes, taxa de mudança da
temperatura, tempo de recuperação após uma ação intencional (abertura de porta,
corte do fornecimento de energia, etc.) e outros. A caracterização pode ser efetuada
apenas para fornecer os dados necessários à calibração da câmara ou para fornecer
estes e outros dados de interesse do usuário.
138
Já a verificação da câmara consiste na comparação dos resultados obtidos
durante a caracterização com as especificações da câmara a fim de verificar se
estas estão conformes ou não.
4.2 ANÁLISE DAS MEDIÇÕES E DOS RESULTADOS
Através das medições e dos resultados obtidos na câmara climática, diversas
considerações sobre seu o comportamento podem ser feitas. Analisando-se as
temperaturas médias de referência dos locais de medição apresentadas nas tabelas
9 e 10, verifica-se que as regiões mais quentes localizam-se no lado direito da
câmara e que as regiões mais frias localizam-se, na maioria das vezes, no lado
esquerdo.
A norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) determina o gradiente da câmara
através da diferença entre os valores médios máximo e mínimo, acrescidos das
incertezas expandidas, e o gradiente máximo através da diferença entre os valores
máximo e mínimo, acrescidos das incertezas expandidas dos sensores. Todavia,
para fins de cálculo da incerteza expandida do valor médio, a heterogeneidade da
câmara em relação ao espaço é caracterizada pelo cálculo do desvio padrão da
reprodutibilidade (equação 16). Já o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) estabelece que o
gradiente (não homogeneidade espacial) é a maior diferença entre um local de
medição e o local de referência. No caso do guia
A Guide to Calculating the
Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003), calcula-se
para cada instante do período de medição o desvio padrão experimental das leituras
e o maior valor encontrado é assumido como gradiente. Todavia, o gradiente da
câmara pode ainda ser determinado de uma forma distinta das que foram descritas
anteriormente, ou seja, calculando-se para cada instante a diferença entre os
valores máximo e mínimo e adotando o maior valor como gradiente.
As tabelas 60 e 61, a seguir, apresentam, para cada ponto, a maior diferença
obtida em um dado instante entre as temperaturas máxima e mínima.
Tabela 60 – Maior diferença de temperatura (ºC): 0 ºC a 30 ºC
0 ºC 5 ºC 10 ºC 15 ºC 20 ºC 25 ºC 30 ºC
0,647 0,309 0,270 0,267 0,229 0,186 0,142
Fonte: Elaboração própria
139
Tabela 61 – Maior diferença de temperatura (ºC): 35 ºC a 70 ºC
35 ºC 40 ºC 45 ºC 50 ºC 55 ºC 60 ºC 65 ºC 70 ºC
0,093 0,077 0,129 0,266 0,414 0,531 0,650 0,813
Fonte: Elaboração própria
A tabela 62, a seguir, apresenta, para cada ponto, a maior diferença obtida
em um dado instante entre a umidade relativa máxima e a umidade relativa mínima.
Tabela 62 – Maior diferença de umidade relativa (%ur)
30 %ur 45 %ur 60 %ur 75 %ur 90 %ur
0,67 0,60 0,85 1,33 1,67
Fonte: Elaboração própria
Com relação à flutuação, a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) determina
este parâmetro, para cada local de medição, através da diferença entre os valores
máximo e mínimo; porém as incertezas expandidas dos sensores não são levadas
em consideração. Na opinião do autor, tais valores poderiam ser considerados na
determinação do parâmetro, da mesma forma como foram considerados no cálculo
do gradiente máximo. Cabe ainda destacar que, para fins do cálculo da incerteza de
medição, este parâmetro é determinado através do desvio padrão da repetitividade
(equação 15) ou como sendo o maior desvio padrão obtido no espaço de trabalho.
Já o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) estabelece que a flutuação (instabilidade
temporal) é a maior diferença entre uma medição do intervalo de medições e o valor
médio. No caso do guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), calcula-se para cada local de medição o
desvio padrão experimental das leituras e o maior valor encontrado é assumido
como flutuação. Independentemente do método de cálculo, através da análise dos
dados apresentados no capítulo anterior, é possível concluir que as regiões do
equipamento que na maioria das vezes apresentam as maiores flutuações de
temperatura são o canto superior esquerdo e o canto inferior direito do plano traseiro
do espaço de trabalho.
Analisando-se as medições de temperatura de ponto de orvalho realizadas no
centro do espaço de trabalho, pode-se determinar, para cada ponto, a diferença
entre o maior e o menor valor e o desvio padrão experimental das medições. Tais
valores estão apresentados, a seguir, na tabela 63.
140
Tabela 63 – Análise da temperatura de ponto de orvalho no centro do espaço de trabalho (ºC)
Diferença entre o maior e o menor valor
de temperatura de ponto de orvalho
Desvio padrão
experimental
30 %ur
0,59 0,157
45 %ur
0,24 0,063
60 %ur
0,39 0,108
75 %ur
0,73 0,169
90 %ur
0,34 0,080
Fonte: Elaboração própria
A calibração da câmara permite determinar as correções de suas indicações
em relação a um valor médio de referência do espaço de trabalho ou em relação à
temperatura média de referência de um determinado local. Através dos valores
apresentados no capítulo anterior, verifica-se que as correções necessárias à
indicação de temperatura da câmara na faixa de 0 ºC a 70 ºC, em relação à
temperatura média de referência do espaço de trabalho, variam de 0,02 ºC a
0,79 ºC, e de 0,01 ºC a 0,76 ºC, em relação à temperatura média de referência do
local de referência (centro do espaço de trabalho).
No caso de umidade relativa, as correções necessárias à indicação na faixa
de 30 %ur a 90 %ur (na temperatura de 20 ºC), em relação à umidade relativa média
de referência do espaço de trabalho, variam de –2,4 %ur a –0,1 %ur, e de –2,5 %ur
a 0,0 %ur, em relação à umidade relativa média de referência do centro do espaço
de trabalho.
Uma outra análise que pode ser feita sobre o comportamento da câmara é a
de que as temperaturas médias de referência do centro do espaço de trabalho
(centro da câmara) e as temperaturas médias de referência do espaço de trabalho
são praticamente as mesmas. Através dos dados apresentados nas tabelas 9 e 10,
verifica-se que, na faixa de 0 ºC a 50 ºC, a maior diferença foi de 0,01 ºC e, na faixa
de 55 ºC a 70 ºC, as diferenças ficaram entre 0,02 ºC e 0,05 ºC. Com isso, conclui-
se que, no espaço de trabalho avaliado, o equipamento apresenta uma ótima
homogeneização da atmosfera.
A fim de avaliar as incertezas expandidas de temperatura e umidade relativa,
estimadas conforme a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) e os guias DKD-R 5-7
(DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003), foi verificado a quantidade de medições que
se encontravam dentro do intervalo definido pela incerteza e foi constatado que, em
141
todos os pontos de calibração, sempre mais do que 97,5% das medições estavam
dentro do intervalo. Tais valores estão de acordo com as probabilidades de
abrangência de aproximadamente 95% fornecidas pelo fator de abrangência k=2
que foi utilizado em todos os cálculos de incerteza expandida.
As incertezas expandidas calculadas pela norma da AFNOR, por estarem
associadas aos valores médios de referência, não levaram em consideração as
fontes de incerteza relativas à indicação da câmara (resolução e repetitividade das
medições). No caso dos guias do DKD e do SEE, como as incertezas estão
associadas às indicações da câmara, tais fontes de incerteza foram utilizadas. Se
estas fontes tivessem sido utilizadas nos cálculos feitos pela norma AFNOR, as
diferenças encontradas entre os valores determinados por este documento e pelos
dois guias teriam sido ainda menores. Todavia, comparando-se as incertezas
expandidas determinadas através da norma da AFNOR e dos guias do DKD e do
SEE, nota-se que as diferenças são pequenas, mostrando assim a convergência
que há entre os documentos.
Em certos casos, a incerteza expandida foi arredondada para baixo. Porém,
em nenhum destes casos, o arredondamento diminuiu o valor numérico da incerteza
de medição em mais de 5%.
Quando da avaliação da umidade relativa da câmara, a temperatura média de
referência do espaço de trabalho no ponto 60 %ur a 20 ºC foi de 20,50 ºC e a
temperatura média da câmara foi de 20,05 ºC. Comparando-se estes valores com
aqueles obtidos quando da avaliação de temperatura (tabela 9), verifica-se que as
diferenças são muitas pequenas, ou seja, 0,01 ºC de diferença na temperatura
média de referência do espaço de trabalho e 0,03 ºC de diferença na temperatura
média da câmara. Com isso, conclui-se que a câmara possui uma boa aptidão de
conservar constantes suas características metrológicas ao longo do tempo.
4.3 INSTRUMENTAÇÃO
Com relação à instrumentação, os tipos de termômetros e higrômetros
recomendados na norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) representam a grande parte
dos instrumentos de suas áreas. Já os guias DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e
A Guide to
Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE,
2003) não se aprofundam muito neste tema; porém, através da leitura dos guias,
142
nota-se que devem ser utilizados na avaliação da câmara os mesmos tipos de
instrumentos que foram recomendados na norma francesa.
Para calibração da câmara, podem ser utilizados instrumentos mais simples
do que aqueles que foram utilizados na elaboração deste trabalho. Podem ser
utilizados, por exemplo, termômetros de 0,01 ºC de resolução e higrômetro de ponto
de orvalho de 0,1 ºC de resolução. A utilização de higrômetros de impedância
elétrica (capacitivo ou resistivo) também é possível. Porém, deve-se ressaltar que, a
medida que vai se utilizando instrumentos mais simples e com incertezas mais altas,
maiores serão as incertezas da calibração da câmara. Sendo assim, um laboratório
que planeja prestar este tipo de serviço deve avaliar cuidadosamente que tipo de
instrumentação deve adquirir para atender às necessidades de seu público alvo.
Outro importante aspecto que deve ser considerado refere-se à aquisição das
medições. Na calibração da câmara, diversos instrumentos precisam ser lidos em
um curto intervalo de tempo. Sendo assim, é inviável executar todas as leituras de
forma manual. Logo, a aquisição automática dos dados se faz necessária. A
utilização de instrumentos que podem ter suas medições armazenadas em um
computador, através de saída RS-232 ou de outro tipo, é uma boa opção. Outra
hipótese, é a utilização de instrumentos que fazem a armazenagem dos dados na
sua própria memória, são os chamados
data loggers
.
4.4 ANÁLISE DOS DOCUMENTOS TÉCNICOS
Quanto aos métodos de calibração, a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) e os
guias DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e
A Guide to Calculating the Uncertainty of the
Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003) descrevem, basicamente,
dois métodos de calibração de câmara (climática ou térmica): com ou sem carga. No
caso da norma da AFNOR e dos guias do DKD e do SEE, a calibração da câmara,
com ou sem carga, é executada em relação ao espaço de trabalho; porém, no caso
do guia do DKD, a calibração também pode ser executada em relação a um local de
medição de referência, método este que só deve ser utilizado em casos específicos.
O guia do SEE descreve ainda a possibilidade de calibrar a câmara durante sua
utilização, o que é bastante útil quando se executa diversos ensaios ou se opera
com cargas distintas.
143
No caso de calibração da câmara com carga, é imprescindível que o efeito da
carga utilizada seja avaliado e considerado no cálculo de incerteza e que esta esteja
devidamente descriminada no certificado de calibração do equipamento. Sendo
assim, a calibração da câmara com carga só é oportuna quando o usuário opera
sempre com cargas similares e com um mesmo arranjo, uma vez que o certificado
de calibração só estará sendo válido para aquelas condições.
Com relação ao efeito da radiação, a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) não
se aprofunda neste tema e descreve que este efeito deve ser avaliado conforme a
norma NF EN 27726 (AFNOR, 1994). Já o guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) sugere
quatro métodos pelo quais o efeito da radiação pode ser avaliado. O guia
A Guide to
Calculating the Uncertainty of the Performance of Environmental Chambers
(SEE,
2003) não contempla este parâmetro.
No certificado de calibração da câmara deve constar: a identificação do
equipamento, tais como: fabricante, modelo, número de série e código do cliente;
suas características, tais como: faixa de operação, resolução, dimensões internas,
tipo e localização dos sensores; as informações pertinentes à calibração, tais como:
pontos de calibração, condições ambientais, instrumentos e equipamentos utilizados,
rastreabilidade e localização dos padrões de referência no interior da câmara; carga
utilizada e seu posicionamento; o procedimento de medição, especificando o tempo
para atingir a estabilização do ambiente, a quantidade e o intervalo entre as
medições; e os resultados obtidos, especificando os valores médios dos locais de
medição, os valores ajustados, os valores médios do espaço de trabalho ou do local
de medição de referência, os valores médios das indicações da câmara, as
correções das indicações, as incertezas expandidas, o fator de abrangência utilizado
e outras avaliações acordadas com o usuário (gradiente, flutuação, efeito da carga,
taxa de resfriamento e/ou aquecimento e outras). Esta lista não está completa,
podendo haver outras informações relevantes que devam constar no certificado de
calibração da câmara. O certificado deve incluir ainda as informações descritas na
norma NBR ISO/IEC 17025 (ABNT, 2005), especialmente se o executor for um
laboratório integrante à Rede Brasileira de Calibração.
Dentre os três documentos analisados, a norma NF X15-140 (AFNOR, 2002)
é o único que faz referência à medição da velocidade do ar no interior da câmara.
Porém, executar a medição de tal parâmetro no interior da câmara quando há carga
no seu interior é muito difícil. Sendo assim, a norma só recomenda sua medição
144
quando a câmara está sem carga. Outra dificuldade na medição da velocidade do ar,
é conhecer de antemão sua direção no interior do equipamento. Cabe ressaltar que,
a câmara pode ser calibrada em temperatura e/ou umidade relativa
independentemente da medição da velocidade do ar no seu interior.
A norma NF X15-140 (AFNOR, 2002) é também a única que descreve certas
avaliações que podem ser feitas quando o ambiente no interior da câmara já está
estável ou quando este está buscando sua estabilização. Tais testes são bastantes
interessantes e podem ser de grande valia para o usuário do equipamento. O
usuário pode ter interesse, por exemplo, em conhecer a temperatura mais alta
ocorrida no interior da câmara quando esta estava buscando sua estabilização, de
modo a verificar se esta alta temperatura causou algum impacto na amostra. Outro
exemplo, pode ser o interesse do usuário em conhecer o período requerido para o
ambiente retornar ao estado estável após uma abertura da porta da câmara ou o
período que o equipamento levará para atingir uma temperatura limite que não
danifique as amostras, no caso de falta de energia elétrica.
O guia DKD-R 5-7 (DKD, 2004) é o único dos três documentos que descreve
a possibilidade de calibração de um local de medição individual da câmara, não
estando assim a câmara calibrada por inteiro. Tal metodologia de calibração, na
opinião do autor, não deve atender as necessidades de grande parte dos usuários
de câmara, visto que, geralmente os usuários utilizam um certo espaço interno do
equipamento e não apenas um ponto do seu interior.
O guia
A Guide to Calculating the Uncertainty of the Performance of
Environmental Chambers
(SEE, 2003) apresenta um método de calibração de
câmara, denominado análise do pior caso, que é muito prático para o usuário, uma
vez que este não precisa se preocupar com as indicações do equipamento e suas
correções. Por este método, o usuário saberá que, para um determinado ajuste da
câmara, nenhuma medição esteve fora dos limites superior e interior definidos pela
incerteza de medição, com um determinado nível de confiança, quando da sua
calibração. Porém, tal método só deve ser empregado quando a finalidade na qual a
câmara se destina, não requer baixas incertezas.
Tanto a norma francesa NF X15-140 (AFNOR, 2002) quanto o guia alemão
DKD-R 5-7 (DKD, 2004) e o guia britânico
A Guide to Calculating the Uncertainty of
the Performance of Environmental Chambers
(SEE, 2003) foram elaborados por
comitês compostos por membros com experiência nos campos de termometria e
145
higrometria e foram publicados por organismos que gozam de credibilidade. Todos
os três documentos são de fácil entendimento e aplicação. A apresentação de um
item com definições, um com documentos de referência e anexos com exemplos de
avaliações no interior da câmara são características inerentes aos três. Tais itens
facilitam a interpretação dos documentos e apontam caminhos que possibilitam
desenvolver-se no tema e em assuntos correlatos.
146
5. CONCLUSÕES E PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS
5.1 CONCLUSÕES
Neste trabalho, três metodologias de avaliação de temperatura e/ou umidade
em câmaras (climáticas ou térmicas) foram analisadas. Com base no referencial
teórico, na análise experimental e nas considerações finais, as conclusões, a seguir,
podem ser apresentadas:
•
câmaras climáticas e câmaras térmicas são utilizadas em vários
segmentos industriais e centros de pesquisas para os mais diversos fins.
Em muitos casos, é de extrema relevância que as medições de
temperatura e/ou umidade executadas nestes equipamentos sejam
confiáveis. Sendo assim, a calibração de tais equipamentos torna-se
fundamental;
•
a calibração/caracterização da câmara permite ao usuário conhecer o
seu desempenho e suas características metrológicas, tais como:
gradientes, flutuações, correções e outras;
•
a calibração da câmara sustenta os resultados dos testes realizados no
seu interior;
•
a calibração da câmara contribui para o atendimento de requisitos do
sistema de gestão da empresa;
•
com base na pesquisa e na análise dos três documentos que tratam da
calibração/caracterização de câmaras, pode-se concluir que as
diferenças existentes estão geralmente relacionadas no modo como
determinados parâmetros metrológicos são avaliados;
•
comparando-se os resultados obtidos através dos três documentos que
tratam da calibração/caracterização de câmaras, nota-se que as
diferenças são pequenas, evidenciando assim a convergência que há
entre os documentos;
•
a elaboração deste trabalho é uma das formas de aumentar a
conscientização dos usuários de câmara sobre a importância de calibrar
seus equipamentos.
147
5.2 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS
As seguintes sugestões podem ser indicadas para trabalhos futuros:
•
avaliação da velocidade do ar no interior da câmara e seus efeitos na
homogeneização do ambiente;
•
avaliação dos efeitos da radiação no interior da câmara;
•
avaliação de temperatura e umidade em outros tipos de câmaras;
•
avaliação da distribuição de umidade absoluta no interior da câmara
climática.
148
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