Confiabilidade metrologica na isnpeção de equipamentos

Confiabilidade metrologica na isnpeção de equipamentos

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CONAEND 030

Paulo Cezar da Costa Lino Dunham1,Marcio Machado2 (b)

Copyright 2006, ABENDE Trabalho apresentado no CONAEND&IEV 2006, São Paulo, 2006 As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es).

1 - SINOPSE

No processo de inspeção de equipamentos realizam-se várias medições, cujos resultados são utilizados para tomadas de decisão. Tendo como base os resultados das medições, os equipamentos assim como as instalações, podem ser considerados em conformidade ou não, com relação às suas respectivas especificações. Um bom exemplo que se pode apresentar, encontra-se na estimativa da vida residual de um equipamento, a partir dos resultados das medições de espessura de parede. A qualidade principal dos instrumentos ou padrões de medição, consiste em apresentar resultados com a confiabilidade metrológica requerida, para a atividade a ser executada, ou seja, com o menor erro possível, assim como baixo valor da incerteza de medição; no entanto, todo instrumento por melhor que seja, apresenta erros e incerteza de medição e sua caracterização é de suma importância para que os resultados da medição, sejam determinados de forma segura e suas conformidades sejam definidas de forma clara e objetiva. Desta forma, a determinação dos erros e incerteza da medição dos instrumentos utilizados na inspeção, é de altíssima importância. Um sistema de gestão metrológica eficaz assegura que os instrumentos e processos de medição, sejam utilizados de forma adequada ao uso pretendido, visando alcançar a qualidade necessária para a realização de medições nas mais diversas inspeções, além de possibilitar o gerenciamento dos diversos riscos nos processos produtivos. Devido à falta de especialistas em metrologia nas atividades de inspeção de equipamentos de maneira geral, a gestão do sistema medição pode ficar relegada o segundo plano, colocando em dúvida os resultados das medições realizadas; desta forma, torna-se necessário que as atividades de inspeção de equipamentos e instalações, possuam um sistema de gestão de medição eficaz visando assegurar a confiabilidade dos resultados de suas inspeções.

2 - INTRODUÇÃO

O trabalho apresenta a importância da metrologia nas atividades de inspeção de equipamentos, mostrando que decisões equivocadas podem ser tomadas, em virtude de erros que venham acontecer nas medições que são realizadas nos ensaios não destrutivos e na inspeção de equipamentos de uma forma geral. Demonstra que estes erros podem ter sua origem nos aparelhos de inspeção, nos inspetores e nos processos de medição que são utilizados. Apresenta alguns exemplos que podem ocorrer, em virtude do conhecimento limitado em metrologia dos profissionais que atuam na área de ensaios não destrutivos e inspeção de equipamentos. Um estudo de caso realizado na UN-BSOL, utilizando dez profissionais certificados em medição de espessura é apresentado com resultados surpreendentes. Uma proposta de um sistema de gestão metrológica para as atividades de ensaios não destrutivos e inspeção equipamentos, é apresentada para debate da comunidade de inspeção de equipamentos.

3 – CONFIABILIDADE METROLÓGICA NA INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS 3.1 – Características do sistema

Nas atividades de inspeção de equipamentos e ensaios não destrutivos, inúmeras medições são realizadas, onde poderão ser avaliadas grandezas de influência, como por exemplo, nível de luminosidade ou temperatura de uma superfície nos ensaios de líquido penetrante, partículas magnéticas, ultra-som, etc., ou podem ser utilizadas medições, cujos resultados são considerados para tomadas de decisão, como a pressão de abertura de uma válvula de segurança, a espessura de parede de um vaso de pressão, a dureza de uma peça soldada, etc. Os usuários de instrumentos de medição, nas atividades de inspeção, normalmente possuem um requisito para utilizar a inspeção, medições e testes o qual consiste apenas em atestar que os instrumentos estão calibrados, e desta forma atender a fontes externas, tais como a portaria do INMETRO 16/2001, ISO 9000, entre diversas outras.

Muitos engenheiros e técnicos engajados nas atividades de inspeção, encaram a calibração como não agregante de valor a atividade relacionada, cujo único motivo de sua existência é para atendimento aos requisitos normativos. Tendo como base os parâmetros de rapidez, alta qualidade e baixo custo, a escolha normalmente recairá na rapidez e o menor custo possível, estando normalmente, mais preocupados com o atendimento à conformidade dos requisitos normativos, do que com a qualidade do processo de medição.

Atentamos para o fato, de que, uma confiabilidade metrológica deficiente, pode afetar a qualidade e confiabilidade dos resultados de uma inspeção, testes ou ensaios.

A seguir apresentamos alguns exemplos fictícios de medições, onde não são levados em consideração os fatores metrológicos.

Medição de espessura de um vaso

probabilidade de a espessura encontrar-se abaixo do valor mínimo especificado

No projeto de um vaso de pressão, foi estabelecida uma espessura mínima na parede do casco de 15,0 m. Na inspeção deste vaso, um profissional certificado pelo SNQC, encontrou o valor de 15,2mm e o vaso foi considerado aprovado sem restrição. No entanto, avaliando o processo de medição, verificou-se que a incerteza deste foi avaliada em U=±0,5mm (95,5%); de onde se conclui que a espessura do vaso pode encontrar-se no intervalo de [14,7 @ 15,7]m, ou seja, existe uma

Ilustração 1: Resumo esquemático da medição de espessura do vaso. ‘

Calibração de uma válvula de alívio de pressão

tolerância permissível

Uma válvula de segurança tem sua pressão de ajuste especificada em Paj=8300kPag±3%. Com isso esta PSV pode ser ajustada no intervalo de Pac=[8290 @ 8549] kPag. Durante o teste de bancada a PSV foi ajusta em 8500 kPag, valor que esta dentro das suas tolerâncias e a PSV foi liberada para operação. No teste foi utilizado um manômetro classe A1, com escala de 0 @ 21000 kPag. Na calibração deste manômetro foi encontrado um erro máximo de 210 kPag, na faixa entre 8000 @ 9000 kPag e este manômetro foi aprovado, pois o erro máximo encontra-se dentro da sua tolerância. Verifica-se, entretanto, que o valor da pressão ajustada em bancada pode encontrar-se na faixa de Pa=[8290 @ 8710] kPag, existindo uma probabilidade da válvula ter sido ajustada acima da

Espessura mínima especificada

Espessura encontrada

Medidor de espessura E=0,0 m U=±0,5mm

Ilustração 2: Esquema da calibração da válvula de segurança

Determinação da vida residual de uma tubulação

Em uma inspeção realizada três anos atrás, o ponto de monitoramento de uma tubulação apresentava a espessura de parede de 5,0mm. Esta tubulação tem uma taxa de corrosão real de 0,17mm/a, significando que sua espessura atual encontra-se em 4,5mm. Tendo em vista que a espessura mínima de projeto desta tubulação é 4,2mm, conclui-se que a mesma tem uma vida residual de 1,76anos. No entanto, na medição de espessura atual, foram encontrados 4,75mm, tendo em vista que o processo de medição (instrumento/procedimento/meio/inspetor) apresentou um erro de +0,2mm. Diante destes dados, os cálculos levaram a determinar a taxa de corrosão de 0,08mm/a e uma vida residual estimada em 6,8 anos, isto é, quatro vezes acima da real.

3.2 – Não conformidades verificadas

Na lista abaixo, verifica-se algumas não conformidades que ocorrem devido à falta de um tratamento adequado aos requisitos metrológicos.

a) Equipamentos de inspeção não calibráveis, sem identificação desta situação; b) Equipamentos de controle de grandezas de influência não inseridos no plano de comprovação metrológica (termômetros); c) Procedimentos sem especificares as condições ambientais em que devem ser realizadas as medições; d) Auditórias não são eficientes na área de confiabilidade metrológica; e) Tratamento inadequado das não conformidades; f) Falta de procedimentos para alguns processos de medição (dimensional, dureza, rugosidade, etc); g) Falta de procedimentos estabelecendo os critérios de determinação da freqüência de calibração; h) Falta de critérios de avaliação dos instrumentos após calibração; i) Certificados de calibração sem realização de análise crítica; j) Utilização de planilhas de cálculo sem processo de validação; k) Deficiência de capacitação do pessoal envolvido com relação a cadeira de metrologia; l) Fornecedores externos não submetidos a processo de qualificação adequado; m) Falta de evidência de rastreabilidade de padrões de laboratórios de calibração, quando estes não são acreditados; n) Falta de monitoramento dos processos de medição; o) Não existência de um responsável designado com capacitação adequada, para gestão metrológica nas atividades de inspeção. p) As tolerâncias de instrumentos são estabelecidas empiricamente sem considerar os requisitos metrológicos.

Pressão de ajuste 8300 kPag Tc±3%

4 – SISTEMA DE GESTÃO DE METROLÓGICA 4.1 – Modelo de gestão

A gestão de medição eficaz, busca assegurar que o equipamento em medição, e os processos nos quais se encontram tais instrumentos, estão adequados para o uso pretendido e é importante para atingir a qualidade dos produtos, assim como gerenciar riscos inerentes ao processo.

Basicamente, para a gestão da medição, são necessários que:

a) Sejam definidos os objetivos da qualidade para o processo produtivo. b) Os riscos inerentes ao processo sejam mapeados e avaliados quanto a sua importância. c) Sejam definidos os critérios de aceitação de cada ponto de medição. d) Sejam definidas as características metrológicas do instrumento de medição para os pontos em questão. e) Fornecedores de serviços de calibração que possuam competência técnica para realização da atividade e preferencialmente o serviço prestado seja acreditado pelo INMETRO. f) Haja capacitação de pessoal para realização das atividades de ensaio e principalmente, realização das medições necessárias. g) A utilização dos erros e incertezas dos instrumentos de medição durante o processo de medição. h) Sejam definidos os métodos utilizados para avaliação da conformidade dos instrumentos de medição. i) Sejam definidas as formas como o sistema será monitorado visando atuar de forma preventiva. j) Fornecedores de serviços de medição possuam competência técnica e tenham um sistema de gestão metrológica em conformidade com a norma NBR ISO 10012:2004.

No Esquema abaixo apresentamos um modelo básico de um sistema de gestão de medições.

Ilustração 3: Modelo de um sistema de gestão de medições

4.2 - Requisitos Metrológicos

Os requisitos metrológicos são as necessidades de medição que o órgão de inspeção precisa atender, para o desempenho das suas funções, no sentido de verificar a conformidade dos equipamentos e instalações, com suas respectivas especificações. Para determinação destes requisitos metrológicos, deve ser levado em consideração os fatores a seguir:

Responsabilidade da direção

Gestão de recursos

Comprovação metrológica

Processo de medição

Análise e melhorias

Requisitos Metrológicos

Resultado da medição a) Requisitos normativos; b) Especificações de fabricantes dos equipamentos; c) “Data book” de instalações e equipamentos; d) Variáveis de processo; e) Riscos dos efeitos causados por medições inadequadas.

Os requisitos metrológicas devem ser expressos em termos de faixa de medição, erro máximo permissível, limites operacionais, etc. Devem ser suficientemente detalhados, para permitir a avaliação de um equipamento de medição particular é capaz ou não de controlar, medir, monitorar a variável ou quantidade especificada com o seu uso pretendido.

Para exemplificar, suponha-se que exista a necessidade de realizar a inspeção de pintura interna de tanque de armazenamento, cuja camada de tinta teve a espessura especificada em e=(500µm±10%), a qual consiste no requisito metrológico. Para avaliar esta pintura, o órgão de inspeção especifica um instrumento com faixa de medição de (0 @ 1000)µm e erro máximo de 2% da leitura.

4.3 – Equipamentos de medição

A partir dos requisitos metrológicos são estabelecidas as características necessárias dos equipamentos de medição, de forma que estes sejam adequados ao uso pretendido.

Algumas características metrológicas podem ser encontradas na lista abaixo:

a) Faixa de medição; b) Resolução; c) Estabilidade temporal; d) Estabilidade térmica; e) Erro máximo; f) Linearidade; g) Sensibilidade.

etc

Na fase de aquisição, é de fundamental importância que sejam considerados aspectos técnicos, metrológicos, operacionais, facilidade de manutenção, disponibilidade de utilidades como fornecimento de energia, documentos técnicos, recomendações de uso, preservação, manutenção preventiva e corretiva, um indicativo do intervalo inicial de calibração, procedimento de calibração,

Os equipamentos de medição devem ser identificados univocamente, sendo esta estabelecida pelo usuário. Deve haver, também, identificação relacionada à situação de comprovação metrológica: calibrado, não conforme, restrição ao uso, etc. No caso de restrição ao uso, deve estar informado sua restrição e alertar ao usuário a se informar desta antes de utilização do mesmo. Na identificação da situação deve contar a validade da calibração, de forma que o usuário possa verificar se o equipamento de medição esta dentro ou fora do prazo de calibração. Equipamento de medição não controlado deve ser identificado, de forma a não haver confusão, entre seu estado de não controlado ou extravio da identificação.

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