Metrologia Científica e Industrial: Ciência e Tecnologia Apoiando a Inovação e Competitividade da Indústria

Por Gelson Martins da Rocha

Resumo

A metrologia tem como objetivos prover confiabilidade, credibilidade, universalidade e qualidade às medições, propriedades obrigatórias em processos industriais. Medições confiáveis dependem de um sistema de metrologia nacional organizado, de tal modo que possa prover os meios para a transferência de seus valores para instrumentos de medição usados na indústria, comércio e pesquisa, de acordo com procedimentos aceitos internacionalmente.

Introdução

A uniformidade internacional das medições desempenha um papel fundamental para a indústria e o comércio internacional. No final do século XIX este fato foi reconhecido pela assinatura da Convenção do Metro, que ocorreu em Paris, em 20 de maio de 1875, sendo firmada por representantes de dezessete países, entre eles o Brasil. Desde então, a diversidade e a complexidade das medições usadas na indústria, no comércio internacional e nas pesquisas científicas cresceu enormemente tornando imprescindível um sistema global de medições. Dentro desse contexto, insere-se a Metrologia, definida como a ciência da medição e suas aplicações, que além de sua importância nas relações de consumo, atualmente pode ser considerada pré-condição ao desenvolvimento científico e tecnológico de um país, sendo indispensável na geração de conhecimentos e em produtos e serviços de qualidade.

Com as transformações na ordem política e econômica mundial surgiram as grandes corporações, altos investimentos foram realizados, novas atividades econômicas e comerciais foram desenvolvidas, produtos e serviços foram criados e aprimorados e novas normas e leis estabelecidas, principalmente para garantir os direitos e as pressões dos consumidores, agências reguladoras e organismos certificadores. Condições que levaram ao aumento da competitividade e uma maior ênfase do setor industrial na melhoria dos processos e na qualidade dos produtos, fatores que dependem da realização de medições e ensaios com procedimentos metrológicos confiáveis e adequados aos padrões internacionais.

Para garantir a qualidade dos produtos industriais é necessário e imprescindível medir com exatidão, possibilitando ao fabricante obter as dimensões reais e entender os ajustes entre peças, a fabricação de produtos de acordo com as especificações técnicas e quantidades específicas, a Intercambialidade e universalidade das peças, a redução de perdas pela pronta detecção de desvios no processo produtivo, evitando o desperdício de matéria prima. Ao mesmo tempo, garante o atendimento a normas, regulamentos e requisitos de desempenho nacionais ou internacionais, favorecendo as negociações pela confiança do cliente e se constitui em um diferenciador tecnológico e comercial para as empresas.

Metrologia Científica e Industrial

A metrologia tem um caráter essencialmente multidisciplinar e o seu completo domínio envolve conhecimentos em física, química, matemática, biologia e engenharia, além de grande habilidade e experiência laboratorial.  Basicamente, podemos dividir a metrologia em três grandes áreas de atuação, conforme mostrado na figura 1.

Figura 1. Áreas de atuação da metrologia

Segundo o Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM), a ciência da medição abrange todos os aspectos teóricos e práticos relativos às medições, qualquer que seja a incerteza, em quaisquer campos da ciência ou tecnologia ^[1]. A divisão da metrologia em três áreas considera os níveis distintos consoante a sua atuação e podem ser definidas do seguinte modo:

• Metrologia Científica: trata das pesquisas de sistemas, equipamentos e métodos de medição, bem como do desenvolvimento de padrões de medida e sua manutenção nos níveis mais elevados.
• Metrologia Industrial: é a parte da metrologia que assegura o adequado funcionamento dos instrumentos de medição usados na produção, nos ensaios e na indústria em geral.
• Metrologia Legal: é a parte da metrologia responsável pelos sistemas de medição utilizados nas transações comerciais e pelos sistemas relacionados às áreas de saúde, segurança e meio ambiente.

Em consonância com essas definições, a metrologia científica e industrial abrange duas áreas da metrologia. A metrologia científica está centralizada nas pesquisas, realização das unidades e conservação dos padrões, além de prover rastreabilidade aos padrões de medição usados na indústria em geral. A metrologia Industrial atua nos sistemas de medição que controlam processos produtivos industriais e são responsáveis pela garantia da qualidade dos produtos acabados.

Benefícios da indústria com os avanços da Metrologia Científica

Desde a descoberta do Efeito Josephson, efeito físico cuja manifestação acontece pela aparição de uma corrente elétrica fluindo através de dois supercondutores separados por uma barreira isolante fina ^[2], que permitiu a criação de um padrão quântico para a grandeza tensão elétrica, a metrologia científica avançou bastante, inclusive a ideia atual é que as grandezas de base do Sistema Internacional de Unidades (SI) sejam todas definidas em função de constantes da natureza, como já acontece na metrologia dimensional, com a unidade de comprimento, que tem a seguinte definição: o metro é o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo durante um intervalo de tempo de 1/299 792 458 do segundo. Assim, o metro atualmente é definido em termos da velocidade da luz no vácuo, simbolizada por c, com valor exatamente igual a 299 792 458 m/s.

A metrologia Industrial tem se beneficiado amplamente dos avanços da metrologia científica, em decorrência da elevada complexidade e sofisticação dos modernos processos industriais, intensivos em tecnologia e comprometidos com a qualidade e a competitividade, requerendo medições confiáveis, universais e de alta exatidão, para um grande número de grandezas.

Como um exemplo da importância de medições com elevado grau de exatidão para as indústrias, notadamente no que tange a necessidade de intercambialidade, universalidade e confiabilidade, podemos considerar a fabricação dos modernos aviões, como Boeing 777. Segundo dados do fabricante a sua montagem envolve cerca de três milhões de partes ou peças, de mais de 900 fornecedores, de quase 20 países. A pergunta é: sem metrologia poderia dar certo?

Outro exemplo significativo dos avanços proporcionados pela metrologia em produtos e serviços decorre da evolução da medição da grandeza tempo (ou o seu inverso, a frequência). O Tempo é a grandeza de base do Sistema Internacional de Unidades com a menor incerteza de medição.

Em 1967, a definição internacional do tempo passou a basear-se no relógio atômico de césio: um segundo equivale a 9.192.631.770 oscilações da frequência de ressonância do átomo de césio. Atualmente, o tempo é medido em relógios atômicos de átomos frios, com uma incerteza de medição na ordem de uma parte em 10¹⁶. Estes relógios adiantam ou atrasam um segundo em cada três bilhões de anos. Se não fosse o desenvolvimento dos relógios atômicos, padrões de tempo de elevada exatidão e precisão, a indústria de telecomunicações não teria um desenvolvimento tão grande nos últimos anos e não estaríamos conversando agora por meio de sofisticados telefones celulares e nem poderíamos trocar informações pela rede de computadores. São trilhões de informações por segundo e é necessário ter medições de alta exatidão para identificá-las.

Em decorrência dos avanços científicos, em particular com o advento da física quântica, a metrologia científica tem avançado bastante e hoje a realização da unidade de diversas grandezas têm como base fenômenos quânticos, notadamente na metrologia elétrica. Diante dessa constante evolução e a consciência da importância da metrologia científica para o setor produtivo surgiram demandas de desenvolvimento em áreas estratégicas como a metrologia química, a metrologia de materiais, a metrologia em tecnologia da informação e comunicação, a nanometrologia, metrologia na área de frequência, a metrologia para a biologia e a metrologia no campo da saúde.

Metrologia Científica e Industrial promovendo a inovação e competitividade das indústrias

Além de desempenhar um importante papel na harmonização das relações de consumo, a metrologia presentemente é considerada um dos pilares da inovação e da competitividade. O delineamento de estratégias voltadas para construção de um bom sistema metrológico representa uma condição basilar em prol da inovação e do desenvolvimento industrial e tecnológico. Isso é claramente evidenciado em muitas indústrias modernas, como as indústrias automobilísticas, em que o produto final costuma ser uma montagem de peças e equipamentos produzidos por diferentes corporações, tal montagem só é possível se todos os agentes envolvidos na cadeia de produção de materiais e componentes seguirem padrões rígidos, onde as grandezas e medições envolvidas estiverem amparadas por um bom sistema metrológico.

A importância da metrologia na melhoria de produtos já era reconhecida por Lord Kelvin, matemático e físico britânico que viveu entre 1824 e 1907. Segundo Kelvin: “Quando você pode medir aquilo de que fala e expressá-lo em números, você sabe alguma coisa sobre isto. Mas quando você não pode medi-lo, quando você não pode expressá-lo em números, o seu conhecimento é limitado e insatisfatório. Se você não pode medir algo, não pode melhorá-lo”.

Como já preconizava Lord Kelvin há mais de um século atrás, o fato é que medições produzem melhorias e podem redundar em alterações significativas nas especificações técnicas dos produtos, componentes, materiais ou outras características funcionais. A introdução de melhorias ou aperfeiçoamento em produtos ou processos são conhecidas como inovações tecnológicas. Assim, além da importância da metrologia para a qualidade, medições exatas também podem resultar em inovação, que são fundamentais para a competitividade industrial. A relação entre metrologia, qualidade, inovação e competitividade é esquematizada na figura 2.

Figura 2. Relação entre metrologia, qualidade, inovação e competitividade.

Metrologia Científica e Industrial no Inmetro

O Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia – Inmetro – é uma autarquia federal, vinculada ao Ministério da Indústria, Comércio Exterior e Serviços – MDIC, que atua como Secretaria Executiva do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Conmetro), colegiado interministerial, que é o órgão normativo do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Sinmetro).

Em conformidade com as diretrizes do Sinmetro, o Inmetro objetiva fortalecer as empresas nacionais, aumentando sua produtividade por meio da adoção de mecanismos destinados à melhoria da qualidade de produtos e serviços.

O Inmetro, no cumprimento de sua missão institucional, conta com diversas diretorias e coordenações, entre as quais a Diretoria de Metrologia Científica e Industrial – Dimci, que nos últimos anos passou por um amplo programa de atualização, com a implantação de novas divisões e novos laboratórios, com o intuito de atender as demandas da sociedade e consolidar o Inmetro como uma das grandes instituições de pesquisa científica e tecnológica existentes no país.

Entre as novas áreas criadas na Dimci podemos destacar a Divisão de Metrologia de Materiais – Dimat, cujas atividades de apoio ao setor industrial envolvem: pesquisas e medições das propriedades eletrônicas e vibracionais de amostras sólidas, líquidas e gasosas, análise estruturais e microestruturais de materiais cristalinos, simulador de desgaste para implantes ortopédicos, medidas de rugosidade, ondulação e contorno de superfícies. Análises de cristalografia e textura com difração de elétrons, manipulação de amostras e confecção de nanopadrões. Pesquisa metrológica em filmes finos orgânicos, metálicos e cerâmicos para aplicação em eletrônica orgânica. Pesquisa no campo dos dispositivos orgânicos emissores de luz, tais como: OLEDs, PLEDs, sensores, iluminação de estado sólido, dispositivos fotovoltaicos orgânicos (OPV).

As pesquisas e atividades desenvolvidas nos laboratórios da Dimat podem contribuir significativamente para a criação de produtos inovadores, aumentando a competitividade das indústrias nacionais. Na pesquisa e prestação de serviços à sociedade a Dimat conta com sofisticados microscópios, entre eles o Titan, figura 3, que é o mais moderno do mundo e o único existente no hemisfério sul.

Figura 3. Microscópio Titan da Divisão de Metrologia de Materiais do Inmetro.

Além da Dimat, as demais divisões da Diretoria de Metrologia Científica e Industrial do Inmetro contam com diversos laboratórios e equipamentos científicos de ponta, como os mostrados na figura 4, o que possibilita o desenvolvimento de inúmeras pesquisas de apoio ao setor industrial, como ocorre na Divisão de Metrologia Mecânica, uma das áreas mais tradicionais da metrologia, onde o laboratório de metrologia dimensional presta diversos serviços à indústria automobilística. Ao mesmo tempo, entre outras pesquisas, desenvolve estudos para avaliação e qualificação de medidores de pressão e temperatura por fibras ópticas, que podem ser utilizados nos processos de prospecção e exploração de petróleo em águas profundas.

Figura 4. Laboratórios e equipamentos da Dimci/Inmetro.

De um modo geral, a Dimci é responsável por uma série de atividades inerentes a metrologia científica, objetivando atender as necessidades do setor industrial e, em última estância, servem de esteio às políticas voltadas para ciência, tecnologia e inovação, entre as quais podemos destacar:

1. Manter e conservar os padrões das unidades de medida, assim como implantar e manter a cadeia de rastreabilidade dos padrões das unidades de medida no País, de forma a torná-las harmônicas internamente e compatíveis no plano internacional, visando, em nível primário, à sua aceitação universal e, em nível secundário, à sua utilização como suporte ao setor produtivo, com vistas à qualidade de bens e serviços.
2. Referenciar, direta ou indiretamente, os padrões metrológicos nacionais aos internacionais visando à harmonização através de comparações-chave, comparações internacionais, comparações regionais e rastreabilidade.
3. Participar dos foros internacionais e regionais relacionados às atividades de metrologia científica e industrial, bem como representar o País no Bureau International de Poids et Mesures (BIPM) e em outras instâncias internacionais de metrologia;
4. Realizar a disseminação das grandezas metrológicas através de calibrações de padrões e instrumentos de medição nas especialidades de acústica, vibrações e ultrassom; tecnologia da informação e comunicações; mecânica, elétrica, óptica, térmica, química, materiais e dinâmica de fluidos.
5. Desenvolver pesquisas científicas e tecnológicas relativas à metrologia e áreas correlatas. Além dessas atividades, a Dimci também é responsável em prover rastreabilidade aos Organismos de Avaliação da Conformidade (OAC), que dependem diretamente de uma cadeia de medições devidamente estabelecida, de modo a assegurar que todo o processo de avaliação tenha a devida confiabilidade da sociedade e da indústria. Outra importante atividade é o fornecimento de serviços de calibração para laboratórios da Rede Brasileira de Calibração, bem como outros laboratórios não acreditados do país. Com isto, a Dimci assegura a rastreabilidade dos padrões e instrumentos de medição usados no país ao Sistema Internacional de Unidades, de acordo com a norma ABNT NBR ISO/IEC 17025 ^[3] e o Acordo de Reconhecimento Mútuo (CIPM/MRA), coordenado pelo Bureau Internacional de Pesos e Medidas (BIPM), um dos organismos internacionais da metrologia criado pela Convenção do Metro.

Conclusão

A globalização dos mercados, acentuada nas últimas décadas, põe em prática um dos principais objetivos da metrologia que é fornecer a confiabilidade as medições e garantir que especificações técnicas, regulamentos e normas existentes proporcionem as mesmas condições, uniformidade e consistência na montagem e encaixe de componentes, assegurando o perfeito funcionamento dos produtos finais, independentemente da origem dos fornecedores e de onde sejam produzidos.

A satisfação às demandas dos clientes e a conformidade do produto ou serviço a requisitos pré-estabelecidos constituem vantagens competitivas das empresas. A Metrologia está inserida no contexto da qualidade industrial e deve ser entendida como uma ciência estratégica, que permite a redução dos custos, melhoria da qualidade, maior segurança na operação dos processos, possibilitando maior competitividade para as empresas e, consequentemente, melhoria nos índices de lucratividade.

Referências

• Vocabulário Internacional de Metrologia (VIM 2012), Inmetro – Rio de Janeiro – Edição Luso-Brasileira, 2012. Disponível em: <http://www.inmetro.gov.br>.
• ROCHA, G. M. . Padrão Primário de Tensão com Base no Efeito Josephson. Metrologia & Instrumentação, Rio de Janeiro, v. 1, n. 14, p. 8-13, 2002.
• NBR ISO/IEC 17025 – Requisitos gerais para competência de laboratórios de ensaios e calibração. Rio de Janeiro: ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Sobre o autor:

Gelson Martins da Rocha, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia – Inmetro

Contato: gmrocha@inmetro.gov.br