Como validar uma bancada de testes antes de começar uma campanha de ensaios?

Uma campanha de ensaios pode envolver dezenas ou centenas de horas de bancada, múltiplas amostras, diferentes condições operacionais e um grande volume de dados.

Descobrir no meio desse processo que um sensor estava configurado incorretamente, que determinada variável não estava sendo registrada ou que uma condição de teste não conseguia ser reproduzida pode comprometer muito mais do que algumas horas de trabalho.

Por isso, antes de iniciar uma campanha, a própria bancada precisa passar por uma etapa de validação.

O objetivo é confirmar que o sistema experimental consegue executar o procedimento previsto, reproduzir as condições estabelecidas e gerar dados com qualidade suficiente para responder às perguntas técnicas do ensaio.

A validação começa pelos requisitos, não pela bancada

Antes de testar sensores, canais ou rotinas de automação, é preciso retornar ao objetivo da campanha.

Quais condições precisam ser reproduzidas? Quais grandezas serão medidas? Qual faixa operacional será explorada? Qual precisão é necessária? Quais fenômenos precisam ser identificados? Quais critérios serão utilizados para analisar os resultados?

Essas respostas determinam o que a bancada precisa ser capaz de entregar.

Uma configuração pode funcionar perfeitamente do ponto de vista operacional e ainda ser inadequada para determinado ensaio. Se a resolução do sistema não permitir distinguir as variações que precisam ser estudadas, por exemplo, executar corretamente o teste não resolverá o problema.

Por isso, a validação deve verificar a correspondência entre requisitos do ensaio e capacidade do sistema experimental.

1. Verifique toda a cadeia de medição

A primeira etapa é confirmar se as grandezas necessárias estão sendo medidas adequadamente e isso demanda mais do que verificar se os sensores estão funcionando.

Para cada canal, é importante avaliar aspectos como faixa de medição, resolução, exatidão, sensibilidade e resposta dinâmica, conforme os requisitos da aplicação.

Também devem ser considerados os demais elementos da cadeia: instalação do sensor, cabeamento, condicionamento de sinais, sistema de aquisição e processamento dos dados.

Um transdutor corretamente especificado pode produzir resultados inadequados se instalado em uma posição que não represente a grandeza que se deseja observar ou se o sinal sofrer interferências antes de chegar ao sistema de aquisição.

A validação precisa, portanto, considerar a cadeia completa entre o fenômeno físico e o dado registrado.

2. Confirme a calibração e a rastreabilidade dos instrumentos

Antes de iniciar uma sequência extensa de ensaios, é importante verificar a situação metrológica dos instrumentos utilizados.

Os certificados de calibração estão válidos de acordo com os critérios estabelecidos para o projeto? Os instrumentos apresentam desempenho compatível com os requisitos da medição? Existe rastreabilidade metrológica adequada às necessidades do ensaio?

Também é necessário observar se algum instrumento foi submetido a condições que possam ter afetado seu desempenho desde a última calibração.

Esse controle permite conhecer melhor a qualidade das medições que sustentarão as análises posteriores.

3. Teste as condições operacionais que a bancada deverá reproduzir

Se a campanha prevê diferentes níveis de temperatura, pressão, rotação, torque, vazão ou outras variáveis, a bancada precisa demonstrar previamente que consegue atingir e manter essas condições.

O teste deve considerar também as regiões mais exigentes da faixa operacional.

Uma bancada capaz de controlar adequadamente uma variável próxima ao ponto nominal pode apresentar comportamento diferente nos extremos previstos para a campanha.

Também é importante observar tempos de estabilização, oscilações e capacidade de resposta do sistema.

4. Avalie repetibilidade antes de testar todas as amostras

Executar algumas repetições preliminares ajuda a verificar quanto o próprio sistema experimental contribui para a variabilidade observada. Sob condições equivalentes, os resultados apresentam dispersão compatível com o esperado?

Se repetições realizadas com a mesma amostra e os mesmos parâmetros produzirem diferenças significativas, iniciar uma campanha completa antes de investigar a origem dessa variação pode gerar uma grande quantidade de dados difíceis de interpretar.

As causas podem estar no dispositivo testado, mas também na montagem, no controle das condições, nos sensores, na aquisição ou no próprio procedimento.

O ensaio preliminar permite investigar essas possibilidades antes que o problema ganhe escala.

5. Verifique taxa de amostragem e sincronização dos dados

A arquitetura de aquisição precisa ser adequada à dinâmica dos fenômenos observados.

A taxa de amostragem deve permitir representar os sinais de interesse sem perda de informações relevantes. Em aplicações dinâmicas, uma configuração inadequada pode deixar de capturar eventos rápidos ou produzir distorções como aliasing.

Quando diferentes grandezas serão correlacionadas, a sincronização também merece atenção.

Se pressão, temperatura, torque, rotação, vibração e outros sinais precisam ser analisados conjuntamente, a referência temporal dos dados deve permitir identificar corretamente a relação entre os eventos.

Essa verificação precisa acontecer antes da campanha, porque uma informação que não foi adquirida adequadamente não pode ser reconstruída depois do ensaio.

6. Valide também a automação

Quando a bancada executa sequências automaticamente, o software e a lógica de controle fazem parte do sistema experimental e também precisam ser avaliados.

Isso inclui verificar:

• Sequências de acionamento;
• Rampas e patamares;
• Tempos de estabilização;
• Condições de transição entre etapas;
• Intertravamentos;
• Limites de segurança;
• Critérios de interrupção;
• Registro de falhas e eventos.

Também é importante testar condições anormais. O que acontece se um sensor perder comunicação? E se uma variável ultrapassar o limite permitido? O ensaio é interrompido? O evento fica registrado?

A validação precisa contemplar não apenas o funcionamento esperado, mas também como a bancada responde quando algo foge do esperado.

7. Confira como os dados serão armazenados e identificados

Uma campanha pode gerar milhares ou milhões de pontos de medição.

Sem uma estrutura adequada para registrar o contexto desses dados, a análise posterior pode se tornar problemática.

Arquivos precisam estar associados às informações necessárias para interpretar o ensaio: identificação da amostra, configuração utilizada, data, parâmetros, versão do procedimento e demais metadados relevantes para o projeto.

Também vale verificar previamente o formato de armazenamento, integridade dos arquivos e capacidade do sistema para registrar o volume previsto durante toda a campanha.

Gerar o dado corretamente é apenas uma parte do processo. Ele também precisa permanecer identificável e recuperável.

8. Faça um ensaio piloto completo

Antes de liberar a campanha, uma estratégia importante é executar o procedimento como se fosse um ensaio definitivo, da preparação da amostra à geração dos resultados.

Esse teste permite verificar a interação entre instrumentação, controle, aquisição, automação, armazenamento e procedimento operacional.

Também ajuda a identificar problemas que dificilmente aparecem quando cada subsistema é avaliado isoladamente.

Ao final, a equipe deve conseguir responder: os dados gerados são suficientes e adequados para realizar as análises previstas? Se a resposta for positiva, existe uma evidência muito mais consistente de que a bancada está preparada para iniciar a campanha.

Validar antes custa menos do que descobrir depois

Quanto maior a campanha de ensaios, maior o impacto potencial de uma falha identificada tardiamente.

Um parâmetro configurado incorretamente pode exigir a repetição de dezenas de testes, da mesma forma, um fenômeno não registrado pode tornar impossível determinada análise. Uma condição mal controlada pode comprometer a comparação entre amostras.

A validação da bancada funciona, portanto, como uma etapa de redução do risco experimental.

Instrumentação, aquisição, controle, automação e procedimento precisam funcionar como um único sistema capaz de produzir resultados tecnicamente utilizáveis.

Na Labtrix, desenvolvemos bancadas de testes sob medida considerando desde os requisitos de medição e controle até aquisição de dados, automação e execução dos ensaios, de acordo com as necessidades técnicas de cada aplicação