Aula 08 - Metrologia de Força

AULA 08 - METROLOGIAMetrologia de Fora

Prof. Igor Lopes de Andrade

METROLOGIA DE FORAIntroduo:

Massa, tempo e comprimento so grandezas de medio fundamentais. Massa definida" como quantidade de matria. Fora e Peso so unidades derivadas da massa, entretanto so distintas uma da outra.

Massa um dos parmetros fundamentais para determinao da fora gravitacional exercida entre dois corpos. A lei da gravitao universal de Newton expressa pela relao:

As unidades de de G so N.m2 kg2 ou lbf.ft2 lbm2, onde:

m1 e m2 = massa dos corpos;

r = distncia entre os corpos;

F = Fora gravitacional;

G = constante gravitacional.

2

F = G m1m2r2 ou G =Fr2m1m2


O dispositivo construdo por Cavendish era uma balana de toro feita de um basto de madeira com dois metros de comprimento (1,8 m) suspenso por um fio, e a cada extremidade foi colocada uma esfera de chumbo com um dimetro de 2 polegadas (51 mm) e peso de 1,61 (0,73 kg). Prximo a cada esfera foram posicionados duas bolas de chumbo de 12 polegadas (300 mm) e 348 libras (158 kg), a uma distncia cerca de 9 polegadas (230 mm), e prendido no lugar com um sistema de suspenso independente. O experimento permitiria medir a atrao gravitacional fraca entre as esferas pequenas e as maiores.

3


O dispositivo construdo por Cavendish era uma balana de toro feita de um basto de madeira com dois metros de comprimento (1,8 m) suspenso por um fio, e a cada extremidade foi colocada uma esfera de chumbo com um dimetro de 2 polegadas (51 mm) e peso de 1,61 (0,73 kg). Prximo a cada esfera foram posicionados duas bolas de chumbo de 12 polegadas (300 mm) e 348 libras (158 kg), a uma distncia cerca de 9 polegadas (230 mm), e prendido no lugar com um sistema de suspenso independente. O experimento permitiria medir a atrao gravitacional fraca entre as esferas pequenas e as maiores.

4

METROLOGIA DE FORATipos de fora:

Puxar e empurrar so formas de aplicao de foras. Ao puxar ou empurrar um corpo qualquer existe uma interao entre o agente e esse corpo. Foras desse tipo em que o agente exerce a fora sobre objeto chamam-se foras de contato.

5

METROLOGIA DE FORATipos de fora:

Por outro lado, existem foras que no so de contato, pois seu efeito se d distncia, estas recebem o nome de foras distncia. Um exemplo deste tipo de interao a fora exercida entre materiais magnticos. Outro exemplo deste tipo de interao a fora exercida por efeito eletrosttico.

6

METROLOGIA DE FORAA lei de A lei de Hooke a lei da fsica relacionada elasticidade de corpos que serve para calcular a deformao causada por uma fora aplicada sobre eles. Esta fora igual ao deslocamento da massa a partir do seu ponto de equilbrio vezes a caracterstica constante da mola ou do corpo que sofrer deformao:

F = fora (N)

k = constante da mola (N/m);

l = variao no comprimento (m)

7

F = k.l

METROLOGIA DE FORA

8

METROLOGIA DE FORAA Lei de Hooke tambm se manifesta na realizao de ensaio de trao e pode ser identificada no grfico de Tenso x Deformao. O comportamento linear que aparece no incio do grfico confirma que a Tenso proporcional Deformao e que portanto, existe uma constante de proporcionabilidade entre essas duas grandezas:

onde:

Tenso em kPa Deformao (adimensional)E Mdulo de elasticidade

9

= E.

ruptura

deformao relativa

tens

o

domnio elstico

Limite de proporcionalidade

= tg = E

METROLOGIA DE FORAAnis dinamomtricos:

O anel dinamomtrico a muito tempo tem sido utilizado como padro para calibrao e verificao de mquinas de ensaio de materiais para grandes carregamentos. Sob o conceito da medio da deflexo do anel por um relgio comparador a fora pode ser medida por meio da equao:

Onde:

F = Carregamento;

D = Dimetro do anel;

E = Modulo de Young;

I = Momento de inrcia da seco transversal do anel dinamomtrico.

10

y = 1162

4

FD3EI

METROLOGIA DE FORA

11

METROLOGIA DE FORACalibrao por comparao:

12

METROLOGIA DE FORACalibrao por carga direta:

13

METROLOGIA DE FORAStrain gages e Pontes de Wheatstone:

Extensmetros so sensores que derivam sua resistncia elctrica da mudana de comprimento do seu filete. A maioria das clulas de carga empregam elementos de tenso resistiva por ser robusto, simples de instalar e de baixo custo.

14

R = LA

METROLOGIA DE FORAS t r a i n g a g e s e P o n t e s d e Wheatstone:

Um fio ao ser estirado no sentido do comprimento fica mais longo e mais fino Uma vez que a quantidade de material contido num pedao de fio no pode mudar, um alongamento do comprimento de arame, por exemplo, 1% faz com que se contraia igualmente por 1% a sua rea de seco transversal original.

15

xx

X

Z

Y

Lx

Ly

Lz

y =

E = x

z = = xE

x =E

METROLOGIA DE FORA

16

METROLOGIA DE FORADinammetros:

A figura mostra o circuito de medio das deformaes utilizando a ponte de Wheastone. No caso da figura constituda por dois ramos ativos R1/R2 e R3/R4 , as resistncias Ra e Rb so para equilibrar a ponte e a resistncia Rv para zerar a indicao.

17

METROLOGIA DE FORA

18

METROLOGIA DE FORA

19

METROLOGIA DE FORA

20

METROLOGIA DE FORAUtilizao por comparao:

Compresso Trao

3 MN (~300 tf)

21

METROLOGIA DE FORAMquinas de carga direta:

22

METROLOGIA DE FORA

23

METROLOGIA DE FORA

24

1 MN Alemanha (PTB) 100 kN Carga direta 1 MN Por alavanca

METROLOGIA DE FORATorque:

Uma dificuldade que h quando se trata de medir e ou calibrar est relacionada na identificao do tipo de torqumetro, seu manuseio e aplicao, assim como a utilizao e interpretao das normas ISO 6789:2003 e a NBR 12240:2000, para calibrao de medidores de torque.

Proporcionar:

Vedao

Fixao

Deslocamento

Juno

Fechamento

25

22/09/2014

METROLOGIA DE FORA

26

METROLOGIA DE FORA

27

METROLOGIA DE FORAConceito:

Torque ou momento de uma fora uma grandeza fsica derivada da fora aplicada a um corpo, a uma dada distncia normal ao um eixo de rotao desse corpo.

O smbolo empregado para representar o momento de uma fora que promova rotao do corpo a letra T.

T = Fxd

T torque F fora d distncia

28

METROLOGIA DE FOAA unidade de torque do Sistema Internacional (SI) o newton metro (Nm).

A tabela abaixo apresenta as relaes mais usuais.

29

1 N.m 0,10197 kgf.m

1 N.m 0,73756 lbf.p

1 lbf.p 1,3558 N.m

1 kgf.m 9,80665 N.m

METROLOGIA DE FORATipos de torqumetro:

Tipo I: Torqumetros de indicao

Classe A: Chave com barra de toro ou flexo;

Classe B: Chave com carcaa fixa com escala ou relgio indicador;

Classe C: Chave com carcaa fixa e medio eletrnica;

Classe D: Chave axial, com escala ou relgio indicador;

Classe E: Chave axial e medio eletrnica.

30

METROLOGIA DE FORATipos de torqumetro:

Tipo II: Torqumetros com limitador de torque

Classe A: Chave ajustvel com escala;

Classe B: Chave para ajuste fixo;

Classe C: Chave ajustvel, sem escala;

Classe D: Chave axial, ajustvel com escala;

Classe E: Chave axial, para ajuste fixo;

Classe F: Chave axial, ajustvel sem escala;

Classe G: Chave com barra de toro ajustvel com escala.

31

METROLOGIA DE FORA1. Torqumetro com indicao tipo relgio

2. Torqumetro com indicao digital

32

METROLOGIA DE FORA

33

3. Torqumetro de indicao tipo vareta

4. Torqumetro axial de indicao tipo analgico e digital

METROLOGIA DE FORA

34

6. Chave de torque de estalo tipo analgico

7. Chave de torque de estalo para ajuste sem escala

METROLOGIA DE FORAAplicaes especiais

35

METROLOGIA DE FORAEscolha de um torqumetro:

Torqumetros de indicao mais utilizados em laboratrios de metrologia e por departamentos de inspeo. Assegura qualidade a conferncia de torques. Aplicao de torque depois de aperto por apertadeiras de alta velocidade. Ferramenta primaria para alto grau de exatido.

Tolerncias:

Torqumetros Tipo I

O mximo desvio entre o valor indicado no instrumento e o valor simultneo indicado no padro para este tipo de torqumetro:

Classes A e D: 6%

Classes B, C e E: 6% (10 N.m) 4% (>10 N.m)

36

METROLOGIA DE FORAEscolha de um torqumetro:

Torqumetros de ajuste Utilizado principalmente na linha de produo onde, por questes diversas, o torque deve ser aplicado rapidamente assim como a mudana do torque. Perdem um pouco em exatido quando comparado aos torqumetros de indicao.

Tolerncias:

Torqumetros Tipo II

O mximo desvio entre o valor ajustado no torqumetro (Classe A, D e G) ou o valor nominal (Classes B e E) e o valor indicado no padro ser:

Classes A e B: 6% (10 N.m) 4% (>10 N.m)

Classes D, E e G: 6%37

METROLOGIA DE FORAOs certificados dos padres devem concordar com a classificao

apresentada na tabela abaixo no que diz respeito ao erro de indicao:

0,05% da indicao para uma classe 0,1 do instrumento;





2,50% da indicao para uma classe 5,0 do instrumento

38

METROLOGIA DE FORA

39

Calibrao de torqumetro para implante dentrio

METROLOGIA DE FORA

40

METROLOGIA DE FORA

41

METROLOGIA DE FORA

42

METROLOGIA DE FORA

43

Certificado n XXXXXXX Dados do instrumento: Fabricante: Tohnichi Tipo : 1 Identificao: 503078 M Faixa nominal: 1 a 9 kgf.cm Valor de uma diviso: 0,1 kgf.cm

METROLOGIA DE FORADesafios:

1 O torqumetro gira 150;

2 Peso mnimo para uma alavanca de 100 mm (0,1kgf.cm 10gf);

3 Garantir a horizontalidade da alavanca;

4 Permitir calibraes nos dois sentidos H/AH;

5 Erro do brao de alavanca abaixo de 0,01mm;

6 Fixao do brao de alavanca no torqumetro;

7 Fixao do torqumetro.

44

METROLOGIA DE FORAComo calibrar um torqumetro de baixo torque:

45

Medio do brao de alavancaFixao do torqumetro na mesa divisora


46

Montagem para os teste de funcionamento Verificao da sensibilidade


47Calibrao

Documents

Aula 08 - Metrologia de Força