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IXEncontrodeIniciaoCientficadoLFS,24julhode2008.
ConstruodeumDispositivoparaCalibraodeClulasdeCarga
F.R.Faustino,E.E.Franco,A.G.GmezLaboratriodeFenmenosdeSuperfcieLFS,DepartamentodeEngenhariaMecnica,EscolaPolitcnica,UniversidadedeSoPauloUSP,[email protected]
ResumoAscelulasdecargasoosdispositivosmaisutilizadosnamediodeforca,issodevidoa
suaexcelentelinearidadeeseubaixocusto.Oprincipiodemediodessesdispositivos
avariaodaresistncianosextensmetros(straingage)queacompememfunoda
cargaaplicada.Comoamediodaresistncia feita indiretamenteapartir
dauma
tensoeltricaassociadaquedependedaresistnciadoextensmetro,atensoeltrica
deexcitaoeaspropriedadesdosistemadeaquisiodedados, necessrio um
processodecalibrao.Esseprocessodecalibraoconsisteemmediratensoeltrica
paravriosvaloresconhecidosdeforca.Neste
trabalhofoidesenvolvidoumdispositivo adequado para a calibrao de
clulas de carga. Para testar o funcionamento do dispositivo duas
clulas foram calibradas a trao, de 50 e 20 kgf, mostrando a
funcionalidadeeeficinciadosistema.
Palavraschave:Cluladecarga,calibrao,trao,compresso.
ResumenLasclulasdecargasonlosdispositivosmsutilizadosenlamedicindefuerza,esosedebealaexcelentelinearidadqueposeenyasubajocosto.Elprincipiodemedicinde
estosdispositivoseslavariacinenlaresistenciadelasgalgasextensomtricas(strain
gages) que la componen en funcinde la cargaaplicada. Como la
medicinde la
resistenciaeshechaindirectamenteapartirdeunvoltajeasociadoquedependedela
resistencia de lasgalgas, la tensinelctrica deexcitacinyde las
propiedadesdel sistemade adquisicin de datos, se hace necesario un
proceso de calibracin. Ese procesodecalibracinconsiste en medir el
voltaje para varios valores
conocidosdefuerza.Enestetrabajofuedesarrolladoundispositivoadecuadoparalacalibracinde
clulasdacarga.
Paratestarelfuncionamiento,dosclulasdecarga,de50y20kgf,
fueroncalibradasatraccinmostrandolafuncionalidadyeficienciadelsistema.
Palavraschave:Cluladecarga,calibracin,traccin,compresin.
1.INTRODUO
Asclulasdecargasodispositivosutilizadosparamedirfora.Estoconstitudosgeralmentepor4extensmetros(straingages)conectadosnaconfiguraodeumapontede
Wheatstone, como mostrado na figura 1b, e colados numa pea
mecnicaespecialmenteprojetada.Emdois terminaiseltricosdaclula
aplicadaumatenso
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eltrica bem regulada, chamada de excitao. Nos outros dois
terminais da
clula,chamadosdesada,medidaatensoeltricaquedependedaforcaaplicadanaclula.A
figura 1a mostra uma clula de carga tpica usada para medir foras de
traocompresso(Beckwith1990).
As clulas de carga apresentam atualmente uma vasta gama de
aplicaes: embalanas comerciais, em automatizao e controle de
processos industriais e
numagrandequantidadedeaparelhosdemedio.Emparticular,emlaboratriosqueatuamnareatribolgicacomooLaboratriodeFenmenosdeSuperfciedaEPUSP,asclulasdecargasoutilizadasemequipamentosdemediotaiscomo:mquinasdeensaiodepinosobredisco,mquinasparaensaiodedesgasteabrasivoaquenteederodadeborracha,entreoutras.
A calibraodasclulas de carga fundamental para obter medies
precisas econfiveis. Consiste basicamente em medir a tenso eltrica,
ou diretamente
adeformaoemalgunscasos,nacluladecargaavaloresconhecidosdeforcaaplicada(Holman2000).
Oobjetivoprincipaldestetrabalhofoiconstruiretestarumdispositivoparacalibraodeclulasdecarga.
a) b)
Figura1.a)cluladecargatpicausadaparamedircargasdetraocompresso,b)esquemaeltricodaclula(AephdoBrasilIndstriaeComercioLtda.)
2.MATERIAISEEQUIPAMENTOS
Na construo do dispositivo de calibrao, foram empregados os
seguintescomponentes:
1. Tirante:paraprendermanpulo,(h=520mm,L=480mm,esp=25mm).2.
Manpulo:paraacionaroparafusoroscado.3.
Parafusoroscado,presocluladecarga(parafusoM12x1.75).4.
Estruturadeaoretangular(680x480x40mm,ABNT1045).5.
VibrastopMac,comasseguintescaractersticas:
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Cargaestticaporpeade200Kg. Cargadinmicaporpeade800Kg.
Dimetroexternode62mm. Dimetrodaborrachade52mm.
Alturaregulvelde2530mm. Durezadaborrachade55shoreA.
Deflexode2.1mm/200kgf; Parafusodeajustedex2.1.
6. Mesa de ferro fundido cinzento classe FC20, com rasgo em T
(475x310x37mm)(Chiaverini1981);
7. Chapadeao,basedamesa(455x385x15mm,SAE4140);8.
Dinammetrodigitalecluladecargadodinammetro(100kgf).
Nacalibraodasclulasdecargaforamempregadososequipamentosdescritosaseguir(figura2b):
1. DinammetroDigitalInstruthermModeloDD300:
Escala100kgf/220LB/980N; Indicaomnima:0,15kg/0,35LB/1,4N;
Preciso+/0,5%+2dgitos(23+/5C)).
Paraaconstruododispositivoforamutilizadasasseguintesmquinasoperatrizeseferramentas
1. Mquinasoperatrizes Serradefitaautomtica,Franho
Tornomecnicohorizontal,RomiS30 Furadeiradebancada,YadoyaFYB25
Fresadora,LagunFTV2
Asferramentasutilizadasforam:JogodemachosderoscarM6,M8,M12
2. Brocasdeaorpidode6,8mm;5,0mm;10,30mm Punodebico
TintadetraagemRiscofer TraadoranalgicoDigimes Escala,Esquadro
Paqumetrodigitalde150mm Micrmetrodigitalde025mm
Fresadetopode4sadasde10mm
2.1Clulasdecargatestadas
AsclulasdecargausadasforamasAEPHTSde50e20kgf,comaspropriedadesmostradasnatabela1.
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Tabela1.Caractersticasfornecidaspelofabricantedasclulasdecargatestadas(AephdoBrasilIndstriaeComercioLtda.)
Cluladecarga 20kgf 50kgfMaterial AlumnioAnodizadoSensibilidade
2,0000mV/V+/10%NoLinearidade
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Neste processo, foram utilizadas as mquinas operatrizes
mencionadas na seomateriaiseequipamentos.
Observesequeodispositivofoimontadodemaneiraque,senecessrio,podersermodificado,jquetodasasfixaessofeitascomparafusosroscados,excetosdasestruturas,cujoconjuntofoisoldado.
3.2Calibraotrao
AFigura2bmostraamontagemrealizadaparaoensaiodecalibraodasclulasdecarga
trao.Inicialmente,acluladecargadodinammetrofoisujeitaaoparafusoroscado,eaestafoipenduradacluladecargaasercalibrada.NamesacomrasgoemTforammontados2ganchospresosaumpino,quefoiacopladoparteinferiordacluladecargaasercalibrada.Oobjetivodeestepinofoiprenderaparteinferiordaclulaasercalibradamesa,evitandoassimoseudeslocamento.
a)b)
Figura2.a)dispositivodecalibrao,b)dispositivodecalibraocomacluladecargade50kgfinstalada.
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Acionandoseomanpulo,tracionamseasclulasdecarga.Ovalordedeformaodacluladecargaasercalibradaindicado
pelo
ProgramadeAquisiodeDados,criadopeloEng.EdiguerFranco,eovalordecargaindicadopelodinammetro.Pormeiodesteprocesso,realizouseacalibraodasduasclulas.Paraaclulade50kgfforamrealizadas9medies,comcargasde5em5kgaproximadamente.
Quanto clula de 20kgf, foram 6 medies, para cargas de 4 em 4
Kgfaproximadamente.
Figura3.Deformaoobtidaemfunodacarga.
4.RESULTADOS
NaFigura2apodeserobservadoodispositivodecalibraoconstrudo.NaFigura
3somostradososresultadosdedeformaoemfunodacargaaplicadanasduas
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clulasdecarga.Podeserobservado,paraambasclulasdecarga,quearelaoentre
foraaplicadaedeformaoapresentaumcomportamentototalmentelinear(R2=1)como
eraesperado.Portanto,comestesgrficosserpossvelcalcularqualquercargaaplicada
a cada uma das clulas calibradas medindo o valor de deformao
(com ajuda do
programadecomputadordesenvolvidoparaestafinalidade).
Duranteoensaiodecalibraofoi
observadaumadificuldadeparaaplicarumvalorprecisodecarga,esteproblemapoderiasercorrigidocolocandoumamolaentreahastedoparafusodomanpuloeacluladecarga,emboraestefatonoinfluencianosresultados,estamodificaopoderserfeitaposteriormenteparamelhorarodispositivoconstrudo.
5.CONCLUSES
Como dispositivo construdo foi possvel realizar calibrao de
clulas de cargasubmetidasacargasdetrao.
Asclulasdecargacalibradasapresentaramumarelaolinearentrecargaaplicadaedeformao.
Foipossvelobtercurvasdecalibraoparaasclulasdecargaensaiadas,oquepermitir
determinar as cargas de trao aplicadas a estas clulas em
ensaiosposteriores.
6.AGRADECIMENTOS
OsautoresagradecemprofessoraIzabelMachadopelaajudanarealizaodestetrabalho.
7.REFERNCIAS
Beckwith,T.G.,Buck,N.L.,Mechanicalmeasurements,4thedition,Ed.AddisonWesleyInc.,London,England,1990.
Holman,J.P.,Experimentalmethodsforengineers",7thedition,Ed.McGrawHillScienceEngineering,NewYork,2000.
Chiaverini,V.,AoseFerrosFundidos,4aedio,Ed.AssociaoBrasileiradeMetais(ABM),S.Paulo,Brazil,1981.
