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Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Medição de Força para Supervisão do Processo de Forjamento Arno Richter Porto Alegre: Centro de Tecnologia - CT 1/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Conteúdo: 1. Introdução Medição em processos de fabricação: PORQUE ? 2. Medição de diferentes grandezas físcas 2. 1 Força 2. 1. 1 Extensometria (Strain Gauges) 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 2. 1. 3 Células de carga 2. 2 Deslocamento 3. Supervisão de processos Arno Richter Conteúdo 2/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Medição em Processos de Fabricação: PORQUE ? • Indústria / Produção: - otimização de processos existentes, - obter os esforços p/ escolha de máquinas ferramenta, - planejamento de processos novos; • Indústria / Manutenção de Qualidade: - supervisão de processos; • Pesquisa: - pesquisa básica, - verficar resultados de cálculos. Arno Richter 1. Introdução 3/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer A partir do ponto de vista da medição existem três grupos principais de grandezas físicas: • grandezas que podem ser medidas através da simples comparação com uma escala ou um padrão simples: comprimento: metro, ângulo: transferidor, peso: comparação com padrões; • grandezas que podem ser medidas somente através da observação e avaliação dos efeitos deles: intensidade de corrente: amperímetro, temperatura: termômetro; • e grandezas que exigem o uso te equipamentos especiais: tempo: relôgio. Arno Richter 2. Medição de diferentes grandezas físcas / 2. 1 Força 4/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer A força é uma grandeza física que não pode ser medida através de compação com uma escala. A medição da força é realizada através da observação e avaliação da deformação de corpos elásticos. Os equipamentos mais simples são baseados na deformação de molas que são equipadas com escalas. Medições em máquinas e outros equipamentos são efetuadas com células de carga a base de extensômetros (inglês: strain gauges). Este método de medição é chamado extensometria. O extensômetro é um condutor elétrico que é fixado na superfície do corpo que será deformado. Com a deformação o extensômetro se deforma também, o que causa uma alteração de sua resistência à passagem de corrente. Arno Richter 2. 1 Força 5/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Esta aleração da resistência depende do sentido da deformação e do material do condutor. A fórmula geral para a resistência de um condutor elétrico é: com: R r l A resistência, resistividade, comprimento e área da secção. Nesta fórmula é visivel que qualquer alteração do comprimento do condutor necessáriamente causa um aumento da resistência. Arno Richter 2. 1. 1 Extensometria 6/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Considerando o fato que as deformações elásticas nas superfícies de corpos metálicos são muito pequenas (até 0, 2%) é visível que as alterações da resistência elétrica dos extensômetros também são muito pequenas. Por isso é muito difícil medir/avaliar estas alterações. A medição p. ex. com um multímetro é totalmente impossível! Extensômetros são construídos de modo que o condutor é fixado em vários laços para aumentar o comprimento dele. Isto aumenta o valor absoluto da alteração da resistência dele. O valor relativo da alteração da resistencia dele pode ser influenciado através da escolha do material para os condutores. Arno Richter 2. 1. 1 Extensometria 7/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer a) substrato isolante b) condutor c) contatos para ligação d) comprimento do condutor Arno Richter 2. 1. 1 Extensometria 8/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Os condutores de extensômetros modernos são produzidas a partir de lâminas metálicas. São montados entre duas folhas de plástico para facilitar o manuseio. Arno Richter 2. 1. 1 Extensometria 9/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer O material do condutor também tem influência. Os materiais mais utilizados são constantã, Ni. Cr e platina. (constantã é uma liga de 57% de cobre e 43% de níquel) Arno Richter 2. 1. 1 Extensometria 10/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer R 1 , R 2 , R 3 e R 4 : resistências da ponte preferencialmente R 1 = R 2 = R 3 = R 4 ue: tensão de entrada, tensão de alimentação ua: tensão de saída Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 11/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 12/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Condições para equilíbrio (ua = 0): ou As alterações das resitências são muito pequenas em comaparação com os valores das resistências: Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 13/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Assim é possível relacionar a deformação do strain gauge com a alteração da resistência introduzindo o fator k. Conforme as necessidades da aplicação são usadas pontes com um, dois, três ou quatro strain gauges. A ponte com quatro strain gauges ativos é chamada “ponte completa”. Ela ofereçe mais vantagens devido à eliminação de erros causados por variações de temperatura ou por efeitos de flexão. Células de carga preferencialmente são executados em forma de uma ponte completa. Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 14/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 15/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Arno Richter 2. 1. 2 A ponte de Wheatstone 16/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Uma célula de carga é um corpo elástico de aço ferramenta temperado no qual os extensômetros são aplicados. As dimensões deste corpo são escolhidos de forma que ele sofre uma deformação máxima de 0, 1% (para evitar a plastificação do corpo e dos extensômetros). Arno Richter 2. 1. 3 Células de carga 17/20

Universidade Federal do Rio Grande do Sul - UFRGS Laboratório de Transformação Mecânica - Ld. TM Prof. Dr. -Ing. Lirio Schaeffer Em muitas processos é importante ter um sinal de referência. Isto pode ser o tempo, o deslocamento da ferramenta ou ó ângulo do eixo de manivela da prensa (caso trata uma prensa mecânica). O deslocamento linear pode ser medido com um sensor em forma de um potenciômetro linear. Uma grande variedade destes equipamentos encontra-se no mercado. Vantagens destes sensores são a linearidade da curva característica e o baixo custo. Arno Richter 2. 2 Deslocamento 18/20

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