3 Desenvolvimento da Célula Cilíndrica

3.1. Introdução

Com o objetivo de possibilitar o estudo do comportamento dos blocos

rochosos durante o processo erosivo que ocorre a jusante de vertedouros, foi

desenvolvida no laboratório de geotecnia da PUC-Rio uma célula cilíndrica para

auxiliar no entendimento do fenômeno.

Neste contexto, o presente capítulo tem como intuito principal descrever

inicialmente um breve estudo de como foi sucedida a escolha dos materiais a

serem usados na confecção da célula cilíndrica, levando em consideração a

utilização de materiais que apresentassem compatibilidades com as exigências do

projeto. Após a severa escolha do material partiu-se para o detalhamento do

projeto, e em seguida foi realizado o dimensionamento com base nas normas

usadas para construção de vaso de pressão, e finalmente realizou-se a sua

execução.

3.2. A Escolha do Material

Quando se pensou em desenvolver uma célula cilíndrica com

instrumentação interna, capaz de se tornar uma importante ferramenta para o

estudo experimental do fenômeno erosivo ocorrente a jusante dos vertedouros de

barragens, alguns fatores foram determinantes na escolha dos materiais, dentre

estes:

1 - O equipamento deveria ser facilmente executável em oficinas de

usinagem comum.

2 - Projeto com baixo custo, tanto por parte do material quanto por parte

da execução do equipamento.

58

3 - O material usado no projeto deveria ser acessível e de boa

trabalhabilidade, a execução deveria ser simples.

4 - O projeto deveria ser compatível com os materiais comercias, a fim de

permitir adaptações e facilitar a utilização de acessórios.

5 - As espessuras dos materiais que constituem a célula cilíndrica

deveriam ser tal que permitissem a instrumentação interna do espécime

ensaiado. Tal instrumentação seria feita através um transceptor de

Bluetooth que permitirá a comunicação do micro-computador com o

acelerômetro sem fio, instalado no interior cubo.

6 - Os materiais constituintes da célula (cubo, base, tampa e corpo),

deveriam ser capazes de conduzir os sinais do acelerômetro ao Bluetooth.

7 - Os materiais da célula cilíndrica deveriam ser resistentes aos níveis de

pressão do projeto (menor ou igual a 20 bar ou 2 MPa).

8 - A célula cilíndrica deveria permitir a visualização do comportamento

do bloco sob ações de diferentes pressões.

9 - A aplicação da pressão à célula cilíndrica deveria ser feita através de

um cilindro de aço, através da penetração de um êmbolo cilíndrico no

interior deste.

10 - O equipamento desenvolvido deveria possuir uma ótima vedação, de

modo a permitir total estanqueidade, uma vez que uma falha representaria

um decréscimo de pressão durante os ensaios e conseqüentemente os

resultados obtidos estariam sujeitos a erros.

11 - O equipamento deveria ser o menor e o mais leve possível, facilitando

o seu manuseio.

12 - O projeto deveria facilitar ao máximo a montagem do ensaio,

diminuindo o tempo de execução do mesmo.

Contudo, confeccionar uma célula cilíndrica que atendesse todos os

aspectos abordados acima, não seria tão simples, já que existem determinados

materiais de difícil acesso, custo e propriedades mecânicas incompatíveis com as

exigidas no projeto.

59

O propósito de fazer a célula de aço é devido às suas propriedades físicas

de ductibilidade e tenacidade, ou seja, sua capacidade de suportar a deformações

sob a ação de altas cargas, é de grande relevância, uma vez que a célula se tornaria

mais resistente aos esforços. Além destas propriedades, o aço tem uma maior

facilidade de obtenção e execução, o que viabilizaria a redução no tempo de

construção.

Entretanto, a utilização deste material comprometeria a transmissão dos

dados de aceleração do bloco em análise, os quais são transmitidos via Bluetooth

pelo acelerômetro. Deste modo, optou-se em trabalhar com um polímero, visto

que materiais deste tipo facilitam a transmissão dos dados.

Após a análise de alguns polímeros que poderiam ser utilizados para a

confecção da célula, o policarbonato primeiramente apresentou-se como

adequado. O policarbonato é um tipo de polímero considerado como um poliéster

linear do ácido carbônico. (vide Figura 3.1)

Figura 3.1 - Lâminas de policarbonato.

As boas propriedades apresentadas na Tabela 2.1 abaixo possibilitam sua

utilização em diversos setores. E ainda, de acordo com Mano e Mendes (2004) o

policarbonato é um dos três mais importantes plásticos de engenharia, devido as

suas principais características como sua excepcional resistência ao impacto e sua

transparência. O policarbonato é um material termoplástico semelhante ao vidro,

com excelente resistência ao impacto e excelentes propriedades mecânicas.

60

Apresenta boa estabilidade dimensional, resistência às intempéries e resistência à

chamas.

Tabela 2.1 – Propriedades do policarbonato (Acrílicos Santa Clara, s/d).

PROPRIEDADES MÉTODO VALORES UNIDADES

Propriedades físicas Densidade ASTM D-792 1,2 g/cm3

Absorção de água (em água por 24 horas a 23ºC)

ASTM D-570 0,23 %

Propriedades óticas Índice de refração ASTM D-542 1,59 -

Transmitância total ASTM 1003 89 %

Propriedades Mecânicas Resistência à tração (na ruptura) ASTM D-638 78 MPa

Alongamento (na ruptura) ASTM D-638 110 %

Módulo de Elasticidade ASTM D-638 2300 MPa

Resistência à flexão ASTM D-790 95 MPa

Módulo de flexão ASTM D-790 2350 MPa

Resistência ao impacto Izod ASTM D-256 880 J/m

Dureza Rockwell ASTM D-785 R120 M75 -

Propriedades Térmicas Temperatura de amolecimento Vicat ASTM D-1525 146 ºC

Temperatura de deflexão térmica ASTM D-648 135 ºC

Máxima temperatura de uso contínuo - 100 ºC

Coeficiente de dilatação térmico linear (CLTE)

ASTM D-696 65 µm/m/ºC

Propriedades Dielétricas Resistência dielétrica (1,6 mm) ASTM D-149 29 kV/mm

Flamabilidade Flamabilidade UL-94 HB -

Entretanto, as dificuldades de obtenção comercial do material com as

dimensões, níveis de pressão do projeto e seu alto custo, tornou a utilização deste

inviável. Segundo Albuquerque (2001), uma das limtações que o policarbonato

apresenta é o fato de ter o seu custo um pouco elevado, já que é considerado um

plástico de engenharia e tem aplicações específicas.

Outro polímero, o nylon 6.0, é um plástico da família das poliamidas

(PA6) resultante de processos físico-químico complexos. Com este material é

possível obtenção de um produto estável e desempenho excelente em aplicações

mecânicas, elétricas e químicas (Tabela 2.2). Sua substituição por metais como

materiais estruturais e/ou de construção, onde se leva em consideração a leveza,

61

baixo coeficiente de atrito, isolação elétrica, boa resistência á fadiga, e a agentes

químicos, o torna vantajoso.

Tabela 2.2 - Propriedades do Nylon 6.0 (AGEFER, 2003). Propriedades Físicas Unidades Nylon 6.0

- Peso específico g/cm3 1,14 - Temperatura mín. e máx. em uso contínuo ºC - 40 / +100 - Absorção de umidade até equil. a 23 ºC c/UR 50% % 3,0 - Absorção de água até saturação % 9,0 Propriedades Mecânicas

- Tensão de escoamento à tração MPa 80 - Tensão de ruptura à tração MPa --- - Tensão de ruptura à compressão MPa 90 - Tensão de ruptura à flexão MPa --- - Módulo de elasticidade à tração MPa 3000 - Módulo de elasticidade à compressão MPa 1700 - Módulo de elasticidade à flexão MPa 2400 - Elongação até ruptura % 60 - Resistência ao impacto KJ/m2 n.q. - Dureza Rockwell ---- R100

- Resistência à penetração de esfera MPa 160 - Tensão de fluência c/ 1% defor. em 1000H MPa 5 - Coeficiente de atrito p/ aço refitic. e polid. c/ resina a seco --- 0,42 Propriedades Térmicas

- Calor específico a 23 ºC J/ºK.g 1,7 - Condutividade térmica a 23 ºC W/ºK.m 0,23 - Coeficiente linear de expansão térmica a 23 ºC 10-6/ºK 90 - Temperatura máxima de uso em curto período ºC 150

- Ponto de fusão ºC 220 - Temperatura de transição vítrea ºC 40 - Temp. distorção sobre ISO-R75 método A ºC 84 - Inflamabilidade --- HB Propriedades Elétricas

- Constante dielétrica a 1000 Hz --- 3,8

- Fator de perda dielétrica a 10 Hz --- 0,03

- Resistividade volumétrica a 23 ºC 50% RH cm 10 - Rigidez dielétrica KV/mm 30 - Resistência superficial 10 Propriedades Químicas

- Resistência a ácidos fortes --- - - Resistência a ácidos fracos --- (+) - Resistência à bases fortes --- + - Resistência à bases fracas --- + - Resistência a raios solares --- -

Logo, optou-se por confeccionar a tampa, o corpo e a base da célula

cilíndrica a partir do nylon 6.0 (Figura 3.2 e 3.3). O único problema da utilização

deste material na confecção da célula estaria relacionado à característica de

62

opacidade do material, ou seja, este não permitiria que os deslocamentos do bloco

em análise fossem visualizados.

Sendo assim, no intuito de obter a visualização do comportamento do

bloco durante o ensaio, a tampa da célula poderia ser construída a partir de um

polímero transparente, ou então, poderia ser inserida na base da célula uma lente

de acrílico cujas observações do comportamento do bloco poderiam ser

registradas a partir de uma câmera de vídeo.

Uma vez definido os materiais para o corpo, base e tampa da célula,

restava então ser escolhido o material do cubo. Este também deveria ser

confeccionado de um material com determinada espessura suficientemente capaz

de resistir às pressões de ensaio, além de permitir a condução dos sinais de

aceleração gerados pelo acelerômetro o qual estaria acoplado internamente no

cubo.

Atendendo as características citadas acima somadas à facilidade de

obtenção do material no mercado, de acordo com as medidas do projeto, decidiu-

se confeccionar o cubo com poliacetal.

O poliacetal é um plástico muito resistente, com baixo coeficiente de

atrito, excelente resistência ao escoamento e a fadiga por vibrações. O material

possui um alto modulo de elasticidade, resiste bem aos impactos de trabalho e

Figura 3.2 - Tarugo de nylon cilíndrico utilizado para a confecção base e tampa da célula.

Figura 3.3 - Bucha de nylon cilíndrica utilizada para a confecção do corpo da célula.

63

boas propriedades elétricas, tais características são apresentadas na Tabela 2.3 a

seguir.

Tabela 2.3 – Propriedades do Poliacetal (VICK, S/D).

Propriedades Norma (DIN, ASTM ou UL)

Acetal

FÍSICAS

Peso Específico (g/cm³) D 53479 1,42

Calor Específico (Cal/C.g) - 0,35

Absorção de Água D 53479 0,25

Horas 3 mm espessura - -

MECÂNICAS

Resistência à Tração (10² kgf/cm²) D 53455 7,03

Alongamento na Ruptura (%) D 53455 110

Módulo de Elasticidade em Tração 10⁴⁴⁴⁴kgf/cm³ D 53457 3,6

Resistência à Flexão 10⁴⁴⁴⁴kgf/cm³ D 53452 9,9

Módulo de Elasticidade em Flexão 10⁴⁴⁴⁴kgf/cm² D 53457 2,8

Resistência ao Impacto (kgf/cm²) D 256 (ASTM) 0,1

Dureza Rockwell D 785 (ASTM) R120

TÉRMICAS

Condutividade Térmica 10 ⁴̄⁴⁴⁴cal/S.cm² °C/cm D 52612 8,9

Expansão Térmica Linear 10 ⁵̄cm/cm °C D 52328 10,4

Temp. de utilização em trabalho contínuo (min/Max °C)

- -30/100

Relação de Inflamabilidade UL 94 HB

ELÉTRICAS

Rigidez Dielétrica (kV/mm) D 53481 19,7

Constante Dielétrica até 1 kHz D 5348 3,7

Fator de Dissipação até 1 kHz D 53483 0,003

Resistividade Volumétrica até 23°C 50% RH (ohm/cm)

D 53482 10¹⁵

3.3. Detalhamento da Célula Cilíndrica

A célula desenvolvida neste trabalho é composta pelo corpo cilíndrico,

tampa, base e cubo. Como já dito anteriormente a base, tampa e o corpo foram

confeccionados de único material, o nylon 6.0, e o bloco de poliacetal.

64

O conjunto montado pesa cerca de 100 Kg, possui 370 mm de diâmetro

externo e 585 mm de altura. A tampa cilíndrica apresenta um diâmetro interno de

240 mm e diâmetro externo de 370 mm e espessura de 75 mm; o corpo da célula

têm 30 mm de espessura de parede, altura externa equivalente a 300 mm e seu

diâmetro interno é de 240 mm, e a base possui um raio externo de 370 mm e

altura externa de 210 mm como pode ser visualizado na Figura 3.4 abaixo.

A tampa contém dois orifícios com terminações em rosca tipo NPT,

facilmente encontrada no mercado. Uma rosca tem o objetivo de permitir a

entrada de pressão hidrodinâmica, o outro orifício deve permitir a percolação de

água e ar quando o volume interno da célula for atingido (sangramento). Desta

forma, é possível garantir a inexistência de ar no sistema.

Figura 3.4 - Projeto da célula cilíndrica construída.

Durante os ensaios iniciais, houve uma grande dificuldade em se gerar

pressão hidrodinâmica no interior da célula cilíndrica devido a existência de ar. O

motivo esteve relacionado ao design da tampa já que a peça que permite a entrada

da pressão encontrava-se um tanto saliente em relação à superfície da mesma.

Logo nova tampa teve sua configuração modificada, como pode ser mais bem

observado na Figura 3.5 e 3.6 a seguir.

65

A tampa também possui oito furos para a passagem das hastes de aço pela

base e pela bancada de proteção, permitindo além da fixação da tampa ao corpo, a

estabilidade da célula durante os ensaios dinâmicos (Figura 3.7).

Figura 3.5 - Detalhe do antigo formato da tampa da célula

Figura 3.6 - Detalhe do novo formato da tampa da célula, com a peça metálica embutida.

66

Figura 3.7 - Desenho da célula cilíndrica. No detalhe à esquerda, no desenho podem-se observar os furos simetricamente opostos, realizados na tampa e na base da célula, permitindo a passagem de hastes de aço para a fixação da tampa com a base da célula. E à direita a célula armada.

Já o centro da base possui um rebaixo de 140 mm de comprimento e 120

mm de altura para o encaixe do bloco cúbico artificial, além de possuir também

em seu centro uma rosca ¾ NPT para a aquisição das pressões medidas nos

ensaios (Figura 3.8).

67

Figura 3.8 - Vista superior da célula cilíndrica projetada. No detalhe da base, é possível observar o orifício central realizado na base para a medição de pressão no fundo o bloco, e outro orifício na lateral da base, que possui uma lente embutida para a visualização da movimentação do espécime ensaiado.

Além da cavidade, a base possui ainda um orifício na sua lateral com

diâmetro de (30 mm) destinado à lente de acrílico cilíndrico. Esta lente de acrílico

está enroscada internamente na base e possui o’rings de alta vedação de nitrílica

Um detalhe que deve ser levado em consideração está na lente do acrílico, que

possui um conjunto de linhas horizontais e verticais, espaçadas milimetricamente

para que se possa visualizar a movimentação a partir de uma escala.

O bloco cúbico de poliacetal possui 138 mm de comprimento e 119 mm de

altura. A superfície do bloco possui rugosidades, as quais foram produzidas

artificialmente com o propósito de apresentarem maior atrito às forças

hirodinâmicas ascendentes, permitindo assim uma maior possibilidade de

movimentações horizontais e verticais do bloco artificial. Este possui uma

marcação em uma de suas laterais, para que possa ser visualizado pela lente de

acrílico e registrado por uma câmera de vídeo (Figura 3.9).

68

Figura 3.9 – Bloco cúbico de poliacetal.

3.4. Dimensionamento da Célula Cilíndrica

Após a escolha dos materiais e o detalhamento do projeto, procedeu-se o

dimensionamento do mesmo. A princípio, este último, foi totalmente realizado

com base nas normas usadas para dimensionamento e construção de vasos de

pressão.

Vaso de pressão são estruturas fechadas ou reservatórios, de qualquer tipo,

dimensões, contendo líquidos ou gases, sendo projetados para resistir com

segurança a pressões internas diferentes das pressões atmosféricas, como tanques,

tubos e cabines pressurizadas em aeronaves e veículos espaciais.

A avaliação do estado de tensões e de deformações em corpos com

geometria cilíndrica é um ponto bastante conhecido e bem descrito na literatura

em função do grande número de aplicações práticas e industriais. A obtenção das

expressões para cálculo de tensões desenvolvidas em tubos com paredes espessas

é atribuída à Lamé em sua obra publicada em 1852 “Leçons sur la théorie

mathématique de l’élasticité des corps solides”.

69

A combinação das equações que descrevem o comportamento tensão-deformação com teorias de resistência de materiais é utilizada para o dimensionamento adequado de tubos, em geral, em termos de sua espessura e propriedades do material que o constitui (Groehs, 2002).

Desta forma, o cálculo das dimensões da célula cilíndrica foi realizado

através da análise de tensões, sendo utilizada a solução de Lamé para paredes

espessas submetidas à pressões.

Para Groehs (2002), a obtenção de expressões para o cálculo e avaliação

das tensões desenvolvidas em cilindros à pressão interna ou externa pode ser

dividida em função da razão entre o diâmetro externo (OD) do tubo, e sua

espessura (h), representados neste trabalho também como (de) e (t)

respectivamente.

1. Para OD/h ≤ 10 o cilindro é dito de parede espessa e a teoria de Lamé

apresentada em 1852 descreve as equações para as tensões desenvolvidas em

cilindros.

2. Para OD/h > 10 o cilindro é dito de parede fina e seu comportamento de

tensões é descrito pela equação de Barlow, (Groehs, 2002).

Um resumo detalhado dos dados técnicos da célula cilíndrica utilizados

para o dimensionamento do projeto é apresentado na tabela abaixo:

Tabela 2.4 – Dados Técnicos da Célula Cilíndrica do Projeto. Pressão de operação: > 2MPa

Pressão de projeto: 2 MPa Pressão de teste hidrostático: 2,0 MPa Temperatura de operação: Ambiente Altura interna da célula cilíndrica: 300 mm Diâmetro externo do corpo da célula cilíndrica (de): 300 mm Diâmetro interno do corpo da célula cilíndrica (di): 240 mm Raio externo da célula cilíndrica (ri): 150 mm Raio interno da célula cilíndrica (re): 120 mm Tensão de escoamento à tração do Nylon: 80 MPa Tensão de ruptura à tração do Nylon: 80 MPa Tensão de ruptura à flexão do Nylon: 90 MPa Tensão de ruptura à compressão do Nylon: 90 MPa Módulo de elasticidade à tração do Nylon: 3000 MPa Módulo de elasticidade à compressão do Nylon: 1700 MPa Módulo de elasticidade à flexão do Nylon: 2400 MPa Diâmetro externo da tampa: 370 mm Diâmetro interno da tampa: 240 mm Espessura da tampa: 75 mm Diâmetro interno da base: 240 mm Espessura da base: 210 mm Rebaixo na base para encaixe do bloco: 140 mm x e 120

mm

Orifício na base para inserção da lente de acrílico: 30 mm

70

3.4.1. Dimensionamento do Corpo da Célula Cilíndric a

Para o dimensionamento da espessura do corpo da célula, foi utilizada a

solução de Lamé para tensões principais.

²²

2²)²(

²21

²22211

rr

rprrpt −

−+=σ (1)

Onde:

tσ : Representa a tensão circuferencial na direção tangencial

p1 : pressão interna do vaso de pressão

p2 : pressão externa do vaso de pressão

r1 : raio interno do vaso de pressão

r2 : raio externo do vaso de pressão

Para um vaso submetido apenas à pressão interna utiliza-se a seguinte

formula:

²²

²)²(

²12

211 rr

rrpt −

+=σ (2)

1pr =σ (3)

• O valor máximo de tσ e rσ ocorre na superfície interna do cilindro.

Adotou-se um diâmetro externo de 300 mm para espessura e para a

espessura da parede 30 mm. Substituindo os dados na expressão (2) obteve-se

uma tensão circuferencial na direção tangencial equivalente á 9,11 MPa. Este

valor é inferior a tensão de escoamento à tração do nylon fornecido na Tabela 2.2

que é de 80 MPa, obtendo um fator de segurança de 8,78.

3.4.2. Dimensionamento da Base da Célula Cilíndrica

Considerou-se para o cálculo que a base da célula constitui uma placa

uniformemente carregada, com bordas presas. A tensão máxima que atua nas

bordas da placa é dada pela seguinte equação:

71

²4

3 2

hp

rqimáx=σ (4)

Onde:

iq : pressão interna

r : raio da placa

máxσ : tensão admissível do material

hp : altura da placa

Como anteriormente dito, a base deve possuir uma cavidade mínima de

120 mm de altura e 140 mm de largura para poder acoplar o bloco. Logo, o

cálculo da base foi feito com base nestas medidas, ou seja, a espessura que a base

deveria possuir para admitir as pressões internas deveria ser equivalente a

espessura mínima a suportar as pressões somadas com as medidas da cavidade

para acoplar o cubo. O raio admitido para o cálculo da base foi de 185 mm e a

largura da base igual a 90 mm. Substituindo os valores na equação 1, encontrou-se

uma tensão admissível de 6,34 MPa, o que oferece um fator de segurança de

12,62.

3.4.3. Dimensionamento da Tampa da Célula

A tampa da célula foi considerada como sendo uma placa circular,

carregada simetricamente e de espessura constante. A tensão máxima atuando na

placa é dada pela mesma formula utilizada para o cálculo da base:

²4

3 2

h

qrmáx=σ (4)

Onde:

iq : pressão interna

r : raio da placa

máxσ : tensão admissível do material

hp: altura da placa

72

Utilizando uma espessura para a tampa de 75 mm e um raio externo de 185

mm, obteve-se uma tensão admissível de 9,13 MPa e um coeficiente de segurança

de 8,77.

3.4.4. Dimensionamento da Amostra Cúbica

O Bloco de poliacetal utilizado como espécime para o trabalho possui as

seguintes dimensões:

� Espessura da tampa – 20,45

� Largura do cubo – 13,85

� Altura do cubo – 11,90

Para o dimensionamento da amostra cúbica, admitiu-se que todas as faces do cubo

estão engastadas entre si, sendo assim, o dimensionamento do cubo foi realizado

de forma similar a uma laje engastada, foi então utilizado a tabela de Czerny

(Vide apêndice), para o cálculo do máximo momento positivo, e a análise do

cisalhamento existente.

3.4.5. Dimensionamento da Mangueira de Alta Pressão

O cálculo do dimensionamento da mangueira de alta pressão não foi

realizado, sendo assim, para execução dos ensaios foram utilizadas conexões e

tubulações capazes de suportar uma pressão interna maior que 2 MPa.

3.5. Execução da Célula Cilíndrica

A execução da célula se procedeu com base no detalhamento do projeto

anteriormente descrito, ou seja, devido suas características. A célula é constituída

de três partes: a base, o corpo cilíndrico e a tampa (vide Figura 3.10).

73

Figura 3.10 – Foto da célula construída.

Um ponto crítico na execução da célula cilíndrica seria a forma pela qual

estas três partes estariam interligadas.

A princípio, a ligação entre a base e o corpo poderia ser feita através de

solda, rosqueamento, encaixe ou, alternativamente, transformar a base e o corpo

em uma só peça, sem nenhum tipo de emenda. De outra forma, a ligação entre

corpo e a tampa já não poderia ser soldada, uma vez que durante os ensaios

poderiam existir determinados problemas com o cubo ou até mesmo com o

acelerômetro, sendo então preciso que a tampa fosse removida. Decidiu-se

realizar a ligação existente entre a tampa e o corpo da célula através de oito hastes

de aço como dito anteriormente.

A ligação entre a base o corpo cilíndrico foi feita por encaixe, pois uma

possível ligação definitiva da base com o corpo da célula poderia criar risco de

vazamento, devido a uma falha na vedação. A solda embora fosse uma segunda

74

solução, seria uma operação relativamente complexa, devido às características do

projeto (trabalhos em alta pressão), criando condições desfavoráveis.

Maiores detalhes sobre a execução do equipamento bem como os detalhes

que levaram a sua criação podem ser melhores entendidas nos subitens abaixo.

3.5.1. Vedação da Célula Cilíndrica

Uma condição crítica em trabalhos com altas pressões é a vedação.

Qualquer vazamento, mesmo que muito pequeno, pode provocar graves acidentes

a seus usuários, além da queda de pressão do sistema, o que não é viável no

momento dos ensaios, gerando erros. Logo, é de extrema necessidade garantir a

sua estanqueidade.

A tampa da célula cilíndrica, descrita anteriormente, possui duas roscas

tipo NPT, sendo que ambas as usinagens foram feitas observando-se a precisão

determinada em projeto, a fim de obter um encaixe perfeito com as conexões,

sendo o uso de filme de teflon nas roscas indispensável para a vedação (vide

Figura 3.11)

Figura 3.11 - Detalhe das roscas do tipo NPT presente na tampa da célula.

A vedação da tampa-corpo é feita por intermédio de o´rings de Nitrílica

Buna N (NBR) especiais para vedações de um longo período de imersão em água,

além de suportarem altas pressões como mostra a Figura 3.12 abaixo.

75

Figura 3.12: Detalhe da vedação em o´rings de Nitrílica entre a tampa e o corpo da célula.

A ligação existente entre corpo-base também utilizou o´rings de nitrílica

para sua vedação, além de resina para fixar as interfaces. O rebaixo existente na

base da célula cilíndrica possui o formato cúbico, onde se encaixa o espécime

ensaiado (cubo), sendo os ângulos das paredes minimizadas a fim de diminuir a

concentração de tensões, como se pode observar na Figura 3.13 abaixo.

Figura 3.13 - Detalhe da minimização da angulação realizada nas paredes da base,

evitando a concentração de tensões.

76

A base dispõe também da execução de três orifícios, um destes está

localizado no centro da base e tem objetivo de ler a pressão que vai agir no fundo

do bloco. Trata-se de uma peça metálica soldada no fundo da base, possuindo

terminação em rosca NPT como pode ser mais bem observado na Figura 3.14 .

Outro orifício está presente na lateral da base e sua principal função é a

visualização do bloco. Composto por uma lente de acrílico que está enroscada na

base e também é fixada por parafusos como mostra a Figura 3.15.

Figura 3.14 - Detalhe da peça metálica existente no fundo da base da célula com o transmissor de pressão embutido

Figura 3.15: Visão externa da base da célula. No detalhe, observa-se a lente de acrílico embutida e fixa também por parafusos.

77

O último orifício está em uma das laterais da base e tem o objetivo de

facilitar a comunicação dos dados de aceleração por intermédio de um transceptor

Bluetooth. Ao contrário dos outros dois, este não tem comunicação com a parte

interna da célula.

Para a vedação do bloco cúbico, também foram utilizados o’rings de

nitrílica Buna N para altas pressões (Figura 3.16). Para a fixação da tampa do

cubo com seu corpo, foram realizadas roscas em seus contornos, garantindo sua

boa fixação por intermédio de parafusos (Figura 3.17).

Figura 3.17: Detalhe de fixação do cubo para que fosse garantida sua estanqueidade.

Figura 3.16: Detalhe da vedação em nitrílica do cubo.

78

Após a cuidadosa execução da célula cilíndrica, foi realizado um teste de

estamqueidade para que a garantia da execução da célula fossem assegurados. A

mesma após ter sido usinada foi submetida a um teste de estanqueidade

hidrostático obedecendo a NBR 9650 da ABNT, à uma pressão máxima de 300

PSI (≈2,06 MPa). O ensaio foi realizado com o cubo inserido no interior da célula,

tendo sido observada ao final do teste, uma falha na estanqueidade do mesmo.

Logo, o sistema de vedação do cubo foi revisado em um novo ensaio hidrostático,

apresentando sucesso desta vez.