concepção e desenvolvimento de canhão desmantelador de aparato explosivo

1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA

CURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA

MECNICA

DESENVOLVIMENTO DE UM

CANHO DISRUPTOR PARA

DESMANTELAMENTO DE

ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA

USO DA POLCIA MILITAR DE

CAMPINA GRANDE

Autor: Tiago Horstmann Nunes Florncio

Orientador: Prof. Dr. Wanderley Cordeiro de Amorim Junior

Campina Grande, 16 de maro de 2015.

2




MECNICA



DESMANTELAMENTO DE



CAMPINA GRANDE

Autor: Tiago Horstmann Nunes Florncio

Orientador: Prof. Dr. Wanderley Cordeiro de Amorim Junior

Curso: Graduao em Engenharia Mecnica

rea de Concentrao do TCC: Projeto Mecnico

Trabalho de Concluso de Curso TCC, apresentado , como requisito para a

obteno do ttulo de Graduado Pleno em Engenharia Mecnica.

Campina Grande,16 de maro de 2015.

PB - Brasil

4




MECNICA

TCC TRABALHO DE CONCLUSO DE CURSO



DESMANTELAMENTO DE



CAMPINA GRANDE

Monografia aprovada

____________________________________________________

Prof. Orientador de TCC -

Instituio

____________________________________________________

Prof. Convidado

Instituio

____________________________________________________

Prof. Convidado

Instituio

Campina Grande, 16 de maro de 2015.

PB - Brasil

6

DEDICATRIA

Folha(s) opcional(ais) onde o autor dedica seu trabalho e registra homenagens a

pessoas que contriburam para o trabalho.

7

AGRADECIMENTOS

Folha opcional, onde o autor faz registro de pessoas e/ou instituies que

colaboraram no trabalho, em linguagem simples e objetiva.

Contem os agradecimentos indispensveis.

8

Folha opcional em que o autor faz uma

Citao, seguida de autoria.

Nome do Autor

9

SUMRIO

DEDICATRIA ............................................................................................................................ 6

AGRADECIMENTOS ................................................................................................................... 7

Sumrio .................................................................................................................................... 9

resumo ................................................................................................................................... 11

abstract .................................................................................................................................. 12

lista de figuras......................................................................................................................... 13

lista de tabelas ........................................................................................................................ 15

nomenclatura ......................................................................................................................... 16

CAPTULO I .............................................................................................................................. 17

1 INTRODUO .................................................................................................................. 17

1.1 Definio do Problema ............................................................................................ 17

1.2 Objetivo Geral ......................................................................................................... 21

1.3 Objetivos Especficos ............................................................................................... 21

captulo 2 ................................................................................................................................ 22

2 Reviso bibliogrfica........................................................................................................ 22

2.1 Bombas e Explosivos ................................................................................................ 22

2.1.1 Definies ........................................................................................................ 22

2.1.2 Classificao dos explosivos quanto ao uso ...................................................... 23

2.1.3 Mecanismos de acionamento........................................................................... 25

2.2 Tcnicas de desativao........................................................................................... 25

10

2.3 Canho disruptor ..................................................................................................... 27

captulo 3 ................................................................................................................................ 32

3 Metodologia de projeto .................................................................................................. 32

captulo 4 ................................................................................................................................ 35

4 resultados e discusses ................................................................................................... 35

4.1 Projeto Informacional .............................................................................................. 35

4.1.1 Definio do problema e dos requisitos ........................................................... 35

4.1.2 Canhes dgua de alta velocidade .................................................................. 38

4.1.3 Avanos Recentes No Design De Disruptores Desmontveis ............................. 39

4.1.4 Canho Disruptor Calibre 90 mm ..................................................................... 41

4.1.5 Canho dgua da Polcia Federal ..................................................................... 43

4.1.6 Patentes .......................................................................................................... 44

4.1.7 Pesquisa de mercado ....................................................................................... 46

4.2 Projeto Conceitual .................................................................................................. 51

4.2.1 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 1 ......................................... 51

4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2 ......................................... 59

4.2.3 Canho Munido de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3 ...................................... 62

4.3 Projeto Preliminar ................................................................................................... 66

4.3.1 Projeto Preliminar do Prottipo 1 e 2 (Canho de PETN) .................................. 66

4.3.2 Projeto Preliminar do Canho de Cartucho Calibre 12 ...................................... 70

4.3.3 Simulao dos Esforos nas Paredes dos Canhes ............................................ 74

4.4 Projeto Detalhado ................................................................................................... 75

4.5 Fabricao ............................................................................................................... 75

4.6 Testes ...................................................................................................................... 77

Concluses e sugestes........................................................................................................... 90

rEFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................................ 91

Anexos .................................................................................................................................... 92

11

RESUMO

Na rotina de um esquadro antibombas, muitas vezes no possvel determinar a

natureza do artefato suspeito, sendo mais prudente a sua neutralizao. Uma das

tcnicas mais eficientes nestes casos o emprego de canhes disruptor dgua. Ao

propelir um jato dgua a velocidades que podem chegar a mais de 1000 m/s, destri o

mecanismo de acionamento antes que este detone o explosivo. Visto isto, este trabalho

visou atender carncia de um canho disruptor na Polcia Militar de Campina Grande.

A execuo do mesmo baseou-se numa sequncia lgica de etapas j reconhecidas na

rea de projetos. Ento, decidiu-se verificar o emprego de espoletins de PETN com

pavio de plvora como fonte propelente do jato dgua, devido disponibilidade do

material, montagem e ao acionamento simples. Assim concebeu-se um canho que

comportasse tal munio, baseando-se tambm nos modelos disponveis no mercado. O

teste foi composto por trs disparos em caixas de papelo plenas de serragem, variando-

se a distncia do alvo e o uso de buchas. Algumas mudanas mostraram-se necessrias,

mas foi possvel obter o desmantelamento do alvo com standoff de 25 mm e vedao

com silver tape e bucha de nylon.

Palavras-chave: Canho dgua, Artefato explosivo, IED, EOD, bomba caseira.

12

ABSTRACT

13

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Agente do Coordenadoria de Recursos Especiais (CORE/RJ) efetuando treinamento para grandes eventos. Simulao com canho disruptor. .......................... 20

Figura 2.1 ................................................................................................................. 23 Figura 2.2 mtodo utilizado com garrafa pet ............................................................. 26 Figura 2.3- mtodo utilizando preservativo ................................................................. 27 Figura 2.4 Pigstick: canho disruptor tpico. ............................................................. 28 Figura 2.5 ................................................................................................................... 29

Figura 2.6 - ................................................................................................................. 30 Figura 2.7 ................................................................................................................... 31

Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia de projeto adotada no trabalho. .................... 33 Figura 4.1 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b). ........................ 36 Figura 4.2 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP ..................................... 37 Figura 4.3 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho. ................................................................................................................................... 40 Figura 4.4 Vistas cortadas da montagem do disruptor Heavyweight-lightweight. ...... 41 Figura 4.5 ................................................................................................................... 41 Figura 4.6 ................................................................................................................... 42

Figura 4.7 ................................................................................................................... 43 Figura 4.8 Sequncia de abertura de paraquedas. ...................................................... 44 Figura 4.9 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua. ......................... 45 Figura 4.10.................................................................................................................. 45

Figura 4.11 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 49

Figura 4.12 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 50

Figura 4.13 Modelo de espoletopim apresentado pela Polcia. .................................. 52 Figura 4.14 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso usada no canho RADC-2 da Royal Arms (b). ............................................................ 53 Figura 4.15 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 54

14

Figura 4.16 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 55 Figura 4.17 Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado. .................. 56 Figura 4.18 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do Espoletopim (b), do acoplamento cano (c) e da culatra e seus componentes (d). .......... 58

Figura 4.19 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte

do mesmo (b). ............................................................................................................. 59

Figura 4.20 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do

acoplamento entre o cano e o prolongamento (b). ........................................................ 61

Figura 4.21 - Concepo aperfeioada do Prottipo munido de espoleta (a) e vista em

corte do mesmo (b). .................................................................................................... 62

Figura 4.22 - ............................................................................................................... 63 Figura 4.23 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo Pessoa (a) e do Pigstick da Chemring (b). ............................................................................... 63 Figura 4.24 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).

................................................................................................................................... 65 Figura 4.25 - Concepo montada do Canho de cartucho (a) e vista em corte da

montagem (b). ............................................................................................................. 66 Figura 4.26 Componentes do canho (a) e sequncia de montagem (b). .................... 76 Figura 4.27 Sequncia de montagem do primeiro disparo. ........................................ 80 Figura 4.28.................................................................................................................. 81

Figura 4.29.................................................................................................................. 82 Figura 4.30.................................................................................................................. 83

Figura 4.31.................................................................................................................. 83 Figura 4.32.................................................................................................................. 84

Figura 4.33.................................................................................................................. 85 Figura 4.34.................................................................................................................. 86

Figura 4.35.................................................................................................................. 86 Figura 4.36.................................................................................................................. 87

Figura 4.37 - Sequncia de imagens do disparo. O pavio queima instantes antes da

detonao (a). Ento, o jato desmantela a caixa e o pisto ricocheteia no solo (b) e o

contedo da caixa lanado para fora (c). ................................................................... 88

15

LISTA DE TABELAS

Tabela 1-1 - Distncias perigosas para pessoas a p ao ar livre e edifcios. .................. 19 Tabela 2-1 Converso de massa de TNT para outros explosivos. ................................. 25

Tabela 4-1 Resultados dos testes de Lavoix em seu canho modular. ....................... 46 Tabela 4-2 Principais informaes dos canhes encontrados no mercado. Dados retirados dos catlogos dos fabricantes. ....................................................................... 47 Tabela 4-3 Valores estatsticos dos principais dados. ................................................ 48 Tabela 4-4 Avaliao mdia sobre a presena de sistemas anti-recuo e o uso de projteis slidas nos canhes analisados. ..................................................................... 50 Tabela 4-5 Resumo dos trs disparos efetuados. ....................................................... 89

16

NOMENCLATURA

Letras Latinas

r Raio da esfera

[m]

A rea superficial da esfera

[m2]

Letras Gregas

viscosidade cinemtica [kg / m s]

Superescritos

+ Tempo posterior

Subscritos

e Propriedade avaliada na evaporao

Abreviaes

EXP Experimental

ADM Adimensional

17

CAPTULO I

1 INTRODUO

1.1 Definio do Problema

Desde a descoberta da plvora negra pelos chineses, os explosivos exercem um

importante papel nas atividades humanas. Essenciais explorao dos recursos naturais

pelas indstrias mineradora e petrolfera, so mais conhecidos pelo seu uso no setor de

Defesa. Logicamente, no todo mundo que pode ter acesso a um material com

tamanho potencial destrutivo. O artigo 16 da Lei 10.826/03 dispe sobre registro, posse

e comercializao de armas de fogo e munio, sobre o Sistema Nacional de Armas

Sinarm:

Art. 16. Possuir, deter, portar, adquirir, fornecer, receber, ter em depsito, transportar, ceder, ainda que gratuitamente, emprestar, remeter, empregar,

manter sob sua guarda ou ocultar arma de fogo, acessrio ou munio de uso

proibido ou restrito, sem autorizao e em desacordo com determinao legal

ou regulamentar:

Pena recluso, de 3 (trs) a 6 (seis) anos, e multa. Pargrafo nico. Nas mesmas penas incorre quem:

[...]

III possuir, detiver, fabricar ou empregar artefato explosivo ou incendirio, sem autorizao ou em desacordo com determinao legal ou

regulamentar;

Infelizmente, apesar dos esforos do Estado, no so raros os casos em que

pessoas mal-intencionadas utilizam-se de explosivos para aes criminosas. Via de

regra, os criminosos fazem uso de armamentos de fabrico artesanal ou industrializados,

18

tais como granadas, rojes e bananas de dinamite, adquiridos por meio de contrabando

ou roubo. Os principais delitos envolvendo armamento explosivo so: roubo de valores,

crimes passionais, vandalismos, casos de vingana, violncia em escolas e outros crimes

contra o patrimnio pblico e privado.

Apesar de acreditarmos ser um pas pacfico (livre de terrorismo), tambm

estamos sujeitos a tais ameaas. Alm de quase no serem divulgados na grande mdia,

episdios envolvendo ameaas explosivas no Brasil tambm no tm registro adequado

e, por isso so mais comuns que aparentam. disto que trata a]]e pode ser verificado na

figura abaixo retirada do mesmo a]]pg76,80. A exemplo, uma pesquisa de campo

realizada em 2003 em trs escolas pblicas de Curitiba revelou que cerca de 30% dos

pais ou responsveis tomaram conhecimento de casos de bombas caseiras, postas por

alunos ou por outras pessoas.

Recentemente, graas ao fato de ser pas-sede da ltima Copa do Mundo de

Futebol e das prximas Olimpadas, o Brasil fez um grande investimento em tecnologia

e treinamento antiterrorista i]]. A exemplo disto, o Grupo de Aes Tticas Especiais de

19

Minas Gerais (GATE) recebeu 4,5 milhes em equipamentos de combate ao terrorismo,

tais como robs antibomba, manipuladores telescpicos, aparelhos de raio-X portteis e

canhes disruptores b]]. Entretanto, muitos batalhes de cidades fora desse escopo no

foram agraciados com tais equipamentos, que poderiam fazer a diferena no combate a

crimes como a exploso aos caixas eletrnicos. Este tipo de delito vem aumentando nos

ltimos anos e se d principalmente em cidades do interior, onde o contingente policial

pequeno e pouco equipado f]]. A Paraba, inclusive, um dos Estados com o maior

nmero de aes criminosas envolvendo o uso de explosivos de forma que as

autoridades tm se unido para dificultar o acesso ao material [j]. Somente em 2014,

foram 53 ocorrncias de exploso em bancos de todo o estado, mais de 20% de

crescimento em relao ao ano anterior c]].

Em virtude do despreparo tcnico dos criminosos no trato de explosivos, muitas

vezes as aes so frustradas e explosivos no detonados so encontrados no local do

crime. H tambm ocasies em que volumes ou objetos estranhos so abandonados em

lugares pblicos e devem ser tratados com cautela d]] e e]]. Devido o potencial danoso

destes artefatos, necessrio que seja acionado o Esquadro Anti-bombas local para que

se confirme a periculosidade do objeto, prossiga com sua remoo para um lugar seguro

e se efetue a neutralizao do mesmo. Contudo, nem sempre se dispe de um aparelho

de raio-X porttil para caracterizar o contedo do volume suspeito e sua manipulao

pe em risco a vida do explosivista. Os danos causados pela exploso de pequenas

quantidades de explosivos podem ser grandes, como vistos na tabela a seguir.

Tabela 1-1 - Distncias perigosas para pessoas a p ao ar livre e edifcios.

Fonte:

TNT (kg) Distncia da Exploso (m)

Possibil

idade de

ruptura dos

tmpanos

Possibil

idade de morte

Janela

simples

Paredes

de tijolos ou

concreto

reforados

0,5 5 1,5 30-50 6-15

1,0 6 2 35-60 7-20

2,5 9 2,5 40-80 9-25

4,5 11 3 55-110 12-30

20

7,0 12 3,75 65-120 14-35

16,0 16 4,66 85-160 18-45

Nesta e em outras ocasies faz-se necessrio o desmantelamento do artefato, ou

seja, a destruio do mesmo, de preferncia sem que haja a detonao. A depender da

anlise feita pelo especialista, escolhe-se o mtodo neutralizao que melhor se adequa

situao, considerando-se o local, o material disponvel, o tamanho do volume, o tipo

de explosivo, etc. Um equipamento amplamente usado o canho disruptor, ou canho

dgua. Trata-se de um e canho porttil que dispara uma massa de gua a velocidades

que podem passar dos 1000 m/s, de tal forma que em 90% das vezes a bomba

neutralizada sem que seu mecanismo de acionamento consiga deton-la.

Figura 1.1 Agente do Coordenadoria de Recursos Especiais (CORE/RJ) efetuando

treinamento para grandes eventos. Simulao com canho disruptor.

Fonte:

Atualmente, mtodos mais simples de desativao, como por garrafa plstica

com cordel e gua, so empregados pelo BOPE de Campina Grande, responsveis por

lidar com esse tipo de ocorrncia na regio. Sendo responsvel pela segurana desde

Campina Grande e demais cidades do interior paraibano, intensamente requisitado

para atender ocorrncias de exploso a caixas eletrnicos(quantas ocorrncias/ms

21

perguntar por estatsticas com explosivos). Outra forma comum de ocorrncia

envolvendo explosivos (perguntar). O batalho em questo no recebeu os

investimentos supracitados referentes a equipamentos antiterrorismo que, a propsito,

so custosos. A ttulo de exemplo, um traje antifragmentao tem que ser importado a

um custo de mais de 100 mil reais g]]. Alm do traje, no h um manipulador

telescpico ou um aparelho de raio-X porttil, o que significa que o explosivista conta

to somente na sua experincia. Nesta conjuntura, o uso de um canho disruptor surgiu

como uma ideia relevante, pois anularia a necessidade de manpulo no caso de

ocorrncias com ameaas explosivas, minimizando os riscos para os policiais.

De acordo com o site da empresa especializada em EOD, Royal Arms, o canho

(kit) varia de 2.395,00 a 3.895,00 dlares, algo em torno de 6.000,00 a 11.000,00 reais.

Dito isto, a aquisio de um canho disruptor sem o auxlio financeiro do governo no

algo vivel. Assim como o BOPE de Joo Pessoa fabricou o prprio canho, o batalho

de Campina Grande resolveu fazer o mesmo. Valorizando o papel cientfico exercido

pela UFCG na sociedade, o BOPE/CG nos requisitou o desenvolvimento de tal

equipamento que dever efetivamente integrar-se como mais uma ferramenta

disposio da polcia no combate ao crime em Campina Grande e regio.

1.2 Objetivo Geral

O principal objetivo deste trabalho desenvolver um canho disruptor que sirva

demanda do Batalho de Operaes Especiais (BOPE) de Campina Grande. Para

tanto, deve atuar em situaes que envolvam artefatos explosivos ou suspeitos,

efetuando o desmantelamento dos mesmos sem que haja detonao e,

consequentemente, danos s pessoas e s propriedades.

1.3 Objetivos Especficos

- Compreender os princpios de funcionamento de armamentos, explosivos e de

todos os componentes envolvidos.

- Aplicar metodologia de projeto na resoluo do trabalho.

- Fazer anlise mercadolgica para compreenso dos fatores envolvidos no

desenvolvimento de um canho disruptor.

- Realizar simulao em ambiente virtual para anlise comparativa com o

valores tericos calculados no dimensionamento do canho.

- Discutir e acompanhar o processo de fabricao do prottipo.

22

CAPTULO 2

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Bombas e Explosivos

2.1.1 Definies

Deflagrao: a autocombusto de um corpo, que pode estar em qualquer

estado fsico e que contm em sua composio combustvel e comburente intimamente

misturados em proporo adequada. Ocorre na direo normal superfcie, por

camadas, devido transferncia de calor da zona de chama que se encontra na fase

gasosa adjacente superfcie. Normalmente ocorre a velocidades subsnicas. um

fenmeno de superfcie e caracterstico dos chamados baixo explosivos.

Detonao: o fenmeno no qual uma onda de choque autossustentada, de alta

energia, percorre o corpo de um explosivo causando a sua transformao em produtos

mais estveis com a liberao de grande quantidade de calor. Esta onda de choque causa

um pico de presso, e um consequente pico de temperatura, que ocasiona a quebra das

ligaes das molculas. Seguindo esta zona de choque vem a zona de reao qumica na

qual iniciam-se as reaes qumicas e atinge-se o mximo de presso, densidade e

temperatura. Aps esta zona de detonao segue-se a expanso dos produtos gerados e a

liberao de calor. As velocidades de detonao geralmente so supersnicas, variando

de 1.000 m/s a 8.500 m/s. um fenmeno caracterstico dos chamados altos explosivos.

Exploso: o violento arrebentamento ou expanso resultante de uma grande

presso, que pode ser causado pela transformao de um explosivo por detonao,

23

deflagrao ou outra sbita liberao de presso como a contida em um vaso de presso.

H trs tipos de exploso: mecnica, atmica e qumica. [Abo]

Exploso mecnica: o resultado do aumento da presso interna num recipiente

hermeticamente fechado. Quando a resistncia do invlucro superada, resulta na

ruptura do mesmo e no lanamento de fragmentos.PM]]

Bomba: qualquer artefato confeccionado com uma carga explosiva, sendo

capaz de provocar destruio ou danos atravs da formao de ondas de choque. PM]]

Explosivos: So substncias ou misturas capazes de se transformar

quimicamente em gases (sofrer combusto) com extraordinria rapidez e com

desenvolvimento de calor, produzindo elevadas presses e considervel trabalho devido

ao do calor liberado sobre os gases produzidos ou adjacentes. Para ser considerado

um explosivo, o composto tem que ter uma instabilidade natural que pode ser acionada

por chama, choque, atrito ou calor. Os explosivos diferem muito quanto sensibilidade

e potncia. Tem uma maior importncia industrial ou militar os de natureza insensvel,

que podem ser controlados e tem um elevado contedo energtico. [Abo]

2.1.2 Classificao dos explosivos quanto ao uso

Figura 2.1

Fonte:

Como visto no fluxograma acima, cada explosivo tm uma finalidade especfica

e por isso so divididos segundo a aplicao.

Explosivos iniciadores primrios

So materiais muito sensveis, que podem explodir sob a ao do fogo ou pelo

impacto. Seu manuseio muito perigoso e so usados em quantidades

24

comparativamente pequenas aos demais, apenas para iniciar a exploso de quantidades

maiores de explosivos menos sensveis. Os explosivos iniciadores so usados em geral

em espoletas, detonadores e espoletas de percusso (impacto). Usualmente so sais

inorgnicos, enquanto os alto explosivos secundrios, e muitos propelentes

convencionais so, em grande parte, materiais orgnicos. Ex: fulminato de mercrio,

estifinato de chumbo (trinitroresorcinato de chumbo), diazo-dinitrofenol, tiazeno,

HMTD (Hexametilenotriperoxidodiamina) e azida de chumbo.

Os iniciadores apresentam brisncia e velocidade de detonao mais baixas que

os explosivos aos quais iniciam. So tambm menos estveis que os explosivos no

iniciadores.

Altos explosivos secundrios

So os destinados produo de um trabalho de destruio pela ao da fora

dos gases e pela onda de choque produzidos em sua transformao, a saber, detonao.

Como visto acima, para sua completa iniciao exigem uma onda de detonao de um

outro explosivo primrio. Os alto explosivos secundrios so materiais bastante

insensveis ao choque mecnico e chama, mas explodem com grande violncia,

quando ativados pela onda de choque produzida pela detonao do iniciador, que

geralmente est em contato com o alto explosivo. O que os faz serem substncias

explosivas a grande taxa de liberao de energia, e no a energia total libertada. Por

outro lado, a maioria dos alto explosivos apenas queima quando inflamada em

ambiente aberto. Ex. Nitropenta, Trotil, Tetril, Hexognio, Nitroglicerina, Dinamite,

TNT (Trinitrotolueno), PETN, RDX, picrato de amnio, cido pcrico, DNT

(dinitrotolueno).

Baixos explosivos

Tm por finalidade a produo de um efeito balstico, ou seja, deslocamento de

uma massa. Tambm chamados de propelentes, sofrem transformao por efeito de uma

chama, fenmeno chamado de deflagrao. No por acaso, apresentam uma velocidade

de transformao regular e controlada. A deflagrao ocorre em camadas paralelas

superfcie a velocidades relativamente lentas, mas com a liberao de grandes volumes

de gases. Ex: Plvoras mecnicas (plvora negra), plvora sem fumaa (nitrato de

celulose coloidal), algodo plvora, perxido de hidrognio, gasolina.

25

A Tabela 2-1 mostra a razo entre a quantidade de energia liberada por unidade

de massa de alguns explosivos comuns, comparados TNT.

Tabela 2-1 Converso de massa de TNT para outros explosivos.

Fonte:

Explosivo Fator de eficcia relativa

TNT 1,0

Plvora negra 0,55

Nitroglicerina 1,50

RDX 1,19

PETN 1,28

Pentolite (50% TNT, 50% PETN) 1,13

2.1.3 Mecanismos de acionamento

O mecanismo de acionamento o responsvel pela iniciao da carga explosiva

e podem apresentar, dentre outros, os seguintes princpios bsicos:

Fsico: baseado no fato de que alguns explosivos so sensveis ao choque. So os

casos de utilizao de sistemas de percusso semelhantes aos que ocorrem nas espoletas

de armas de fogo.

Qumico: baseado no fato de que alguns compostos qumicos ao se unirem

resulta numa reao exotrmica incendiria.

Eltrico: a corrente eltrica ao percorrer um condutor, provoca o seu

aquecimento que pode ser capaz de iniciar um explosivo sensvel ao calor.

DESENVOLVER MAIS

2.2 Tcnicas de desativao

H dois tipos de tcnicas: as passivas e as ativas. As primeiras so aquelas que

no provocam, em tese, alteraes fsico-qumicas no objeto suspeito capazes de acion-

lo. Alguns exemplos so: barreiras de proteo, auscultao, exame de Raios-X e

detectores de metais, inciso no pacote para exame visual interno via endoscpio e

resfriamento drstico e rpido para desativao da fonte eltrica.

26

O aparelho de Raio-X deve ser usado na maioria dos casos. O seu uso no

necessrio quando o suposto artefato muito evidente. Sua importncia se d pela

possibilidade de fornecer informaes valiosas do interior de um volume se a

necessidade de abri-lo ou toc-lo. Caso o item seja muito suspeito, dispensa-se o uso do

Raio-X e atira-se com o canho dgua ou cordel detonante pois melhor que se destrua

o artefato e se conclua que no era uma ameaa do que se aproximar e o artefato

explodir.

J as ativas so aquelas que podem provocar alteraes fsico-qumicas

previsveis no artefato, ativando-o. O principal objetivo interromper o circuito de

fogo. Alguns exemplos so explicados em seguida.

Figura 2.2 mtodo utilizado com garrafa pet

Fonte:

Garrafa plstica: O cordel detonante ao ser iniciado, ir lanar a assa de gua

contida na garrafa na direo radial e atingir o artefato explosivo provocando a

separao dos seus componentes. O esquema pode ser visto na Figura 2.2.

27

Figura 2.3- mtodo utilizando preservativo

Fonte:

Funil: o cordel, ao ser iniciado, gera uma onda de presso ao longo do funil e

arrasta a massa de gua contra o alvo. O esquema pode ser visto na Figura 2.3.

2.3 Canho disruptor

28

Figura 2.4 Pigstick: canho disruptor tpico.

Fonte:

Atualmente, ante a sofisticao com que podem ser feitos artefatos explosivos

caseiros, extremamente perigoso o manuseio de objetos suspeitos. Neste contexto,

recomendado o uso de tcnicas ativas de neutralizao do artefato. O canho disruptor

acionado remotamente e lana um jato, geralmente de gua, a grandes velocidades que

destri o mecanismo de acionamento ou o artefato por completo. Portanto, trata-se de

um equipamento de suma importncia que deve compor o arsenal de todo esquadro

antibombas. A sua grande vantagem que, apesar de ser uma tcnica ativa de

neutralizao, estatsticas alems apontam que em 90% dos casos no h detonao do

artefato. Assim, pode-se recuperar e analisar os componentes, tais como a carga

principal, o mecanismo de ativao e outros, no intudo de se determinar a autoria do

atentado.

Via de regra, eles representam armas de mdio calibre (20 a 40 mm) com canos

de comprimento relativamente curto (10 a 20 calibres) art5]]. Como o espectro para seu

uso variado, as munies que podem ser utilizadas tambm so. Quanto munio, h

dois tipos principais: aquelas em que a gua pr-carregada no cartucho junto ao

propelente [Patente US5136920] ou, mais usualmente,, aquelas em que o cartucho de

festim contm apenas o propelente, que deflagra e gera gases que impulsionam a gua

que est no restante do cano. Outra variante a propulso de uma massa slida, por

29

exemplo, de ao, para abrir fendas em invlucros mais resistentes ou outras aplicaes

especiais []. O projtil no fica restrito a estes dois ltimos exemplos, tambm sendo

constatado o uso de areia pura ou misturada com gua. Contudo, esta ltima causa um

grande desgaste do interior do cano e outros lquidos, no inflamveis, no so to

disponveis quanto a gua. Uma avaliao da eficincia de outros lquidos pode ser

observada em [art2].

(a)

(b)

Figura 2.5

Na Figura(a) , pode-se observar os componentes bsicos do disruptor. O cano (2)

um simples tubo de parede robusta o suficiente para suportar a presso interna gerada

pelos gases da combusto. Alm disto, armazena a gua (7) e a direciona ao alvo. O

cano tambm serve de suporte para os demais componentes, inclusive os opcionais,

como o trip. Em seguida inserida a carga propelente (5) ao fundo do cano. Esta carga

costumeiramente um cartucho de festim caibre 12 ou .50 (falar mais sobre a carga).

Ao fundo do cano tambm rosqueada a culatra (6), responsvel pela vedao da parte

de traseira do canho, impedindo que tanto o cartucho quanto os gases escapem. Nela

30

acoplada o sistema de percusso do cartucho, quando ele existe. Ainda, insere-se uma

bucha, chamada de pisto (3), que fica logo aps o cartucho quando no se usa projteis

slidos. A funo do pisto proteger a massa de gua, por exemplo, da combusto do

propelente (4), evitando que aquela se vaporize, alm de otimizar sua propulso. Por

fim, o projtil (7) inserido pela boca do cano e, novamente, no se tratando de uma

massa slida, insere-se uma segunda bucha, chamada de diafragma (1), que impede o

vazamento do projtil, devendo ser de material frgil para que rompa facilmente. O

elemento (8) um acessrio e varia segundo o fabricante e a necessidade do usurio. No

caso da figura, trata-se de um bocal convergente, utilizado para obter velocidades de

ejeo muito elevadas. Outra possibilidade para (8) um freio-de-boca ou outro

dispositivo de antirecuo. Na figura abaixo, observa-se o bocal (a) e o freio-de-boca (b).

(a)

(b)

Figura 2.6 -

Assim, o princpio de funcionamento do canho bastante simples. A carga

propelente, aps a iniciao, expande da cmara de combusto ao longo do cano

acelerando o pisto que est sua frente. Este, por sua vez, impulsiona a carga de gua,

que est contida no restante do cano, e rompe ou arrasta o diafragma (a depender de

como foi fixado). Na boca do cano, a massa de gua apresenta aspecto cilndrico mas,

conforme o jato se propaga, h disperso e conificao do mesmo. Ao entrar em contato

com o alvo, o jato rompe o invlucro e arrasta seu contedo. A velocidade do jato

geralmente maior que a de acionamento do artefato, impossibilitando sua exploso.

Ainda, o jato dgua oferece pequeno coeficiente de atrito e nenhuma possibilidade de

31

fasca, alm de outras caractersticas inerentes como alto coeficiente de calor e baixa

condutividade trmica, se comparado a cargas slidas.

Figura 2.7

Em

32

CAPTULO 3

3 METODOLOGIA DE PROJETO

O projeto de um componente ou um sistema apresenta em cada caso

caractersticas e peculiaridades prprias. Mas medida que um projeto iniciado e

desenvolvido desdobra-se uma sequncia de eventos, numa ordem cronolgica,

formando um modelo, o qual quase sempre comum a todos os projetos. [livro

metodologia de projeto]

Desta forma, a Figura 3.1 representa o fluxograma da metodologia de projeto

que foi usado em [trab de thiago], e referncia para a execuo deste projeto.

33

Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia de projeto adotada no trabalho.

Definio do Problema: tambm chamado de Projeto Informacional, a fase de

interpretao e limitao dos requisitos disponveis de forma clara e objetiva. Para

tanto, rene-se todas as possveis informaes necessrias ao desenvolvimento do

trabalho. So realizadas pesquisas buscando informaes referentes aos requisitos

do projeto do dispositivo a ser desenvolvido.

O levantamento bibliogrfico feito em publicaes, revistas, livros, e sites

especializados. Tambm se faz um levantamento de equipamentos j existentes

(pesquisa de mercado), assim como patentes, buscando os aspectos funcionais e de

projeto;

Projeto Conceitual: busca-se apresentar na forma de croquis, diagramas, desenhos

esquemticos a visualizao da(s) idia(s) que melhor atendem a demanda de

projeto;

Projeto Preliminar: busca-se estabelecer materiais e espessuras que resistam aos

esforos solicitados em conformidade

Projeto Detalhado: com os processos de fabricao e as normas vigentes no pas,

quanto segurana operacional e a confiabilidade do produto, detalhando a

documentao para a construo do prottipo;

34

Construo do prottipo: faz-se uso dos recursos disponveis em termos de

fabricao e montagem, para a obteno da forma fsica estabelecida e

dimensionada nas fases anteriores;

Teste de Validao: para saber se atende s especificaes de projeto e,

consequentemente, a demanda inicial.

35

CAPTULO 4

4 RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Projeto Informacional

4.1.1 Definio do problema e dos requisitos

Inicialmente foi realizada uma reunio com alguns policiais do BOPE/CG com a

finalidade de ter uma definio mais precisa do problema e alinhas expectativas. Nesta

ocasio pde-se apresentar os dados obtidos em uma pesquisa preliminar, indicando

alguns modelos encontrados no mercado e suas caractersticas principais. Com isto,

teve-se um ponto de partida para debater a concepo do canho de acordo com os

requisitos de projeto apresentados concomitantemente.

Outro ponto importante foi que esta reunio pde dar-nos uma viso mais

realista do problema, dado que tais policiais so os mesmos que abordam estas

ocorrncias envolvendo ameaas de bombas, ou seja, conhecimento de causa. Alm

disto, j possuam conhecimento prvio sobre o equipamento, pois o explosivista fizera

um treinamento em So Paulo como parte dos preparativos j citados para a Copa do

Mundo. Desta ocasio, foram notados apenas alguns requisitos:

O canho deve ser projetado para ser usado principalmente em ambientes

fechados, pois se sabe que o maior nmero de ocorrncias est

relacionado exploses bancos.

36

A munio utilizada deve ser compatvel com a realidade do batalho.

Teoricamente, pode-se usar qualquer munio, desde que se trate de um

cartucho de festim.

Interpretando de uma forma mais direta, o canho dever ter o mnimo de recuo

possvel, de forma a no danificar o ambiente nem a si mesmo, e o calibre do canho

fica em funo da munio disponvel no batalho.

Em relao munio, inicialmente foi apresentada a possibilidade de usar um

cartucho de festim calibre 12. Este cartucho na verdade recebido como um cartucho

letal, ou seja, contendo as esferas de chumbo, sendo necessrio retir-las e vedar a

cpsula com parafina, por exemplo. Frente a esta dificuldade de preparao das

cpsulas, levantou-se a hiptese de usar um espoletopim em virtude de ser um material

de maior disponibilidade e de pronta utilizao. O espoletopim consiste numa espoleta

de Alumnio contendo 550 mg de Pentaeritritol e 250 mg de Azida de Chumbo que est

crimpada num cordel detonante de plvora (estopim), representada na Figura. Apesar

dos riscos envolvidos no uso de um alto explosivo como propelente para o canho, as

vantagens e a inovao do emprego de uma espoleta em relao ao cartucho foram

consideradas, pois seu emprego j havia sido observado em outro projeto.

(a)

(b)

Figura 4.1 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b).

Em outra ocasio, foi-nos dada a oportunidade de avaliar o canho disruptor

usado no batalho de Joo Pessoa. Tal equipamento foi fabricado a partir de desenhos

tcnicos disponveis poca, sendo uma representao do modelo mais comum, calibre

Espoleta

de PETN

Estopim

de plvora

37

12. A culatra externa e o acoplamento feito atravs de rosca quadrada (citar

desvantagem na concepo). Algumas peculiaridades talvez evidenciem o

desconhecimento tcnico deste projeto. Por exemplo, os anis de conteno, que

prendem o canho no suporte e diminuem o recuo, foram usinados a partir da mesma

barra que o cano. Em geral, so soldados para que possa se partir de um material de

dimetro menor na usinagem do cano. Outra o fato de a parede do cano ser menor

justamente na regio traseira, que a mais solicitada por conter a cmara de combusto

e a rosca, que diminui a rea efetiva de resistncia. Estes detalhes indicam que o projeto

superdimensionado, sendo possvel uma diminuio de sua massa. A capacidade

mxima de gua comportada pelo cano de aproximadamente 150 ml. (mostrar

dimenses na figura?inventor)

Figura 4.2 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP

Ademais, foi levantado um amplo banco de dados com artigos, patentes,

catlogos, imagens e vdeos sobre o tema e outros assuntos inerentes. No que concerne

normas, no se encontrou nada relacionado ao tema. Por outro lado, obteve-se vrios

artigos relacionados a Powder-driven water cannons (numa traduo livre: canhes

dgua movidos plvora), publicados principalmente pelo Engenheiro Mecnico

ucraniano Semko (citar os artigos). Apesar de no ser o foco deste trabalho, tais

publicaes podem fornecem anlises profundas da teoria e do clculo da balstica

interna do canho dgua.

38

4.1.2 Canhes dgua de alta velocidade

Em [a4] e [a2], Semko cita e diferencia dois tipos de canho com jatos de

altssima velocidade e muito usados no desmonte de rochas duras: o Hidrocanho (HG

Hydrogun) e o canho dgua pulsada (PWC Pulsed Water Cannon). A relevncia das

diversas publicaes de Semko se justifica pelo fato de que tais canhes tm a mesma

concepo que os disruptores, se diferenciando apenas na aplicao, que demanda maior

velocidade. O primeiro tem alcance de alguns decmetros e fornece jatos de at 3000

m/s atravs do princpio da acelerao de um volume fechado por um bocal convergente

longo (inrcia). J o segundo tem alcance de vrios metros e fornece jatos que podem

chegar a 1500 m/s atravs da acelerao de um fluido a alta presso por um pequeno

furo (extruso). Desta forma, o HG consegue velocidades maiores a uma mesma presso

mxima sob o custo de ser mais pesado por requerir um bocal e um colimador longos.

Em [a2], investigada a influncia das propriedades do fluido na eficincia do

jato dgua segundo as hipteses de fluido compressvel e incompressvel. Concluses:

A viscosidade do fluido tem baixo impacto nos parmetros do canho.

Para velocidades menores que Match 0,5, o fluido pode ser considerado

incompressvel. Para velocidades maiores que Match 1, a presso

39

mxima no cano se mostrou 80% maior para o modelo incompressvel da

gua. [figura]

O lquido mais eficiente aquele de maior densidade e menor

compressibilidade. O Glicerol apresentou 20% mais impulso que a gua.

Pode-se deduzir dos trabalhos de Semko que o canho disruptor se aproxima

mais do modelo de PWC, pois necessita de leveza e portabilidade para ser facilmente

transportado pelos policiais alm de no necessitar de velocidades to grandes quanto o

HG produz. Ainda, dado que desnecessrio utilizar outro fluido que no a gua e que

nela a velocidade do som presso atmosfrica de aproximadamente 1500 m/s, neste

trabalho ir considerar-se a gua como um fluido incompressvel. [falar na concepo,

se n usar bocal]

Em [a3], h um modelo matemtico que se aproxima bastante dos disruptores

mais simples, porm sem bocal e colimador, e devendo-se atentar que o autor considera

a compressibilidade da gua. A presso e a velocidade mxima neste caso 73 MPa e

323 m/s para 100 g de plvora, bem menor que nos outros trabalhos cujos canhes

possuem bocal. Em [a4], por exemplo, os parmetros do canho so similares e usando

40 g de plvora, a presso mxima atinge 1100 MPa com velocidade mxima de 723

m/s. De toda forma, fica evidente que os canhes dgua so bem versteis quanto a

aplicao. A depender do projeto, pode-se obter um canho voltado para pequenas

ameaas ou para artefatos bem protegidos, que demandem grande energia para

rompimento dos invlucros.

4.1.3 Avanos Recentes No Design De Disruptores Desmontveis

No trabalho [[artRECENT]], Russel faz um panorama sobre os avanos nos

canhes modulares, ditos desmontveis, e tambm avalia a problemtica na reduo do

massa dos canhes disruptores e o impacto em suas performances. Russel cita:

Apesar de o principal objetivo do Mk2 (ou qualquer disruptor desmontvel)

seja transferir uma quantidade suficiente de energia cintica para o projtil, uma parte da energia cintica sempre ser transferida para o prprio

disruptor. A energia do conjunto cano-culatra um efeito residual ao se

disparar um projtil de um disruptor desmontvel.

Este processo citado por Russel devido troca de momento entre o canho e o

projtil. Para provar isto, feita uma anlise sobre a velocidade de disparo e a massa do

40

disruptor Mk2, um modelo canho modular. Russel mostra que a velocidade do projtil

depende diretamente da energia potencial (E) armazenada no cartucho e das massas do

canho (m2) e do projtil (m1), segundo a equao a seguir:

1 (2) = 22

12+1 Eq.(4.1)

A equao nada mais oriunda justamente da troca de movimento entre as

massas. Sendo um processo inerente ao disparo, uma reduo na massa do disruptor

causa uma reduo na velocidade de disparo do projtil. Esta uma relao no linear, o

que faz com que haja um limite no qual o incremento grande de massa cause um

incremento pouco significante na velocidade mxima terica de disparo. Por outro lado,

h igualmente uma regio em que uma reduo pequena da massa causa redues mais

significativas na velocidade. Na Figura, Russel considera o uso de um cartucho calibre

.50 com 6.8 BTU de energia. Assim, Russel prope um novo modelo em que metade da

massa pertence ao canho em si e a outra metade pertence a uma luva, permitindo que o

trabalho de carregar o canho seja dividido em duas pessoas (figura B).

Figura 4.3 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho.

41

Figura 4.4 Vistas cortadas da montagem do disruptor Heavyweight-lightweight.

4.1.4 Canho Disruptor Calibre 90 mm

Figura 4.5

Neste trabalho [a20], foi feita um estudo sobre a possibilidade de diminuio do

peso de um canho disruptor atravs de mudanas no perfil do cano, ou seja, atravs de

alteraes de espessura ao longo de sua parede. Tal equipamento utiliza a plvora

contida num cartucho calibre .50 como propelente para impulsionar um pisto de

formato particular que conduz a gua at a sada do bocal, produzindo um jato a

altssima velocidade. O autor afirma ainda que este canho capaz de destruir artefatos

com tamanho mximo de um tambor de 55 gales, ou 208 litros. Dentre os resultados

obtidos, tem-se o perfil de tenses na parede no cano obtido por elementos finitos

(considerando o efeito do bocal) e a curva de presso interna gerada pelo cartucho.

Pode-se ver na Figura(a) que as presses mximas no cano encontram-se na regio do

bocal, com pico de 384 MPa. Quanto presso interna, verifica-se que esta mxima

42

nas proximidades do cartucho e atinge 103,4 MPa, j com algumas consideraes como

um fator de segurana de 10%.

(a)

(b)

Figura 4.6

Ademais, os autores discutem opes de design para o canho. Dentre as

recomendaes, sugere-se o uso de roscas tipo dente-de-serra ao invs de acme, pois

oferece melhor vedao e menor fadiga, de ao 4340 ou outro com tenso de

Acoplamento

da culatra

Acoplamento

do bocal

43

escoamento mnima de 1.103 MPa e resistncia a impacto de Charpy de 20 J, para que

no haja margem para falha catastrfica. Tambm recomendado cromar a superfcie

interna do tubo para evitar oxidao e fragilizao por hidrognio no caso de aos

ligados de alta resistncia.

4.1.5 Canho dgua da Polcia Federal

Figura 4.7

Em [apostPF] os autores fornecem o projeto detalhado, o funcionamento e os

resultados dos testes feitos de um canho dgua para ser utilizado pelas polcias

brasileiras. O equipamento composto por um canho e um freio de boca feitos em ao

SAE 1045, buchas de Polietilleno de alta densidade, cartucho calibre 12 e bases de

alumnio B515 T-6. O acionamento feito por um squib eltrico e o propelente 4,5

gramas de plvora de base simples vedada com parafina no tero inferior do cartucho. O

cano possui dimetro interno de 27,6 mm, comprimento de aproximadamente 380 mm

(culatra boca do cano) e o volume de gua utilizado de 150 ml. Vale observar que o

acoplamento da culatra feito por rosca quadrada de 8 filetes com dimetro nominal de

cerca de 35,5 mm. Tais dimenses so quase idnticas daquelas do canho do BOPE/JP.

Em um dos testes, efetuou-se um disparo contra uma caixa metlica de

40x15x15 cm completa de serragem e localizada a 15 mm de distncia da boca do cano.

Verificou-se a destruio desta e o espalhamento dos seus pedaos e contedo por uma

rea de 5 metros de dimetro. No mesmo terreno de cascalho, verificou-se a diminuio

do recuo de 4,5 para 1 metro ao utilizar-se o freio-de-boca. Ficou clara a necessidade do

mesmo, ou de um sistema parecido, em operaes em ambientes pequenos.

44

4.1.6 Patentes

Aps pesquisa feita online constatou-se que h uma variedade significante de

patentes relacionadas ao tema. A maioria das patentes refere-se aos canhes

propriamente ditos, inclusive de modelos comercializados, mas h tambm aquelas

relacionadas a outros componentes. Em US201002224054A1, Langner defende o

desenvolvimento de um freio-de-boca (muzzle breaker) para reduo do recuo em

disruptores. Outra patente relacionada diminuio do recuo a US8413570B2,

tambm de Langner, que se refere a um sistema de ejeo e recuperao de um

paraquedas. O uso de paraquedas ou freios-de-boca como soluo para o recuo tambm

foi observado em vdeos comerciais de alguns modelos de disruptores (Figura).

Figura 4.8 Sequncia de abertura de paraquedas.

Outras solues relacionadas ao recuo podem ser estudadas em US7997179B1 e

US6408731B1, por exemplo. Ambas as patentes utilizam reservatrios secundrios de

gua na parte traseira do canho com a finalidade de parte do recuo seja amortecido pela

expulso dessa massa secundria de gua na direo oposta do jato principal.

Paraquedas

fechado

Paraquedas

abrindo

45

Figura 4.9 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua.

No mesmo passo que Russel (seo 4.1.3), as patentes US8276495B1 e

EP0539639A1 tratam de um canhes disruptores modulares. No primeiro, o canho

munido de um cartucho calibre .50 e composto por um cano principal e um conjunto de

culatras que podem disparar cargas slidas simples, aletadas e gua (FIGURA). Alm

de ser dito leve, tambm pode comportar um bocal convergente na boca do cano. O

pouco peso se deve ao pequeno comprimento sugerido, de at 250 mm, com dimetro

interno de at 25 mm.

Figura 4.10

J na segunda patente, Lavoix desenvolve um canho modular com

prolongamentos de tamanho diferenciado para o cano, por exemplo, L, 1,5L e 2L. Tais

prolongamentos podem ser associados entre si e com o cano principal, permitindo,

portanto, variar a massa de gua disparada. Alm de facilitar o transporte, a modulao

permite uma maior longevidade do equipamento. Lavoix tambm explica que a

Furos para

ejeo de gua

Canais para ejeo

de gua.

46

quantidade de gua difere duas situaes: pouca quantidade de gua lanada a uma

velocidade alta ou uma menor quantidade de gua a uma velocidade menor. Tal

afirmao compatvel com a Equao 4.1, devido conservao do momento total. A

escolha feita de acordo com o material a ser desmantelado. Por fim, Lavoix apresenta

os resultados de testes realizados variando o comprimento do canho, a quantidade de

gua e o emprego do bocal. Os resultados podem ser vistos abaixo:

Tabela 4-1 Resultados dos testes de Lavoix em seu canho modular.

Observa-se que na segunda bateria de testes, variou-se apenas o prolongamento

total do canho, mantendo-se a o volume de gua e obteve-se aumento significativo da

velocidade de disparo. Pode-se notar tambm que uma diminuio de aproximadamente

16% na massa de gua do primeiro teste em relao ao segundo gerou um aumento de

59% na velocidade do jato. Como ser visto na pesquisa de mercado, em geral, utiliza-

se 132 ml de gua. O valor empregado tambm coerente com os canhes analisados

nas sees 4.1.1 e 4.1.5. A tabela 4.1 tambm serve de embasamento para este projeto.

4.1.7 Pesquisa de mercado

Uma grande variedade de catlogos de canhes disruptores e relacionados est

disponvel on-line, assim como trabalhos cientficos. Algumas variveis apresentadas no

catlogo, tais como tipo de munio e percentual de recuo, foram filtradas desta tabela,

pois acabaram no tendo grande utilidade no trabalho. Tambm foram desconsiderados

canhes do tipo Dearmer, que disparam apenas projteis slidos com o objetivo de

penetrar armaduras. Da mesma forma, canhes repetidos, ou seja, modelos que j

47

haviam sido visualizados em outro catlogo no foram considerados. Contudo, optou-se

por englobar canhes cuja aplicao est alm ou aqum do necessrio para se ter uma

viso mais ampla da situao atual do mercado. Alm disto, os dados do canho do

BOPE de Joo Pessoa (seo 4.1) e do desenho da Polcia Federal (seo anterior)

foram considerados pelo fato de se ter quantidade pequena de valores para algumas

variveis e por serem efetivamente utilizados pelas polcias do Pas. Desta forma,

analisou-se 36 catlogos, dos quais apenas 23 foram considerados. Em seguida, definiu-

se os pontos mais relevantes e mais frequentes nos catlogos e montou-se o banco de

dados a seguir:

Tabela 4-2 Principais informaes dos canhes encontrados no mercado. Dados

retirados dos catlogos dos fabricantes.

48

Onde:

L = Comprimento total do cano

Di = Dimetro interno do cano

De = Dimetro externo do cano

E = Espessura da parede do cano

Alguns itens aparecem em branco, pois no foram informados pelo fabricante.

As colunas sobre sistema de recuo e projtil slido foram selecionadas somente a ttulo

de informao sobre a relevncia destes itens num projeto de canho disruptor, sem a

obrigao de atender a tais necessidades. Para uma melhor visualizao dos resultados,

criou-se a tabela para anlise estatsticas dos dados.

Tabela 4-3 Valores estatsticos dos principais dados.

L (m) Di (mm)

e (mm) Massa (kg)

Volume de gua (ml)

Mdia 424,2 24,8 9,3 2,3 132,0

Desvio Padro 62,9 5,2 5,9 1,2 71,4

Coeficiente de Variao (%)

14,8 21,0 63,7

54,3 54,1

O coeficiente de variao uma medida de disperso e oferece a razo entre o

desvio padro e a mdia. Os melhores resultados foram encontrados para o

49

comprimento total e o dimetro interno, j que tm valores mais baixos de coeficiente

de variao, o que indica que o conjunto de dados em ambos mais homogneo. Assim,

pode-se tomar as mdias como valores seguros. J no caso do volume de gua usado,

sabe-se que a grande disperso dos dados devido falta de padronizao dos

catlogos, que nem sempre informam este valor, e pela diversidade de canhes, j que a

quantidade de gua est relacionada com o poder de destruio do canho. Por sua vez,

a mdia dos valores para a massa apresenta uma baixa representatividade por depender

diretamente dos materiais e opes de design utilizados. Como h alguns canhes do

tipo disposable, base de polmeros e descartveis, e lighweight, verses mais

leves, h uma disperso dos valores. Assim, os valores para o volume de gua e a massa

do canho podem so usados apenas como base. Por outro lado, percebe-se pela tabela

que os canhes de cano mais curtos e, consequentemente, mais leves, so os que tm o

menor poder de destruio. Como j foi visto, a massa total As demais variveis

presentes na tabela e no abordadas na anlise estatsticas s.

Figura 4.11 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes

disruptores.

Quanto ao comprimento do canho, foi traado um grfico de disperso para

uma anlise menos determinstica dos dados. Na Figura acima, pode-se ver uma clara

tendncia do mercado em fabricar os canhes com duas faixas de comprimento

preferenciais. Os canhes do primeiro patamar, entre 380 e 400 milmetros, so os

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

0 5 10 15 20 25

Comprimento (mm) vs Modelo nico

Comprimentos

437

465

380

50

primeiros que aparecem cuja finalidade est alm do desmantelamento de alvos macios

e pequenos, como cartas. J no segundo patamar, mais claro e com mais exemplares, os

comprimentos esto entre 437 e cerca de 465 milmetros e, em geral, representa canhes

que comportam uma grande variedade de aplicaes. Ao desconsiderar-se aqueles

quatro primeiros exemplares, a mdia dos comprimentos cai para 449,5 mm, valor no

centro do segundo patamar. Portanto, o grfico indica claramente uma tendncia entre

os fabricantes em relao ao comprimento dos canhes para desmantelamento de

objetos pequenos e cuja carcaa no oferece nenhuma resistncia.

Figura 4.12 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes

disruptores.

Quanto aos dimetros, a Figura 4.7 oferece igualmente uma viso mais ampla do

que utilizado no mercado. A figura mostra que h uma tendncia a se utilizar canhes

de calibre 27 mm assim como, em geral, o dimetro externo tende a estar entre 37 e 39

mm. Contudo, sabe-se que no dimensionamento do cano o essencial determinar a

espessura da parede, que depende tambm do material. Por isso, o grfico serve mais

como uma orientao para no se fazer um projeto extravagante.

Tabela 4-4 Avaliao mdia sobre a presena de sistemas anti-recuo e o uso de

projteis slidas nos canhes analisados.

Sistema de Anti -Recuo Projtil slido

Mdia (%) 56% 32%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20

Dimetro Interno

Dimetro externo

37 39

27

51

Nota-se pelas mdias que um sistema anti-recuo desejvel. Isto se d pela

prpria aplicao do canho, que geralmente usado em ambientes fechados. Alm do

mais, o recuo pode chegar a vrios metros, o que torna o canho um perigo s pessoas e

pode inclusive danific-lo. O projtil slido usado para abrir um acesso em alvos mais

resistentes. Todavia, a anlise mostra que este no se mostra to necessrio.

4.2 Projeto Conceitual

O projeto conceitual dividido em trs etapas. Na primeira, concebeu-se um

prottipo de canho que comportasse o conjunto da espoleta de PETN e o pavio de

plvora. Na segunda, fez-se a concepo de um canho de acordo com o que est

disponvel no mercado. Finalmente, a terceira etapa se sucedeu dos testes realizados

com o primeiro prottipo e corresponde a ajustes que se mostraram necessrios. Esta

etapa foi realizada em ambiente virtual.

4.2.1 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 1

Como dito na Seo 4.1.1, o uso de cartuchos calibre 12 como munio do

canho no algo simples. A opo mais vivel apresentada para o acionamento do

cartucho foi o uso de espoletopins (espoleta e pavio), pois no se possui sistema de

squib eltrico para acionamento distncia. Ainda, o desenvolvimento de um sistema

de percusso mecnica tambm no se mostrou praticvel devido ao tempo disponvel

para o projeto. Assim, a concepo deste primeiro prottipo baseaou-se no uso do

espoletopim, de acordo com a realidade do BOPE/GATE.

52

Figura 4.13 Modelo de espoletopim apresentado pela Polcia.

Na Seo 2.3 mostrou-se que os subsistemas bsicos do canho disruptor so:

armazenamento (cano), vedao (culatra, buchas, silver tape, etc) e acionamento e

propulso (munio e forma de acionamento). Como j se possua este ltimo (espoleta

de PETN), bastou determinar os demais. Uma das grandes vantagens do canho

disruptor sua concepo e construo simples, com poucos componentes.

A funo da culatra de vedar a traseira do canho para que a expanso dos

gases propelentes se d apenas no sentido da boca do cano. Desta forma, a maior parte

da energia cintica dos gases transferida para a massa de gua. A culatra deve ter um

furo para passagem dos componentes de acionamento da munio (pavio, fios eltricos,

etc). Por isso, a vedao feita em conjunto com o prprio cartucho. No momento da

deflagrao do propelente o cartucho recua e bloqueia a sada dos gases pelo furo da

culatra. Como a espoleta apenas um milmetro a maior que o pavio, no h como usar

o mesmo sistema de bloqueio. As pesquisas realizadas indicaram que a munio usada

sempre um cartucho de festim, seja calibre 12 ou .50. Logo, teve-se que conceber um

sistema novo. Para tanto, baseou-se na modelo da Patente US8276495B1, visto na

Seo 4.1.6. Isto se deu graas caracterstica do acoplamento interno da culatra no

canho. Com isso, transfere-se a cmara de combusto para a culatra e o canho serve

apenas para o armazenamento e direcionamento da gua.

Espoleta

De PETN Estopim

53

(a)

(b)

Figura 4.14 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso

usada no canho RADC-2 da Royal Arms (b).

Outra motivao daquele trabalho foi a possvel fabricao de uma segunda

culatra que comporte um cartucho, como nas Figuras 4.10 e 4.14. No mercado, foi

encontrada uma culatra interna, ou culatra-parafuso, relacionada ao canho RADC-2

(Figura b). Os componentes foram projetados em ambiente virtual e podem ser vistos

nas Figuras a seguir. As cores servem meramente para melhorar o contraste entre os

componentes.

Culatra que comporta

a munio.

54

(a)

(b)

Figura 4.15 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b).

(a)

55

(b)

Figura 4.16 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b).

Observa-se na Figura 4.14 que tambm foi adicionado um furo roscado com

acesso cmara de combusto. Sua finalidade abrigar um parafuso de presso que

evite que a espoleta seja lanada para trs no momento da detonao. No que concerne o

acoplamento, optou-se por rosca mtrica fina uma vez que no se tinha dados sobre o

comportamento da espoleta no canho. Apesar de saber que no se teria esforos axiais

significativos, optou-se pela rosca fina por uma melhor vedao. Tambm foi

adicionado um O-ring para aperto da rosca e vedao da mesma.

Royal Arms (todos os modelos)

EOD Partner (WD 12.7)

Cmara de combusto

56

Force Ware (WD 12.7)

Mondial Defense Systems (Pigstick)

Royal Arms

HOPE (Scorpion700712)

US6408731B1

US7997179B1

Figura 4.17 Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado.

Por fim, tem-se o pisto, ou bucha traseira, que impede que a gua escorra pela

culatra e possibilita uma transferncia de energia mais eficiente. Segundo o que foi

constatado nas Patentes US7997179B1 e US6408731B1 (Figura 4.17), o pisto deve ter

as faces cnicas para aumentar sua resistncia e eficincia. Observa-se na mesma figura

que o Diafragma, ou bucha frontal, sempre uma espcie de tampa plstica frgil,

apenas para vedao. Por outro lado, o Pisto pode ter formato semelhante, com intuito

nico de vedar, ou tem formato cilndrico para os fins j citados. A escolha do pisto foi

pelo modelo cilndrico sem conicidade, pela simplicidade, maior eficincia, facilidade

de fabricao e reposio. Quanto ao diafragma, optou-se por utilizar uma camada de

silver tape na boca do cano, como j feito pela polcia, ou mesmo outra bucha, a se

determinar no momento dos testes. A concepo final e os detalhes de sua montagem

so mostrados na Figura 4.15.

Pisto Diafragma

Buchas de

cortia

Pisto Pisto

Diafragma

Pisto

57

(a)

(b)

58

(c)

(d)

Figura 4.18 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do

Espoletopim (b), do acoplamento cano (c) e da culatra e seus componentes (d).

59

(a)

(b)

Figura 4.19 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte

do mesmo (b).

4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2

Estopim

Parafuso

De presso

Espoleta

O-ring Culatra

Pisto

Cano

60

No decorrer do trabalho, projetou-se (Seo xx), fabricou-se (Seo xx) e testou-

se (Seo xx) o primeiro Prottipo do canho disruptor munido de espoleta de PETN.

Todavia, os testes indicaram alguns problemas, discutidos na Seo xx. Com o

propsito de aperfeioar este primeiro prottipo, realizaram-se algumas modificaes

que culminaram no Prottipo 2. De forma geral, aumentou-se a capacidade de gua

atravs do aumento dos dimetros internos da culatra e do cano. Ademais, acrescentou-

se um prolongamento para o cano com o mesmo propsito e uma conexo de rosca

entre estes dois componentes. Detalhes da montagem e dos componentes podem ser

vistos nas Figuras 4.17 e 4.18.

(a)

61

(b)

Figura 4.20 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do

acoplamento entre o cano e o prolongamento (b).

(a)

62

(b)

Figura 4.21 - Concepo aperfeioada do Prottipo munido de espoleta (a) e vista em

corte do mesmo (b).

4.2.3 Canho Munido de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3

Em vista do pouco tempo disponvel para realizar o projeto desde o Projeto

Informacional at os Testes e a aprovao do prottipo, foi-se necessrio executar

algumas tarefas em paralelo para assegurar que o trabalho fosse o mais completo

possvel. Neste sentido, preferiu-se projetar um canho de cartucho em paralelo ao de

espoleta para o caso deste ltimo no atingir as expectativas.

Conforme a pesquisa mercadolgica assinalou, os canhes disruptores

comerciais utilizam cartuchos de festim. Da mesma forma, na Seo 4.1.1 foi levantada

a hiptese de se usar um cartucho de espingarda (calibre 12) modificado para dispar-lo

a partir de um pavio, como no caso da espoleta dos Prottipos 1 e 2. Quanto forma,

no se h muita variao entre os modelos do mercado. Isto se deve muito

simplicidade do equipamento. Uma anlise geral indica que h trs modelos de canho:

um mais complexo com sistema antirecuo, outro intermedirio com bocal e um bsico

sem estes recursos, vistos Figura xx (a), (b) e (c), respectivamente.

Estopim

Parafuso

De presso

Espoleta

O-ring Culatra

Pisto

Prolongamento

Cano

63

(a)

(b)

(c)

Figura 4.22 -

Custos, tempo e praticidade pesaram na escolha pelo modelo Pigstick, da Figura

4.22 (c). Este modelo um dos mais usados e atende aos requisitos definidos. Na tabela

com os dados da pesquisa de mercado mostra que este equipamento responde

necessidade de desmantelamento de tamanhos e resistncias variadas.

(a)

(b)

Figura 4.23 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo

Culatra

Bocal

Bocal Sistema

antirecu

o

64

Pessoa (a) e do Pigstick da Chemring (b).

A culatra semelhante em todos os modelos e, no geral, utiliza-se rosca dente de

serra, Figura (b). Todavia, escolheu-se a rosca quadrada como na Figura (a),

mencionado na Seo 4.1.1. Roscas no convencionais como as citadas so muito mais

complexas de serem usinadas. Apesar do que foi indicado no mercado, seria necessrio

fabricar a ferramenta apropriada. Das opes possveis, optou-se pela mais simples de

se conseguir, em acordo com o responsvel pela usinagem dos materiais e embasada no

modelo usado no Batalho de Joo Pessoa. No caso do pisto e diafragma, mantiveram-

se as justificativas dos prottipos anteriores: pisto cilndrico sem concavidades e

diafragma feito com vedao de silver tape. Os resultados da concepo podem ser

vistos abaixo.

(a)

65

(b)

Figura 4.24 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).

(a)

66

(b)

Figura 4.25 - Concepo montada do Canho de cartucho (a) e vista em corte da

montagem (b).

4.3 Projeto Preliminar

Esta etapa do projeto visa definio dos materiais e dimenses. Para tanto,

embasou-se na teoria disponvel, simulaes para comparao e dados colhidos nas

pesquisas realizadas, de acordo com as possibilidades para cada componente. O

dimensionamento tambm leva em conta o material disponvel no mercado, a execuo

da fabricao e o fator de segurana desejado. No que concerne os clculos tericos,

estes foram feitos baseados na Teoria de Vasos de Presso de Paredes Grossas (Soluo

de Lam). Os clculos, na verdade, so idnticos queles para Vasos de Presso de

Paredes Finas com a diferena de que, pare estes ltimos, o raio interno do vaso de

presso igual ao externo, simplificando as equaes. Esta teoria vastamente

conhecida e utilizada e pode ser encontrada em [cookYoung]]. Onde no se pde ou no

se era necessrio calcular as espessuras, utilizou-se da simulao computacional e dos

resultados apresentados na pesquisa informacional. O dimensionamento dividido por

prottipo, pois segue a sequncia lgica e agrupa as informaes.

4.3.1 Projeto Preliminar do Canho de PETN - Prottipos 1 e 2

Conforme j dito, este prottipo tinha apenas carter de avaliao da capacidade

da espoleta em gerar presso suficiente para formar o jato dgua. Resolveu-se ento

Espoletim

Culatra Cartucho

Pisto Cano

67

concentrar os esforos no desenvolvimento do prottipo final, que poderia usar espoleta

ou cartucho dependendo do que os testes com PETN indicassem. Desta maneira, no se

achou necessrio seguir risca o que foi apresentado no Projeto Informacional.

Dito isto, partiu-se da escolha do material. Sabe-se que na regio no se possui

barras de ao de ligas especiais e aos inox em geral (SAE 4340, SAE 4140, etc), como

indicado pela pesquisa de mercado. Foi feita uma pesquisa nas lojas de revenda de

material industrial e encontraram-se trs composies diferentes para as barras de ao:

SAE 1020, 1045 e VC-131. Este ltimo um tipo de ao-ferramenta, sendo de

dificlima usinagem e pouco encruvel. A encruabilidade desejvel para que o canho

no tenha um colapso repentino, sem dar indicativos que v falhar, pois deforma muito

pouco (ver Seo 4.1.4). Dentre as demais possibilidades, optou-se por uma barra de

ao SAE 1020 supe-se, laminada. O valor mnimo esperado de Tenso de Escoamento

de 210 MPa para laminao quente e 350 MPa para laminada a frio [[handbook]].

A presso interna mxima gerada pelos gases estimada menor para a espoleta

de PETN em comparao ao cartucho de plvora. Isto se d porque este ltimo produz

cerca de 270 g/cm de gases enquanto o primeiro produz apenas 0,79g/cm. Contudo,

sabe-se que o PETN produz uma onda de choque que pode causar danos no material do

canho. Alm disto, a presso tem um pico ainda maior que no caso dos propelentes,

pois a velocidade de detonao muito superior de deflagrao, que subsnica, ver

Figura abaixo. A do PETN, por exemplo, cerca de 8400 m/s para uma concentrao de

1,77 g/cm. No se tendo uma estimativa da presso mxima, foi-se conservador com as

dimenses.

68

Figura 4.26

Cano

O dimensionamento do cano baseou-se nos valores encontrados no Projeto

Informacional. Canos com dimetro interno 12,5 mm e 20 mm so observados na

Tabela 4.3. Ainda, a massa de gua mdia utilizada de 132 mL. Por outro lado, os

canhes mais curtos utilizam menos gua. Assim, optou-se por utilizar metade do que a

mdia encontrada, 65 mL, para no ter o risco de a espoleta no produzir energia

suficiente para mover uma massa de gua maior. Utilizando este volume de gua e

manipulando os valores do dimetro interno na faixa citada obteve-se o comprimento da

cmara de armazenamento de gua, que no considera o comprimento do acoplamento

do cano com a culatra de 335 mm.

O dimetro externo foi o maior possvel dentro dos valores apresentados no

Grfico da Figura 4.12. Isto se deu pelo fato de que o Ao SAE 1020 possui Tenso de

escoamento baixa, como visto anteriormente. Preferiu-se ento ter cautela. Na regio, a

barra de Ao SAE 1020 com o dimetro mais prximo das tendncias do grfico possui

44 mm de dimetro. Assim, optou-se por um dimetro externo do cano de 43 mm.

Culatra

O dimetro interno da cmara de combusto (no caso, exploso) foi definida

como 6,4 mm, igual ao dimetro medido da espoleta. O comprimento da cmara foi

definido de forma que comportasse toda a espoleta afim de que o parafuso de presso

no entrasse em contato direto com esta ltima. O comprimento do restante da culatra

69

igual ao comprimento da rosca. O dimetro nominal da rosca est relacionado com a

metade da espessura da parede do cano. Como este tem 19 mm de dimetro interno e 43

mm de dimetro externo, o dimetro nominal da rosca seria 31 mm. Contudo,

[[projetista]] sugere uma rosca de 30 mm ou 32 mm. Foi selecionada esta ltima. O

comprimento da rosca foi estipulado de forma grosseira em 45 mm, assim como o

restante da culatra, o que resulta em 90 mm. Para melhor resistncia da rosca,

selecionou-se uma mtrica fina, resultando na especificao MF32x1,5. Para o parafuso

de presso, optou-se por um Allen, pela reconhecida resistncia, de dimetro

imediatamente menor que o dimetro da cmara de combusto, ou seja, M6. Como j

foi dito, o posicionamento do mesmo foi pensado de forma a no se danificar a espoleta,

correndo o risco de detonao no momento do aperto.

O dimetro externo do cano agora foi escolhido em funo da Tabela grfico da

Figura 4.12, conforme o Prottipo 1. Na verdade, a varivel em questo a espessura da

parede do cano. A Tabela 4.3 e o Grfico da Figura indicam que os canos tm em mdia

9,3 milmetros de parede e tendem a ter 38 milmetros de dimetro externo. Somando-se

o valor mdio da espessura (9,3 mm) ao dimetro interno j definido (24 mm), obteve-

se o dimetro externo deste cano como 43 milmetros.

Pisto

As dimenses foram baseadas no Pisto modelo L2A1 do catlogo do Disruptor

Pigstick da empresa Mondial Defense Systems. O dimetro do pisto deve ser igual ao

dimetro interno do cano, no caso, 19 mm para o Prottipo 1 e 24 mm para o Prottipo

2. O material do mesmo encontrado nas patentes dos canhes como sendo geralmente

polietireno. Contudo, por questes de disponibilidade no mercado, optou-se por usar

Nylon do tipo Nitanyl. Este um tipo resistente dentre os tipos nylon (e = 60 MPa,

Resistncia ao Impacto IZOD = 50 J/m) e possui baixo coeficiente de atrito (0,38 a

0,45). Para avaliar a resistncia do nylon, optou-se por dois modelos de pisto de

comprimentos diferentes: 30 mm, em conformidade com o L2A1, e 15 mm. As demais

propriedades do Nitanyl podem ser vistas em ANEXO.

Prottipo 2

70

Este prottipo o aperfeioamento do Prottipo 1 a partir das mudanas

definidas aps a realizao dos testes deste ltimo (Seo 4.6). As alteraes visaram o

aumento da massa de gua. Para isto, foi necessrio alterar o comprimento do canho

atravs de um prolongamento. Para que este no ficasse maior que o necessrio,

tambm aumentou-se o dimetro interno do equipamento. Por fins comparativos e

prticos, definiu-se o mesmo dimetro interno do Canho de Cartucho, cuja seleo se

tem na seo seguinte (Seo 4.3.2). O comprimento foi determinado a partir do volume

(massa) de gua requerido, tambm igual ao do canho mencionado. Este valor de 150

mL usado em vrios modelos (Tabela 4.3) e o mesmo usado no canho da polcia de

Joo Pessoa. Assim, com o volume de gua, o dimetro interno do canho e do

comprimento de armazenamento de gua do Prottipo 1, determinou-se que o

prolongamento deveria ter 145 mm. Este valor j leva em conta o comprimento do

acoplamento entre os o cano principal e o prolongamento e o comprimento do Pisto de

nylon.

4.3.2 Projeto Preliminar do Canho de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3

No caso deste canho, partiu-se do princpio de uso de cartuchos de espingarda

calibre 12. Primeiro, definiu-se o material do cano e da culatra. De todos os materiais

mostrados no Projeto Informacional, optou-se pelo Ao SAE 1045. Esta escolha

justifica-se pelos motivos j apresentados na seo anterior. Alm do mais, pode-se usar

como base o desenho do Canho da Polcia Federal (Seo 4.1.5), que usa o mesmo

material.

Cano

Em seguida definiu-se o dimetro interno do cano. Esta deciso se baseou na

tendncia apresentada na Tabela 4.3 e no grfico da Figura 4.12. Este aponta uma

tendncia para 27 mm e aquele para 24,8 mm. Optou-se ento por utilizar 24 mm, pois

mantm-se o mesmo dimetro do Prottipo 1 e 2 e o pisto de um pode ser utilizado

para o outro. Neste sentido, 24 mm est prximo mdia e tendncia do grfico.

Precisou-se ento definir a presso interna mxima esperada. Em alguns

catlogos como do canho Lightweight Disposable Disruptor da DSE International e de

cartuchos de festim, indicam presses menores que 400 bar, cerca de 40 MPa, para

71

calibre 12. Porm, sabe-se que a presso interna depende de vrios fatores, como o

volume da cmara de combusto, massa do propelente e outros. As presses mostradas

nos canhes mostrados em 4.1.2 no podem ser consideradas. Isto se d porque tais

canhes tm dimenses e alvos maiores, utilizando uma quantidade grande de plvora

(maior que 40 gramas). Na Seo 4.1.4 o autor indica tomar uma presso interna

mxima de 15 ksi (103 MPa). Utilizou-se esta ltima, j que maior.

O dimetro externo do cano agora foi escolhido em funo da Tabela grfico da

Figura 4.12, conforme o Prottipo 1. Na concepo deste canho j se havia definido o

uso de roscas quadradas. Como o canho medido (Seo 4.1.1) usa rosca quadrada

Q36x2, verificou-se em [[projetista de mquinas]] o dimetro seguinte sugerido e de

acordo com as tendncias citadas. Assim, obteve-se o dimetro externo deste cano como

40 milmetros, pois tambm ser o valor do dimetro nominal da rosca que acopla o

cano culatra. O passo sugerido pelo livro de 3 milmetros para o dimetro de 40

milmetros.

Enfim, verificou-se a resistncia do cano com estes valores. Para isto, utilizou-

se o mtodo visto em [[IME]], que uma verso aperfeioada da Soluo de Lam para

o dimensionamento de canos de armamentos. O dimetro da cmara de combusto foi

definido como o dimetro externo do cartucho, 21 mm, e o dimetro interno do

segmento restante, que armazena a massa de gua, j foi definido como 24 milmetros

Os clculos abaixo se baseiam nos valores crticos das variveis citadas, ou seja, maior

presso interna esperada e menor dimetro do cano, pois tem-se o menor Fator de

Segurana.

Dados utilizados:

e = 310 MPa (Tenso de escoamento SAE 1045);

Pi = 15 ksi = 103,4 MPa (Presso interna mxima);

Di = 24 mm (Dimetro interno do cano na regio de armazenamento de gua);

De = 40 mm (Dimetro externo do cano);

Anlise da resistncia do cano:

= (2.

22) (1 +

2

2) Eq. (4.1)

= (2.

) (1

) Eq. (4.2)

Onde:

72

t = Tenso Tangencial;

r = Tenso Radial;

r = Raio da seo onde o valor da tenso mximo;

A tenso tangencial mxima na parede interna do tubo, onde r = Di, logo:

= (2+

22) Eq. (4.3)

Dos Santos [[IME]], cita que devido a fatores variados, a curva das presses

pode sofrer alteraes, a saber, a temperatura da plvora, variao do peso do projtil e

a presso da plvora. Ele afirma que esta variao simultnea pode aumentar em 25% a

presso mxima terica no cano e que uma variao na massa da carga de projeo

acarreta em at 10% de variao. Assim, a Presso de Projeto (Pproj) 35% maior que a

presso mxima terica. A presso que utilizou-se at aqui foi uma estimativa j

extrapolada e no baseada na teoria. Por precauo, tambm se adotar esta

metodologia.

= 1,35 Eq. (4.4)

= 139,6

Alterando a presso interna pela presso de projeto e substituindo os valores das

demais variveis:

= 139,6 .106 (0,0242+0,040

0,0400,024)

= 296,3

A tenso radial mxima tambm na parede interna do tubo, r = Di, portanto:

= = Eq. (4.5)

= 139,6

Como a tenso tangencial menor que a tenso de escoamento do material e se

sobrepe tenso radial, tem-se para o fator de segurana:

=

Eq. (4.6)

= 310

296,3= 1,05

73

Portanto, levando em conta as extrapolaes, tem-se um Fator de Segurana

virtualmente nulo. Devido velocidade da deflagrao, o pico de presso se d entre 1

milissegundos e 2 milissegundos, Figura 4.6 (b) e 4.26. A partir da, a presso diminui

com a diminuio da taxa de comb

concepção e desenvolvimento de canhão desmantelador de aparato explosivo

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