UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE (UFCG)

CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA (CCT)

UNIDADE ACADMICA DE ENGENHARIA MECNICA (UAEM)

TIAGO HORSTMANN NUNES FLORNCIO

DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA

NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA

MILITAR EM CAMPINA GRANDE

Campina Grande PB

Maro de 2015

2

TIAGO HORSTMANN NUNES FLORNCIO

DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA

NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA

MILITAR EM CAMPINA GRANDE

Trabalho de concluso de curso

apresentado Unidade Acadmica de

Engenharia Mecnica, Universidade

Federal de Campina Grande como

requisito parcial a obteno ao ttulo de

graduado pleno em Engenharia

Mecnica.

Orientador: Professor Wanderley Ferreira de Amorim Jnior Dr.

rea: Projeto Mecnico.

Campina Grande PB

Maro de 2015

3

DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA

NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA

MILITAR EM CAMPINA GRANDE

Monografia Defendida e ___________________ em ___/___/___

____________________________________________________

Orientador de TCC - Professor Wanderley Ferreira de Amorim Jnior, DSc.

UFCG

____________________________________________________

Convidado Professor Marco Antonio dos Santos, DSc.

UFCG

____________________________________________________

Convidado Professor Joo Baptista da Costa Agra de Melo, DSc.

UFCG

4

Dedico este Trabalho de Concluso de

Curso aos meus pais, Rosana e Jos Augusto, que

sempre me incentivam e que me proporcionaram

todos os meios para me tornar um profissional de

excelncia.

5

AGRADECIMENTOS

Agradeo aos meus pais, Rosana e Jos Augusto, por terem forjado minha

personalidade e carter, por fazerem de tudo para que eu possa crescer na vida, por

serem exemplo de honestidade, simplicidade e responsabilidade e que, apesar da

distncia, nunca deixaram o sentimento de solido se tornar presente.

Agradeo minha irm, Carolina, por dividir este sentimento de famlia e ser um

exemplo de criatividade.

Agradeo minha namorada, Camila, que mesmo distncia, consegue ser minha

melhor amiga e minha maior fonte de apoio e motivao.

Agradeo aos meus amigos Matias e Ramon pela amizade e pelas caronas

imprescindveis.

Agradeo a Mrio pela pacincia, pela disponibilidade e pelos ensinamentos nas

prticas de usinagem e afins.

Agradeo ao Prof. Dr. Wanderley Ferreira de Amorim Junior pela amizade, pela

confiana e pela orientao primordiais no desenvolvimento deste trabalho.

Agradeo a todos os policiais do Grupo de Aes Tticas Especiais de Campina

Grande, especialmente na figura do Cabo Joclio, pela oportunidade de realizar um

projeto to interessante e expressivo e por todo o apoio na realizao do mesmo.

Agradeo aos professores da Unidade Acadmica de Engenharia Mecnica pela

formao profissional.

Agradeo aos meus amigos de curso e de repblica, que compartilharam das

mesmas dificuldades ao longo destes anos, e sem o companheirismo dos quais a jornada

teria sido ainda mais rdua.

Agradeo a todos que contriburam de forma direta ou indiretamente para a

realizao deste trabalho.

6

SUMRIO

CAPTULO I .............................................................................................................. 15

1 INTRODUO ................................................................................................... 15

1.1 Definio do Problema.................................................................................. 15

1.2 Objetivo Geral .............................................................................................. 17

1.3 Objetivos Especficos .................................................................................... 17

CAPTULO II ............................................................................................................. 18

2 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................. 18

2.1 Bombas e Explosivos .................................................................................... 18

2.1.1 Definies ............................................................................................. 18

2.2 Tcnicas de Desativao de Artefatos Explosivos ......................................... 19

2.3 Canho disruptor ........................................................................................... 21

CAPTULO III ........................................................................................................... 25

3 Metodologia de projeto ........................................................................................ 25

CAPTULO IX ........................................................................................................... 28

4 RESULTADOS E DISCUSSES ........................................................................ 28

4.1 Projeto Informacional ................................................................................... 28

4.1.1 Definio do problema e dos requisitos .................................................. 31

4.1.2 Canho Disruptor do GATE de Joo Pessoa ........................................... 32

4.1.3 Canho Disruptor Lighweight-Heavyweight .......................................... 33

7

4.1.4 Canho Disruptor Water Dragon do Exrcito Americano ....................... 34

4.1.5 Canho dgua da Polcia Federal ......................................................... 37

4.1.6 Patentes ................................................................................................. 39

4.1.7 Pesquisa e anlise de mercado ................................................................ 41

4.2 Projeto Conceitual......................................................................................... 50

4.2.1 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 1 .............................. 50

4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2 .............................. 56

4.2.3 Canho Munido de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3............................ 58

4.3 Projeto Preliminar ......................................................................................... 60

4.3.1 Projeto Preliminar do Canho de PETN - Prottipos 1 e 2 ...................... 61

4.3.2 Projeto Preliminar do Canho de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3....... 63

4.3.3 Simulao dos Esforos nas Paredes dos Canhes .................................. 66

4.4 Projeto Detalhado ......................................................................................... 68

4.5 Fabricao Dos Prottipos ............................................................................ 68

4.5.1 Prottipo 1 ............................................................................................. 68

4.5.2 Prottipo 2 ............................................................................................. 70

4.6 Testes ........................................................................................................... 72

4.6.1 Prottipo 1 ............................................................................................. 72

CAPTULO V............................................................................................................. 85

5 CONCLUSES E SUGESTES ......................................................................... 85

5.1 Concluses ................................................................................................... 85

5.1.1 Sugestes ............................................................................................... 86

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................... 87

ANEXOS .................................................................................................................... 89

ANEXO A .................................................................................................................. 90

ANEXO B .................................................................................................................. 97

8

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 disruptores 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. Assim, o objetivo deste

trabalho de desenvolver um prottipo de canho disruptor que possa ser utilizado pela

Polcia Militar de Campina Grande na neutralizao de artefatos explosivos. Foi

utilizada uma metodologia de projeto e um amplo banco de dados foi gerado. Dois

prottipos foram construdos e testes de campo foram construdos com o suporte da Polcia

Militar. O prottipo foi capaz de desmantelar um simulacro ao disparar 65 mL de gua a

uma distncia de 25 mm do alvo e utilizando uma carga propelente de PETN. Um pequeno

recuo de 110 mm foi observado.

Palavras-chave: Canho de jato dgua, Artefato explosivo, IED, EOD, Bomba caseira.

9

ABSTRACT

From time to time, bomb squads face occasions where one cannot determine the

nature of a suspect device, being more prudent its neutralization. One of the most

efficient techniques employed in these cases is to use a Water Disruptors. It shoots a jet

of water at speeds that can reach more than 1000 m/s and destroys the trigger

mechanism before it can detonate the explosive. The purpose of this work is to develop

a prototype of a Water Disruptor so that it can be used by the Military Police to disarm

explosive devices. A design methodology was adopted and a wide database was

assembled. Two prototypes were manufactured and field tests were conducted with the

support of Military Special Forces. The prototype developed was capable of disabling a

fake bomb by shooting 65 mL of water from a distance of 25 mm to the target and using

a propellant charge of PETN. A small recoil of 110 mm was produced.

Keywords: Water jet Disrupter, Water Cannon, IED, EOD, Bomb disposal.

10

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Agente do CORE/RJ efetuando treinamento com canho disruptor. ......... 16 Figura 2.1 Tcnica ativa com garrafa pet para desativao de artefato. ..................... 19 Figura 2.2- Tcnica ativa do funil com preservativo para desativao de artefato. ....... 20 Figura 2.3 Pigstick: modelo tpico de canho disruptor de jato dgua. ..................... 21 Figura 2.4 Esquema de formao de ejeo do jato de gua. ..................................... 22 Figura 2.5 Simulao de desmantelamento de maleta. Ajuste do canho disruptor (a), disparo da carga dgua (b) e resultado do disparo (c). ................................................ 23 Figura 2.6 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho. ................................................................................................................................... 24

Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia de projeto adotada no trabalho. .................... 26 Figura 4.1 Exemplos de munies para canho disruptor. Cartucho eltrico (1), de percusso mecnica (2), frangible (3) e slido (4). ...................................................... 29 Figura 4.2 Desenho esquemtico de um canho disruptor e seus componentes tpicos. ................................................................................................................................... 29 Figura 4.3 Acessrios para canho disruptor. Bocal convergente (a) e Freio-de-boca (b). .............................................................................................................................. 30 Figura 4.4 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b). ........................ 31 Figura 4.5 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP. .................................... 32 Figura 4.6 Esquema de montagem do disruptor Lightweight-Heavyweight (a) e seus componentes (b). ......................................................................................................... 34 Figura 4.7 Vista em corte do canho diruptor do Exrcito Americano (a) e sua vista explodida (b). .............................................................................................................. 35 Figura 4.8 Simulao numrica das tenses no cano do canho (a) e Curva de presso no tempo para o canho Water Dragon. ....................................................................... 36 Figura 4.9 Vista lateral e em corte de modelo de canho disruptor proposto pela PF. 37 Figura 4.10 Desenho detalhado das Bases de Alumnio. ........................................... 38 Figura 4.11 Sequncia de abertura de paraquedas. .................................................... 39 Figura 4.12 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua. ....................... 40 Figura 4.13 Vista em corte do canho modular proposto na Patente US8276495B1. . 40 Figura 4.14 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 45

11

Figura 4.15 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 46 Figura 4.16 Modelos bsicos de canho disruptor. .................................................... 47 Figura 4.17 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso usada no canho RADC-2 da Royal Arms (b). ............................................................ 48

Figura 4.18 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo Pessoa (a) e do Pigstick da Chemring (b). ............................................................................... 48

Figura 4.19 Modelo de espoletopim apresentado pelo GATE. .................................. 50 Figura 4.20 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 51 Figura 4.21 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 52 Figura 4.22 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do Espoletopim (b), do acoplamento cano (c) e da culatra e seus componentes (d). .......... 54 Figura 4.23 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte

do mesmo (b). ............................................................................................................. 55 Figura 4.24 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do

acoplamento entre o cano e o prolongamento (b). ........................................................ 57 Figura 4.25 - Concepo aperfeioada do Prottipo munido de espoleta (a) e vista em

corte do mesmo (b). .................................................................................................... 58 Figura 4.26 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).

................................................................................................................................... 59 Figura 4.27 - Concepo montada do Canho de cartucho (a) e vista em corte da

montagem (b). ............................................................................................................. 60 Figura 4.28 Resultado da simulao da Concepo 2. Observa-se a deformao do canho e o grfico do teste de convergncia. ............................................................... 66 Figura 4.29 Campo de tenses no cano da Concepo 2. .......................................... 67 Figura 4.30 Detalhe do campo de tenses ao longo da parede do cano. ..................... 67 Figura 4.31 Detalhe do campo de tenses na culatra da Concepo 2. ...................... 68 Figura 4.32 Componentes do canho (a) e sequncia de montagem (b). .................... 69 Figura 4.33 Detalhe do Prolongamento do Prottipo 2.............................................. 70 Figura 4.34 Detalhe do Cano modificado para o Prottipo 2. .................................... 71 Figura 4.35 Detalhe da Culatra modificada para o Prottipo 2. ................................. 71 Figura 4.36 Montagem final do Prottipo 2. ............................................................. 72 Figura 4.37 Sequncia de montagem do primeiro disparo. ........................................ 75 Figura 4.38 Danos no alvo causados pelo primeiro disparo com o Prottipo 1. ......... 76 Figura 4.39 Montagem do segundo disparo com o Prottipo 1. ................................. 77 Figura 4.40 Resultado do disparo com bucha frontal de nylon. ................................. 77 Figura 4.41 Aspecto do alvo aps segundo disparo do Prottipo 1. ........................... 78 Figura 4.42 Bucha encontrada intacta dentro da caixa (a) e detalhe da canho aps segundo disparo do Prottipo 1. .................................................................................. 79

Figura 4.43 Detalhe da preparao do Prottipo 1 (a) e montagem do terceiro disparo. ................................................................................................................................... 80 Figura 4.44 Detalhe da transfixao do alvo, com espalhamento do contedo. Terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................ 81 Figura 4.45 Detalhe do recuo do canho e da regio de impacto do jato aps terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................ 81 Figura 4.46 Aspecto do desmantelamento do alvo aps terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................................................... 82

12

Figura 4.47 - 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). ................................................................... 83

Figura A.1 Vista explodida do Prottipo 1. ............................................................... 90 Figura A.2 Culatra do Prottipo 1............................................................................. 90 Figura A.3 Cano do Prottipo 1. ............................................................................... 91 Figura A.4 Pisto usado no Prottipo 1 e 2. .............................................................. 91 Figura A.5 - Vista explodida do Prottipo 2. ............................................................... 92 Figura A.6 Culatra modificada para o Prottipo 2. .................................................... 92 Figura A.7 Cano modificado para o Prottipo 2. ....................................................... 93 Figura A.8 Prolongamendo do Prottipo 2................................................................ 93 Figura A.9 Cano do Prottipo 3. ............................................................................... 94 Figura A.10 Culatra do Prottipo 3. .......................................................................... 94 Figura A.11 Vista explodida do Prottipo 3. ............................................................. 95 Figura A.12 Pisto utilizado no Prottipo 3. ............................................................. 95 Figura A.13 Pisto para o Prottipo 3. ...................................................................... 96 Figura B.1 Propriedades fsicas e mecnicas do Nitanyl. .......................................... 97

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 Resultados dos testes de Lavoix em seu canho modular. ........................ 41 Tabela 4.2 Principais informaes dos canhes encontrados no mercado. Dados retirados dos catlogos dos fabricantes. ....................................................................... 42 Tabela 4.3 Outras informaes obtidas na pesquisa de mercado. .............................. 43 Tabela 4.4 Valores estatsticos dos principais dados. ................................................ 44 Tabela 4.5 Avaliao mdia sobre a presena de sistemas anti-recuo e o uso de projteis slidas nos canhes analisados. ..................................................................... 46

Tabela 4.6 - Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado. .................... 49 Tabela 4.7 Resumo dos trs disparos efetuados. ....................................................... 84

14

NOMENCLATURA

CORE/RJ Coordenadoria de Recursos Especiais do Estado do Rio de Janeiro

EOD Explosive Ordnance Disposal

GATE/CG Grupo de Aes Tticas Especiais de Campina Grande

UFCG Universidade Federal de Campina Grande

GATE/JP Grupo de Aes Tticas Especiais de Joo Pessoa

PETN Tetranitrato de Pentaeritrina

PF Polcia Federal

15

CAPTULO I

1 INTRODUO

1.1 Definio do Problema

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,

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. Este tipo de delito vem aumentando nos

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

pequeno e pouco equipado1. A Paraba, inclusive, um dos Estados brasileiros com o

maior nmero de aes criminosas envolvendo o uso de explosivos. A exemplo, em

1Disponvel em: , Acesso em: 10/01/2015

16

2014 foram 53 ocorrncias de exploso em bancos de todo o estado, mais de 20% de

crescimento em relao ao ano anterior2.

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 cautela3 4. Devido o potencial danoso destes

artefatos, necessrio que seja acionado o Esquadro Antibombas, 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. Uma simulao de desmantelamento de artefato

explosivo pode ser visto na Figura 1.1.

Figura 1.1 Agente do CORE/RJ efetuando treinamento com canho disruptor.

Fonte: http://www.ioerj.com.br/portal/modules/news/article.php?storyid=1488

2 Disponvel em:< http://www.bancariospb.com.br/index.php/notcias-mainmenu-138/ocorrncias-violncia-

mainmenu-165/22213-mapa-da-violencia-contra-bancos-na-paraiba-em-2014>, Acessado em:

10/01/2015. 3Disponvel em:< http://g1.globo.com/sp/vale-do-paraiba-regiao/link-

vanguarda/videos/t/edicoes/v/esquadrao-anti-bomba-detona-artefato-explosivo-em-jacarei-sp/2302665/>,

Acessado em: 10/01/2015. 4Disponvel em:< http://oglobo.globo.com/rio/esquadrao-antibombas-retira-pacote-suspeito-do-aeroporto-

santos-dumont-14854776>, Acessado em: 10/01/2015.

17

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.

Na Paraba, o GATE requisitado para atender principalmente a ocorrncias de

exploso a caixas eletrnicos, sendo responsvel pela segurana de quase todo o interior

do Estado. De acordo com o site da empresa especializada em EOD, Royal Arms, um

kit completo de canho disruptor tem preo que varia de 2.395,00 a 3.895,00 dlares,

algo em torno de 6.000,00 a 11.000,00 reais. Assim como o GATE 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 GATE/CG

requisitou o desenvolvimento de tal equipamento que dever 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 GATE/CG. Para tanto, o canho deve produzir um jato de gua de alta

energia que consiga efetuar a destruio de artefatos explosivos, evitando a sua

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.

18

CAPTULO II

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Bombas e Explosivos

2.1.1 Definies

Deflagrao: a autocombusto de um corpo que 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.

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. As velocidades de

detonao geralmente so supersnicas, variando de 1.000 m/s a 8.500 m/s.

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.

Bomba: qualquer artefato confeccionado com uma carga explosiva, sendo

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

Explosivos: So substncias ou misturas capazes de se transformar

quimicamente em gases, produzindo elevadas presses e considervel trabalho devido

ao do calor liberado sobre os gases produzidos ou adjacentes.

19

2.2 Tcnicas de Desativao de Artefatos Explosivos

A neutralizao de artefatos explosivos dividida em dois tipos: tcnicas

passivas e 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.

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 h

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.

Por sua vez, as tcnicas ativas de desativao 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 2.1 Tcnica ativa com garrafa pet para desativao de artefato.

Fonte: Neto et al.(2002)

20

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

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

separao dos seus componentes (Neto et al., 2002). O esquema pode ser visto na

Figura 2.1.

Figura 2.2- Tcnica ativa do funil com preservativo para desativao de artefato.

Fonte: Neto et al.(2002)

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

arrasta a massa de gua contra o alvo (Neto et al., 2002). O esquema pode ser visto na

Figura 2.2.

21

2.3 Canho disruptor

Figura 2.3 Pigstick: modelo tpico de canho disruptor de jato dgua.

Fonte: http://www.mondial-defence.com/ProductDetails.aspx?ProductID=53

O canho disruptor trata-se de um equipamento de suma importncia que deve

compor o arsenal de todo esquadro antibombas. Ele acionado remotamente e lana

um jato, geralmente de gua, a grandes velocidades que destri o mecanismo de

acionamento ou o artefato por completo. 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.

22

Figura 2.4 Esquema de formao de ejeo do jato de gua.

Fonte: Neto et al. (2002)

Como visto na Figura 2.4, o princpio de funcionamento do canho bastante

simples. A carga propelente deflagra na cmara de combusto e expande ao longo do

cano, acelerando a bucha interna que est sua frente. Esta, por sua vez, impulsiona a

carga de gua contida no restante do cano, que arrasta a bucha de fechamento. 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 fasca, alm de outras

caractersticas inerentes como alto coeficiente de calor especfico e baixa condutividade

trmica, se comparado a projteis metlicos. Um exemplo de aplicao e do poder de

destruio do jato dgua pode ser visto na Figura 2.5.

23

(a)

(b)

(c)

Figura 2.5 Simulao de desmantelamento de maleta. Ajuste do canho disruptor (a),

disparo da carga dgua (b) e resultado do disparo (c).

Fonte: http://tinyurl.com/lbl3huf

Russel (2014) mostra que a acelerao do jato dgua oriunda da troca de

momento com os gases gerados pela munio. Da mesma forma, o recuo do canho

devido troca de momento entre o canho e o projtil. Russel mostra que a velocidade

mxima terica do projtil (v1) depende diretamente da energia potencial (E)

armazenada no cartucho e das massas do canho (m2) e da massa de gua (m1), segundo

a equao a seguir:

1 (2) = 22

12+12 Eq.(2.1)

24

Percebe-se atravs da Eq. (2.1) que uma reduo na massa do disruptor causa

uma reduo na velocidade de disparo do projtil. A relao no linear e possui um

limite no qual um incremento grande de m2 cause um incremento pouco significante em

v1. Por outro lado, h igualmente uma regio em que uma reduo pequena da massa

causa redues mais significativas na velocidade. A Figura 2.6 mostra a curva de

velocidade do projtil em funo da massa do canho que utiliza um cartucho calibre

.50 com 6.8 BTU de energia. Observa-se que, para uma diminuio de 50% da massa do

disruptor, tem-se uma perda de aproximadamente 6% na velocidade final do projtil.

Figura 2.6 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho.

Fonte: Russel (2014)

Em Semko (1997), o autor desenvolve modelo fsico-matemtico que se

aproxima bastante dos disruptores aqui estudados, mas deve-se atentar que a

compressibilidade da gua considerada. Muitos outros trabalhos sobre a balstica

interna e temas relacionados a canhes de jato de alta velocidade foram desenvolvidos

por A. N. Semko, pesquisador da Universidade Nacional de Donetsk. Contudo, tais

canhes so muito mais robustos, podendo ter at 1 metro de comprimento e jatos

atingindo 3000 m/s so empregados no desmonte de rochas duras, por exemplo.

25

CAPTULO III

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 (Back, 1983).

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

usada como referncia para a execuo deste trabalho.

26

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) ideia(s) que melhor atendem a demanda de projeto.

27

Projeto Preliminar

Busca-se estabelecer materiais e dimenses que promovam um comportamento

adequado frente s solicitaes esperadas.

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.

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.

28

CAPTULO IX

4 RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Projeto Informacional

Os canhes disruptores representam geralmente armas de mdio calibre (20 a 40

mm) com canos de comprimento relativamente curto, de dez a vinte vezes o valor do

calibre, (Radomski, 2010). Como o espectro para seu uso variado, as munies que

podem ser utilizadas tambm so. Quanto munio, geralmente utilizado um

cartucho de festim, cujo propelente deflagra e gera gases que impulsionam a gua.

Tambm se encontra alguns cartuchos em que a gua pr-carregada junto ao

propelente, como na Patente US51369205. Pode-se tambm utilizar uma massa slida

como projtil para abrir fendas em invlucros mais resistentes ou outras aplicaes

especiais (Figura 4.1).

5 BREED, A. K, STOECKLE, H., TUTTLE, D. JR. Water cannon for neutralizing explosive devices, and

replaceable cartridge therefore. US5136920 (1992).

29

Figura 4.1 Exemplos de munies para canho disruptor. Cartucho eltrico (1), de

percusso mecnica (2), frangible (3) e slido (4).

Fonte: http://www.proparms.com/site/product_8.html

O projtil no fica restrito aos exemplos da Figura 4.1. Tambm pode ser usada

areia pura ou misturada com gua, porm haver um desgaste do interior do cano. Uma

anlise sobre a utilizao e eficincia de outros lquidos com relao gua pode ser

observada em (Loktiushina e Semko, 2014).

(a)

(b)

Figura 4.2 Desenho esquemtico de um canho disruptor e seus componentes tpicos.

1 2 3 4

30

Na Figura 4.2 (a), pode-se observar os componentes bsicos do disruptor. O

cano (2) um simples tubo de parede que suporta a presso interna gerada pelos gases

propelentes. Alm disto a massa dgua (7), e o direciona ao alvo. O cano tambm serve

de estrutura para posicionamento dos 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. 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. Como a expanso dos gases

propelentes fica limitada no sentido da boca do cano, a energia cintica transferida

preferivelmente para a massa de gua. Ainda, insere-se uma bucha interna, chamada de

pisto (3), que posiciona-se entre a massa de gua e a munio. A funo deste de

otimizar a transferncia de energia cintica para a massa de gua e proteg-la da

combusto do propelente (4), evitando que aquela se vaporize. Por fim, a massa dgua

(7) introduzida pela boca do cano e insere-se uma segunda bucha para vedao da

boca do cano, chamada de diafragma (1). Este componente impede que a gua ou areia

vazem e devem ser de material frgil para que rompa facilmente. No caso de projteis

slidos, no se fazem necessrias as buchas. Na Figura 4.2 (b), o elemento (8) um

acessrio para o canho e varia segundo o fabricante e a necessidade do usurio. No

caso da Figura 4.3 (a), 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 Figura (b).

(a)

(b)

Figura 4.3 Acessrios para canho disruptor. Bocal convergente (a) e Freio-de-boca

(b).

31

4.1.1 Definio do problema e dos requisitos

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

finalidade de ter uma definio mais precisa do problema e alinhar 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, possuem conhecimento de causa.

Desta ocasio, foram notados 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 a exploses a bancos.

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

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

cartucho de festim.

Portanto, 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 da PM.

(a)

(b)

Figura 4.4 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b).

Espoleta de Alumnio

com carga de PETN

Estopim

de plvora

32

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

cartucho de festim calibre 12 e adapt-lo para ser acionado por um pavio de plvora,

visto na Figura 4.4 (b). Frente a esta dificuldade de preparao dos cartuchos, 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 Tetranitrato de Pentaeritritol (PETN) e 250 mg de Azida

de Chumbo que crimpado num estopim (pavio de plvora), visto na Figura 4.4 (a). O

uso de um alto explosivo como propelente para o canho pode acarretar danos na

estrutura devido onda de choque. Contudo, a praticidade e a inovao do emprego de

espoleta ao invs de cartucho foram consideradas.

Alm disto, foi levantado um amplo banco de dados com artigos, patentes,

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

concerne s normas, no se encontrou nada relacionado ao tema.

4.1.2 Canho Disruptor do GATE de Joo Pessoa

Figura 4.5 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP.

Em outra ocasio, teve-se a oportunidade de avaliar o canho disruptor usado

pelo GATE em Joo Pessoa. As principais caractersticas deste canho so:

Munio: cartucho de festim calibre 12;

Comprimento do cano: 400 mm;

Dimetro interno: 24 mm, sendo 21 mm na cmara de combusto;

Dimetro externo: 38 mm;

Acoplamento: rosca quadrada Q36x2 de 8 filetes;

Material: Ao

Cano Anis de conteno Culatra

33

Volume mximo de gua: 150 mL;

Na Figura 4.5, observa-se a existncia de anis de conteno, que servem para

fixar o canho no suporte. Em geral, estes anis so soldados para que se possa partir de

uma barra de dimetro menor na usinagem do cano. Observa-se tambm o fato de a

parede do cano ser menor justamente na regio traseira, onde a solicitao maior

devido cmara de combusto e rosca, que diminui a rea efetiva de resistncia. Estes

detalhes indicam que o projeto superdimensionado, sendo possvel uma diminuio de

sua massa.

4.1.3 Canho Disruptor Lighweight-Heavyweight

Russel (2014) prope um novo modelo de canho desmontvel, ou modular. O

intuito que a maior parte da massa do canho seja dividida entre o cano e a luva,

facilitando seu carregamento, Figura 4.6 (b). Este na verdade uma sugesto de

aprimoramento para o disruptor modelo MK 2 e possibilita duas montagens: uma mais

leve, sem a luva, e com menor poder de destruio; e uma mais pesada, com a luva, e

com potncia mxima. Este modelo se baseia na troca de movimento entre o jato e o

canho, como foi apresentado na discusso sobre a Eq. (2.1) e Figura 2.6.

(a)

34

(b)

Figura 4.6 Esquema de montagem do disruptor Lightweight-Heavyweight (a) e seus

componentes (b).

4.1.4 Canho Disruptor Water Dragon do Exrcito Americano

(a)

35

(b)

Figura 4.7 Vista em corte do canho diruptor do Exrcito Americano (a) e sua vista

explodida (b).

Neste trabalho de Smith et al. (2014) foi feita um estudo sobre a possibilidade de

diminuio do peso do Canho Disruptor Water Dragon atravs de mudanas no perfil

do cano, ou seja, atravs de alteraes de espessura ao longo de sua parede. A Figura

4.7 mostra os componentes do canho e sua montagem. 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 4.8 (a) que as presses mximas no cano encontram-se na regio

do bocal, com pico de 55,724 ksi (384,31 MPa) visto na Figura 4.8 (a). Quanto

presso interna, verifica-se que esta mxima nas proximidades do cartucho e atinge 15

ksi (103,4 MPa), Figura 4.8 (b), j com algumas consideraes como um fator de

segurana de 10%.

Bocal

Diafragma

Pisto

Cano

O-ring

(pisto)

Culatra

36

(a)

(b)

Figura 4.8 Simulao numrica das tenses no cano do canho (a) e Curva de presso

no tempo para o canho Water Dragon.

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

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

Acoplamento

da culatra

Acoplamento

do bocal

103,4 MPa

37

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 4.9 Vista lateral e em corte de modelo de canho disruptor proposto pela PF.

Em Neto et al. (2002), os autores fornecem o projeto detalhado, o

funcionamento e os resultados dos testes feitos de um canho dgua para ser utilizado

pelas polcias brasileiras, como visto na Figura 4.9. 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 (Figura 4.10).

Base de Alumnio

Freio-de-boca

Cmara de

Combusto

Culatra

Cano

38

Figura 4.10 Desenho detalhado das Bases de Alumnio.

As principais caractersticas deste canho so:

Munio: cartucho de festim calibre 12;

Comprimento do cano: 380 mm;

Dimetro interno: 27,6 mm, sendo 20,4 mm na cmara de combusto;

Dimetro externo: 50 mm;

Acoplamento: rosca quadrada Q35x2 de 8 filetes;

Material: Ao SAE 1045;

Volume mximo de gua: 150 mL;

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. Vale

observar que o acoplamento da culatra praticamente idntico ao do canho do

GATE/JP, apresentado na Seo 4.1.2.

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 que o espalhamento dos seus pedaos concentrou-se

num crculo de 5 m ao redor do alvo. 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.

39

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. Na Patente US20100224054A16, o autor defende o

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

disruptores. Outra patente relacionada diminuio do recuo a US8413570B27, do

mesmo autor, 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 4.11).

Figura 4.11 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.

6 LANGNER, F. R. Muzzle breake and method. US20100224054A1 (2010). 7 LANGNER, F. R. Disrupter ejection and recovery system and method therefore. US8413570B2 (2013).

Paraquedas

fechado

Paraquedas

abrindo

40

Figura 4.12 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua.

Fonte: https://www.pinterest.com/kirintec/eod-tools-and-equipment/

Igualmente Seo 4.1.3, as patentes US8276495B18 e EP0539639A1

9 tratam

de 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 4.13). 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 4.13 Vista em corte do canho modular proposto na Patente US8276495B1.

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

8 CHIU, P., LUKMAN, H., FLORIO, L. A., DONAHUE, B., RUSSEL, K., TSUI, E. K. Modular

explosive ordnance disposal system. US8276495B1 (2012) 9 LAVOIX, P. Polyvalent barrel for neutralizing trapped parcels. EP0539639A1 (1993)

Furos para

ejeo de gua

Canais para ejeo de gua

Acoplamento para acessrios Culatra

Armazenamento de gua

41

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

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

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

Configurao do canho Massa de gua Velocidade de ejeo

Canho + bocal,

Bocal repleto de gua

172 g 330 m/s

Canho + bocal,

Bucha entre o canho e o bocal

144 g 525 m/s

Canho + 1 prolongamento: A=50

Bucha entre A = 75

Canho e primeiro prolongamento A = 100

144 g 750 m/s

800 m/s

900 m/s

Canho + prolongamento de 75 e 50 mm,

Bucha fixada entre os prolongamentos

192 g 750 m/s

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

total do canho, mantendo-se 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. A Tabela 4.4. O valor empregado tambm coerente com os

canhes analisados nas Sees 4.1.2 e 4.1.5 e servir de embasamento para este projeto.

4.1.7 Pesquisa e anlise 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

42

porque 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. Alm disto, os dados do canho do GATE/JP (Seo

4.1.2) e da Polcia Federal (Seo 4.1.5) foram considerados por trazerem informaes

significantes ao trabalho. Ao todo analisou-se 36 canhes, dos quais apenas 23 so

mostrados na Tabela 4.2. Em seguida, fez-se um levantamento dos 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.

Fabricante Modelo L De Di e Massa Material

Proparms

12.5mm

Recoilless 255 - 12,5 - 0,73 Ao inox

AB Precision Needle Precision 295 22 - 11 0,875 -

AB Precision Needle Plus 310 22 - 11 0,94 -

HOPE Scorpion* 330 - 30 - - -

Proparms

20mm Recoiless

MK3 380 - 20 - 2 Ao inox

Proparms 20mm Neutrex 380 - 20 - 2,4 Ao inox

Polcia

Federal Polcia Federal 382 50 27,6 11,2 - SAE 1045

AB Precision

Scorpion

Disposable 400 59 39 10 1,15 Elastmero

GATE/JP GATE/JP 400 38 24 7 - Ao

AB Precision ABL 2000l 437 78 - - 1,6 -

AB Precision ABL 2000l 437 - - - 1,6 -

AB Precision Mantis diposable 442 48 27 10,5 0,85 Elastmero

Chemring Wasp 445 - 27

0,86 -

Forceware

Water Disruptor

12.7 450 39 25 7 3,8 Ao

AB Precision ABL 2000 450 64 - - 3,2 -

AB Precision ABL 3000l 456 96 - - 3,2 -

Royal Arms RADC27 457 38 27 5,5 2,95

Ao inox

17-4

Royal Arms RADC18 457,2 38,1 18,54 9,77 3,74

Ao inox

17-4

AB Precision ABL 3000 460 78

- 4,2 Ao inox

Chemring Hotrod 465

27 - 3,5 -

AB Precision

Pigstick

lighweight

483

32

27

2,5

0,93 -

43

AB Precision Pigstick

disruptor

485 37 27 5 2,95 -

AB Precision ABL 1000 515

4,5 -

EOD Partner WD 12.7 609,6 31,7 18,54 6,60 -

Ao inox

17-4

Royal Arms RADC24 450 39 25 7 3,8 Ao

Onde:

L = Comprimento total do cano;

Di = Dimetro interno do cano;

De = Dimetro externo do cano;

e = Espessura da parede do cano;

Tabela 4.3 Outras informaes obtidas na pesquisa de mercado.

Fabricante Modelo

Volume de

gua (ml)

Sistema de

Recuo

Projtil

slido

Tamanho do

artefato

Proparms

12.5mm

Recoilless 25 SIM SIM

Volumes de at

10x15x24 cm

AB Precision

Needle

Precision - NO SIM

Cartas e pequenos

pacotes

AB Precision Needle Plus - NO SIM

Cartas e pequenos

pacotes

HOPE Scorpion* - NO NO

Alvos macios e

feitos em casa

Proparms

20mm

Recoiless MK3 - SIM SIM -

Proparms 20mm Neutrex 100 SIM SIM

Volumes de at

30x30x30 cm

Polcia

Federal Polcia Federal 150 SIM SIM

Caixa metlica de

40x15x15 cm e

lato de 20 l

AB Precision

Scorpion

Disposable 300 NO NO

Maletas ou

volumes menores

melhor protegidos

GATE/JP GATE/JP 150 SIM NO -

AB Precision ABL 2000l - SIM NO -

AB Precision ABL 2000l - SIM NO Pacotes e maletas

AB Precision

Mantis

diposable 140 NO NO -

Chemring Wasp 100 SIM NO Pacotes e maletas

Forceware

Water

Disruptor 12.7 37,5 SIM NO

Objetos suspeitos e

todos os tipos de

fechaduras

AB Precision ABL 2000 - SIM SIM Briefcase

44

AB Precision ABL 3000l - NO NO

Maletas ou

volumes menores

melhor protegidos

Royal Arms RADC27 200 NO NO -

Royal Arms RADC18 90 SIM NO -

AB Precision

ABL 3000

-

NO

NO

Maletas ou

volumes menores

melhor protegidos

Chemring Hotrod - NO NO

Grande variedade

de artefatos

AB Precision

Pigstick

lighweight - NO NO Maletas

AB Precision

Pigstick

disruptor - NO NO Pacotes e maletas

AB Precision ABL 1000 - SIM SIM -

EOD Partner WD 12.7 - SIM NO -

Royal Arms RADC24 160 SIM NO -

Alguns itens esto incompletos, pois a informao no foram cedida 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 um melhor entendimento

dos resultados, criou-se a Tabela 4.4.

Tabela 4.4 Valores estatsticos dos principais dados.

L

(mm)

Di

(mm)

e

(mm)

Massa (kg) Volume de

gua (ml)

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

Desvio Padro 62,9 5,2 2,7 1,2 71,4

Coeficiente de Variao

(%)

14,8 21,0 34,2 54,3 54,1

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

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

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,

45

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 (descartveis), base de polmeros, e lighweight (verses mais leves),

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

canho podem ser usados apenas como base. Por outro lado, percebe-se pela Tabela 4.2

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

menor poder de destruio.

Figura 4.14 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes

disruptores.

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

facilitar a visualizao dos dados. Na Figura 4.14, 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 primeiros que

aparecem cuja finalidade est alm do desmantelamento de alvos macios e pequenos,

como cartas. J no segundo patamar, entre 437 e cerca de 465 milmetros, h mais

exemplares e representa canhes que comportam uma grande variedade de aplicaes.

Quando se desconsiderar 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

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

400

46

comprimento dos canhes para desmantelamento de objetos pequenos e cuja carcaa

no oferece nenhuma resistncia.

Figura 4.15 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes

disruptores.

Quanto aos dimetros, a Figura 4.15 oferece 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 4.5 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%

Na Tabela 4.5, 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.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20

Dimetro Interno

Dimetro externo

37 39

27

47

Quanto forma, no h muita variao entre os modelos do mercado. Isto se

deve simplicidade do equipamento. Uma anlise geral indica que h trs modelos

tpicos de equipamento: um mais complexo com sistema antirecuo, outro intermedirio

com bocal e um bsico sem estes recursos, vistos Figura 4.16 (a), (b) e (c),

respectivamente.

(a)

(b)

(c)

Figura 4.16 Modelos bsicos de canho disruptor.

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. As pesquisas realizadas indicaram que a

munio usada sempre um cartucho de festim calibre 12 ou .50. Quanto ao

acoplamento, a culatra pode ser interna (parafuso) (Figura 4.17) ou externa (Figura

4.18).

(a)

(b)

Culatra interna que

Comporta a munio.

Cano

Rosca Acme 11/8-5

Culatra Bocal

Bocal Sistema

antirecuo

Anis de

conteno

48

Figura 4.17 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso

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

(a)

(b)

Figura 4.18 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo

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

Nos modelos comerciais, a culatra costuma ser externa ao acoplamento com o

canho. Neste acoplamento utilizam-se roscas do tipo dente de serra, quadrada, ou

ACME. A dente de serra o tipo mais encontrado, pois mais adequada para esforos

unidirecionais.

Nas Patentes US7997179B110

e US6408731B111

(Tabela 4.6) indica-se que o

pisto deve ter as faces cnicas a fim de aumentar sua resistncia e eficincia. Observa-

se na mesma tabela que o Diafragma uma espcie de plug plstico frgil, que serve

para vedao inicial da boca do cano mas que destrudo no momento do disparo. Por

10 NELSON, D. A., SMITH, D., STROHMAN, S., POE, K.. Hybrid water cannon. US7997179B1 (2011). 11 ELSENER, J. Liquid disrupter with reduced recoil. US6408731B1 (2002).

Rosca quadrada

Rosca dente de serra

49

outro lado, o Pisto pode ter formato variado. Exemplos de pistes e diafragmas

encontrados no mercado podem ser vistos na Tabela 4.6.

Tabela 4.6 - Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado.

Force Ware (WD 12.7)

Mondial Defense Systems (Pigstick)

Royal Arms

HOPE (Scorpion700712)

Royal Arms (todos os modelos)

EOD Partner (WD 12.7)

US6408731B1

US7997179B1

Pisto Diafragma

Buchas de

cortia

Diafragma

Pisto

Buchas de fibra resistente enceradas

Pisto Pisto duplo-convexo

50

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

Assim, a concepo deste primeiro prottipo baseou-se no uso do Espoletopim

(Figura 4.19), de acordo com a realidade do GATE/CG.

Figura 4.19 Modelo de espoletopim apresentado pelo GATE.

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

cano, culatra, buchas e munio. 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.

Esta concepo baseou-se na modelo da Patente US8276495B1, visto na Figura

4.13 da Seo 4.1.6. Isto se deu graas caracterstica do acoplamento interno da

culatra no canho que permite que a cmara de combusto seja no interior da culatra.

Por sua vez, o cano serve apenas para o armazenamento e direcionamento da gua.

Espoleta

De PETN Estopim

51

Outra vantagem que se pode fabricar uma segunda culatra que comporte um cartucho,

como tambm o caso da Figura 4.17. Os componentes foram projetados em ambiente

virtual e podem ser vistos nas Figuras 4.20 e 4.21. As cores servem meramente para

melhorar o contraste entre os componentes.

(a)

(b)

Figura 4.20 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b).

Acoplamento cano-culatra

Comprimento de armazenamento de gua

52

(a)

(b)

Figura 4.21 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a

vista em corte do mesmo (b).

Observa-se na Figura 4.21 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. Apesar de saber

Cmara de combusto

Insero do

parafuso

Insero da espoleta

53

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.

Optou-se pelo Pisto cilndrico simples sem conicidade graas a 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. A concepo final e os detalhes de

sua montagem so mostrados na Figura 4.22 e 4.23.

(a)

(b)

Culatra

Espoletopim

Parafuso de presso

O-ring

Bucha (Pisto)

Cano

54

(c)

(d)

Figura 4.22 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do

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

55

(a)

(b)

Figura 4.23 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte

do mesmo (b).

Estopim

Parafuso

De presso

Espoleta

O-ring Culatra

Pisto

Cano

56

4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2

No decorrer do trabalho, concebeu-se (Seo 4.2.1), fabricou-se (Seo 4.5.1) e

testou-se (Seo 4.6.1) o Prottipo 1. Todavia, os testes indicaram alguns problemas,

discutidos nesta ltima seo. Com o propsito de aperfeioar este primeiro prottipo,

realizaram-se algumas modificaes que culminaram no Prottipo 2, que tambm usa

como munio espoletas de PETN . De forma geral, aumentou-se a capacidade de

armazenamento de gua atravs do aumento dos dimetros internos da culatra e do

cano. Ademais, acrescentou-se um prolongamento roscvel para o cano com o mesmo

propsito. Detalhes da montagem e dos componentes podem ser vistos nas Figuras 4.24

e 4.25.

(a)

Prolongamento

57

(b)

Figura 4.24 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do

acoplamento entre o cano e o prolongamento (b).

(a)

Modificao do

Cano do Prottipo 1

58

(b)

Figura 4.25 - 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 calibre 12 modificado para dispar-lo a partir de um

pavio, semelhantemente espoleta dos Prottipos 1 e 2.

Para o acoplamento, selecionou-se a rosca quadrada dos canhes da Polcia

Federal, Figura 4.9, e do GATE/JP, Figura 4.18 (a). Roscas no convencionais so

muito mais complexas de serem usinadas. Apesar de a pesquisa de mercado indicar a

rosca tipo dente-de-serra, seria necessrio fabricar a ferramenta apropriada. Portanto,

optou-se pela rosca quadrada, que mais simples de se usinar. No caso do pisto e

diafragma, mantiveram-se as justificativas dos Prottipos 1 e 2: pisto cilndrico sem

concavidades e diafragma feito com vedao de silver tape. Os resultados da concepo

podem ser vistos nos modelos virtuais das Figuras 4.26 e 4.27.

Estopim

Parafuso

de presso

Espoleta

O-ring Culatra

Pisto

Prolongamento

Cano

59

(a)

(b)

Figura 4.26 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).

Culatra

Cartucho com acionamento

por estopim de plvora.

Bucha

(Pisto)

Cano

60

(a)

(b)

Figura 4.27 - 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

Espoletim

Culatra Cartucho

Pisto Cano

61

de Lam). Onde no se pde ou no se era necessrio calcular as espessuras, utilizou-se

os resultados apresentados na pesquisa informacional e comparao com simulao

computacional. 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

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

ou cartucho dependendo do que os testes com PETN indicassem. Neste caso, no se

achou necessrio seguir risca as indicaes da pesquisa de mercado.

O material selecionado para os componentes metlicos foi o Ao SAE 1020,

pois facilmente encontrado no mercado no formato de barras laminadas e possui boa

ductilidade, o que evita a fragmentao no caso de colapso.

Quanto presso interna, estima-se que seja menor significativamente menor

para a espoleta de PETN em comparao ao cartucho de plvora. Isto se d devido este

ltimo produzir 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. Portanto, foi-se cauteloso com o dimensionamento j que

no se tinha uma estimativa da presso mxima.

Cano

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

Informacional. Os valores calculados foram:

Volume de gua: 65 mL;

Comprimento til do cano: 335 mm;

Dimetro interno: 19 mm;

Dimetro externo: 43 mm;

Optou-se por utilizar metade do volume mdio de gua, 132 mL (Tabela 4.4),

para que a espoleta consiga produzir energia suficiente para mover a massa de gua.

O dimetro externo foi o maior possvel dentro das tendncias apresentadas no

grfico da Figura 4.15 e de acordo com as bitolas comercializadas. O dimetro interno

62

foi um valor pequeno, seguindo a mesma lgica. O comprimento til do canho (sem o

acoplamento) foi calculado em funo deste volume de gua desejado.

Culatra

O dimensionamento da culatra foi estimado segundo os dados da espoleta e os

resultados do Projeto Informacional. As dimenses da espoleta foram obtidas na ocasio

citada na Seo 4.1.1:

Comprimento da cpsula: 32 mm;

Dimetro externo: 6,4 mm;

O dimetro interno da cmara de combusto igual ao dimetro externo da

espoleta. A especificao da rosca est relacionada a espessura da parede do cano e as

recomendaes do Provenza (1996). Optou-se uma mtrica fina pela maior rea efetiva

de resistncia. O posicionamento do parafuso de presso visa no danificar a espoleta

e correr o risco de detonao no momento do aperto. As principais variveis

dimensionadas para a culatra so:

Dimetro da cmara de combusto: 6,4 mm;

Comprimento da cmara de combusto: 45 mm;

Parafuso de presso: Allen M6;

Acoplamento: rosca mtrica fina MF32x1,5;

Pisto

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

Pigstick da empresa Mondial Defense Systems (Tabela 4.6). O dimetro do pisto

definido dado pelo dimetro interno do cano em que ser usado. O material definido

como polietileno, de acordo com as patentes. Contudo, por questes de disponibilidade

no mercado, optou-se por usar Nylon do tipo Nitanyl. Este um tipo resistente dentre os

tipos nylon e possui baixo coeficiente de atrito. 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 propriedades do Nitanyl podem ser vistas no

ANEXO B.

63

Prottipo 2

Este prottipo o aperfeioamento do Prottipo 1 a partir das mudanas

definidas aps a realizao dos testes deste ltimo (Seo 4.6.1) e justificadas na

Concepo 2 (Seo 4.2.2). Por fins comparativos e prticos, definiu-se o dimetro

interno igual do Canho de Cartucho da Concepo 3 (justificado na Seo 4.3.2). O

comprimento do Prolongamento foi determinado de forma que o canho armazenasse o

volume de gua desejado. Este valor de 150 mL, pois usado em vrios modelos

(Tabela 4.3) e o mesmo dos canhes do GATE/JP e da PM, Sees 4.1.2 e 4.1.5,

respectivamente.

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

reforada pelo do Canho da Polcia Federal (Seo 4.1.5) e pelos motivos j

apresentados para o Prottipo 1.

Cano

O dimensionamento do cano baseou-se nos dados do Projeto Informacional. Os

valores escolhidos foram:

Volume de gua: 150 mL;

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

Comprimento total cano: 420 mm;

Dimetro interno do cano: 24 mm;

Dimetro externo do cano: 40 mm;

Acoplamento: rosca quadrada mtrica Q40x3;

Dimetro da cmara de combusto: 21 mm;

Comprimento da cmara de combusto: 70 mm;

A presso interna mxima esperada escolhida advm da recomendao feita no

trabalho apresentado na Seo 4.1.4, na Figura 4.8. Presses menores que 40 MPa so

citadas em alguns catlogos, como do canho Lightweight Disposable Disruptor da

DSE International. Porm, sabe-se que a presso interna depende de vrios fatores,

64

como o volume da cmara de combusto, massa do propelente e outros. Ento, optou-se

pela maior presso encontrada, 103,4 MPa.

O dimetro interno do cano foi definido de acordo com a tendncia apresentada

no grfico da Figura 4.15. Optou-se por um 24 mm, pois o igual ao do canho do

BOPE/JP e um valor prximo aos 27 mm indicados pela mesma figura. O dimetro

externo do cano e a rosca foram selecionadas como no Prottipo 1. As dimenses da

cmara de combusto so iguais ao do cartucho de festim a que se teve acesso.

Por fim, verificou-se a resistncia do cano atravs do mtodo apresentado por

Dos Santos e Filho (1993), que baseado na Soluo de Lam. Os clculos abaixo se

baseiam nos valores crticos das variveis citadas, ou seja, maior presso interna

esperada e maior dimetro interno 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:

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 e Filho (1993), citam 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

65

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

Portanto, tem-se um Fator de Segurana virtualmente nulo. Contudo, devido

velocidade da deflagrao, o pico de presso se d entre 1 milissegundos e 2

milissegundos, Figura 4.8 (b). Por conseguinte, a regio mais demandada est nas

proximidades do cartucho. Ainda, sabe-se que a carga de propelente situa-se no

primeiro tero do cartucho, mais prximo da culatra. Por isso, tem-se que o fator de

segurana maior que o calculado, j que o pico de presso se d na regio do cano de

maior parede. Seguindo a mesma metodologia acima e usando o dimetro da cmara de

combusto, tem-se um Fator de Segurana de 1,26, sem considerar os efeitos da rosca e

da culatra. Considerando agora a Presso mxima de 40 MPa, tem-se um Fator de

66

Segurana de 3,26. Como se espera que a presso seja significativamente menor que os

103,4 MPa, considerou-se o dimensionamento validado.

Culatra

Neste caso, baseou-se nas dimenses dos canhes aos quais se teve acesso

(Seo 4.1.2 e 4.1.5). O comprimento da rosca e da culatra foram determinados de

forma a se obter valores prximos dos canhes mencionados acima. O procedimento de

seleo da rosca tambm se baseou em Provenza (1996), conforme nos prottipos

anteriores.

4.3.3 Simulao dos Esforos nas Paredes dos Canhes

As simulaes foram feitas a partir do Mtodo dos Elementos Finitos. Realizou-

se a simulao para Prottipos 3 a fim de se verificar as tenses obtidas e observar os

campos de tenso e a deformao dos componentes. A presso interna de 103,3 MPa foi

aplicada ao longo de toda a superfcie interna do canho. Desconsidera-se na simulao

os elementos pequenos que possam trazer dificuldades para malha, a saber: a rosca e o

furo da culatra. O nmero de elementos gerados foi 35271 e o teste de convergncia

obteve uma taxa de 0,072%. Observa-se que os valores para as Tenses Von Mises

mximas esto alm do que foi calculado na Seo 4.3.2. As deformaes observadas

nas figuras a seguir esto exageradas para facilitar a visualizao.

Figura 4.28 Resultado da simulao da Concepo 2. Observa-se a deformao do

canho e o grfico do teste de convergncia.

Culatra Cano

67

Figura 4.29 Campo de tenses no cano da Concepo 2.

Observa-se que as deformaes e tenses so menores na regio da cmara de

combusto devido espessura de sua parede ser maior que no restante do cano e

tambm graas culatra que dificulta essa deformao. Nota-se tambm que o valor

para a tenso mxima no cano (Seo 4.3.2) com o mtodo de Dos Santos e Filho

(1993) difere em menos de 2% em relao simulao virtual. Na Figura 4.30 pode-se

observar as tenses ao longo do cano e na Figura 4.31 observa-se os resultados para a

culatra.

Figura 4.30 Detalhe do campo de tenses ao longo da parede do cano.

Boca do cano

Cmara de combusto

68

Figura 4.31 Detalhe do campo de tenses na culatra da Concepo 2.

4.4 Projeto Detalhado

O projeto detalhado para fabricao das trs concepes consta com desenhos e

dimenses, podendo ser consultado no ANEXO A.

4.5 Fabricao Dos Prottipos

Para a fabricao foi contratado um torneiro mecnico com o qual se discutiu a

exequibilidade do desenho e suas peculiaridades. Foi ento gerado o desenho tcnico

final e adquirido o material para usinagem. Infelizmente, o pouco tempo disponvel no

permitiu a fabricao da Concepo 3.

4.5.1 Prottipo 1

Na Figura 4.32 tem-se o canho (cano e culatra) e uma das buchas de nylon

fabricadas.

69

(a)

(b)

Figura 4.32 Componentes do canho (a) e sequncia de montagem (b).

Foram fabricados trs buchas de nylon para serem utilizadas como diafragma e

pisto. Aps usinadas, verificou-se as buchas apresentavam resistncias diferentes ao

serem socadas no interior do cano. Ento, lixou-se as trs buchas at que percorressem

facilmente o interior do cano, mesmo empurradas a mo. Verificou-se que a vedao

no fora comprometida.

BUCHA

CANO

CULATRA

PARAFUSO DE PRESSO

O-RING

70

Foi necessrio tambm usar um parafuso allen M8 ao invs de M6, pois no se

possua o macho para fabricao deste ltimo. O dimetro da cmara de combusto foi

aumentado para 6,65 mm, j que a espoleta no penetrou na cmara com o dimetro

original de 6,4 mm.

4.5.2 Prottipo 2

Este prottipo o aperfeioamento do Prottipo 1. Como ser visto na Seo

4.6.1, algumas modificaes no Prottipo 1 foram propostas na Concepo 2, Seo

4.2.2. Por isso, a fabricao do Prottipo 2 foi feita diretamente nos componentes do seu

antecessor. Alm disto, fabricou-se o Prolongamento a partir de uma barra de ao

semelhante utilizada no Prottipo 1 (Figura 4.33) . As figuras seguintes mostram os

componentes fabricados, assim como o Prottipo 2 montado.

Figura 4.33 Detalhe do Prolongamento do Prottipo 2.

Acoplamento com o Cano

71

Figura 4.34 Detalhe do Cano modificado para o Prottipo 2.

Figura 4.35 Detalhe da Culatra modificada para o Prottipo 2.

Dimetro interno aumentado

Acoplamento usinado

72

Figura 4.36 Montagem final do Prottipo 2.

4.6 Testes

4.6.1 Prottipo 1

Esta etapa foi realizada em conjunto com o GATE para preservar a segurana de

todos durante os testes. O experimento se deu no prprio batalho, onde h um terreno

aberto de vegetao rasteira que ofereceu boa visualizao do experimento e espao

suficiente no oferecesse perigo a ningum nem ao prprio canho no caso de um recuo

potente.

O objetivo deste experimento foi de avaliar a possibilidade de utilizao da

espoleta de PETN para projetar a gua com energia suficiente para desmantelar um

artefato explosivo. Um objetivo secundrio era de determinar o melhor modo de

execuo do disparo, avaliando a distncia de disparo (standoff) e o emprego do pisto e

diafragma. Assim, executaram-se trs testes com montagens especficas para tentar

abordar todos os quesitos acima mencionados.

Primeiro disparo

O objetivo principal era avaliar a viabilidade do uso da espoleta, e a capacidade

de desmantelamento do jato. Decidiu-se no usar nenhuma bucha neste disparo, de

modo a no aumentar a resistncia expanso dos gases devido ao atrito da bucha com

o cano.

Prolongamento

Cano

Culatra

73

Alm do canho e seus componentes, os materiais utilizados neste disparo

foram:

Silver tape para vedar do cano;

3 Caixas de papelo de 115x1