relatório de estágio final 2 - emc.ufsc.br · pdf file1....
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Univers
DepartaCoordenador
CEP 8804www
RELAPeríodo
Nome doNome do supeNome do orien
Flori
idade Federal de Santa CatarinaCentro Tecnológico
amento de Engenharia Mecânica ria de Estágio do Curso de Engenharia
Mecânica 40-970 - Florianópolis - SC - BRASIL w.emc.ufsc.br/estagiomecanica
ATÓRIO DE ESTÁGIO – 1/3 o: de 01/08/2009 a 15/10/2009.
o aluno: Fabio Aparecido Alves da Silva ervisor: Armando Albertazzi Gonçalves Júntador: Armando Albertazzi Gonçalves Jú
anópolis, 01 de novembro de 2009.
.
únior únior
SUMÁRIO
1. Introdução ............................................................................................................ 3
2. Apresentação do Laboratório ............................................................................... 4
2.1 Atividades Desenvolvidas pelo LABMETRO ........................................................ 4
3. Área de Atuação no Laboratório .......................................................................... 6
4. Atividades Realizadas .......................................................................................... 7
4.1 Projeto PEROLA .................................................................................................. 7
4.2 Projeto STRES ................................................................................................... 11
4.3 Célula de Carga para Medição de Mordedura ................................................... 16
3.1.1 Especificação do equipamento .................................................................... 18
3.1.2 Esquema de Ligação dos Dispositivos ........................................................ 20
3.1.3 Calibração e Erro Máximo ........................................................................... 20
3.1.4 Recomendações de Uso ............................................................................. 22
4 Considerações Finais......................................................................................... 23
5 Referências ........................................................................................................ 24
6 Anexos ............................................................................................................... 25
1. Introdução
O propósito do presente relatório é descrever as atividades realizadas durante
o período de estágio no LABMETRO, laboratório de metrologia e automatização da
Universidade Federal de Santa Catarina.
Inicialmente será apresentado um histórico sobre o laboratório, sua infra-
estrutura, equipamentos disponíveis, assim como as principais atividades
desenvolvidas e como elas estão inseridas no âmbito industrial e científico atual.
Após uma abordagem sobre a área de atuação no estágio, algumas das técnicas
aplicadas serão descritas com maiores detalhes.
O período inicial do estágio foi predominantemente dedicado ao estudo
detalhado das técnicas e métodos utilizados nos projetos no qual está inserido o
estágio, seguindo o que foi definido inicialmente no plano de trabalho e cronograma,
em anexo.
Por fim estão descritas as atividades desenvolvidas pelo estagiário nesta
primeira etapa, assim como os resultados obtidos.
2. Apresentação do Laboratório
O LABMETRO, Laboratório de Metrologia e Automatização, faz parte do
Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Federal de Santa Catarina,
com sede no prédio da Fundação CERTI (Centros de Referência em Tecnologias
Inovadoras) com quem compartilha de uma das melhores infra-estruturas
laboratoriais em Metrologia Mecânica do país. Ocupa uma área de 900 m2,
distribuídas em laboratório, salas de aula teórica e prática, sala de estudos
individuais, biblioteca, sala de reuniões, dentre outros.
Figura 1 – Prédio Fundação CERTI.
O laboratório conta atualmente com cerca de 100 colaboradores, envolvendo
alunos de graduação, mestrado e doutorado, técnicos, engenheiros, secretária,
quatro professores doutores e um professor substituto.
O foco principal das atividades do LABMETRO está no desenvolvimento e
aplicação da Metrologia Mecânica, estando ativo nesta área há quase 30 anos. São
abordados desde aspectos ligados à pesquisa e desenvolvimento de novos
princípios e sistemas de medição, passando pela avaliação da incerteza de
medição, chegando aos aspectos metrológicos da garantia da qualidade nos
processos produtivos.
2.1 Atividades Desenvolvidas pelo LABMETRO
As atividades do LABMETRO estão agrupadas em torno de duas principais
Linhas de Pesquisa: Meios & Métodos de Medição e Gestão da Medição.
Na área de Meios e Métodos de Medição o foco está na concepção e aplicação
de instrumentos e sistemas de medição inovadores, operacionalmente eficientes e
metrologicamente confiáveis. Agrega conhecimentos multidisciplinares da mecânica,
da óptica, da eletrônica e da informática. São exemplos de projetos desenvolvidos
nesta área:
Sistema óptico para medição de tensões residuais;
Detecção de defeitos em juntas adesivadas de tubos compósitos
utilizando a técnica de shearografia;
Medição da forma de cilindros internos e externos com interferometria de
luz branca;
Sistema óptico para reconhecimento de pessoas a partir de forma 3D de
faces humanas;
Sistema óptico por triangulação cônica para inspeção do perfil interno de
dutos;
Sensores ópticos para medição de grandezas elétricas.
A ênfase da área de Gestão da Medição está na concepção e aplicação de
recursos estruturais de gestão da garantia da confiabilidade metrológica laboratorial
e industrial baseadas na integração de conhecimentos avançados de metrologia,
estatística e organização empresarial. São exemplos de projetos desenvolvidos
dentro desta área de atuação:
Gestão do conhecimento em metrologia;
Sistema remoto de assistência metrológica via internet.
3. Área de Atuação no Laboratório
O estágio está inserido na área de metrologia óptica aplicada à medição de
grandezas mecânicas, a qual vem sendo desenvolvida há cerca de 20 anos no
laboratório. O LABMETRO conta com um laboratório de metrologia óptica com cerca
de 110 m2, equipado com diversos equipamentos, tais como: lasers, câmera de TV,
sistema de processamento de imagem, componentes ópticos e mecânicos, entre
outros.
A Metrologia Óptica é um método de medição promissor, o qual está ocupando
um espaço cada vez maior no cenário metrológico. Os recentes avanços da
Metrologia Óptica estão proporcionando uma maior inserção dessa técnica dentro
das indústrias, onde são aplicadas para medição de grandezas no processo de
fabricação, ampliando as possibilidades de inspeção e controle de qualidade.
Uma grande vantagem na aplicação desse método é a utilização de luz como
meio de medição, resultando em uma técnica não invasiva de medição pela
ausência de contato físico do equipamento com o mensurando. Outro fator relevante
é a dinâmica de medição, o que resulta em menor tempo de medição, contudo com
um grande volume de dados adquiridos.
Essa técnica proporciona baixos níveis de incerteza, resultando em resultados
excepcionais do ponto de vista metrológico. A Triangulação Laser e Holografia
Eletrônica ou ESPI (“Electronic Speckle Pattern Interferometry”) são as duas
técnicas utilizadas nos dois principais projetos onde o presente estágio está inserido.
4. Atividades Realizadas
O Plano de trabalho do estágio está vinculado principalmente a dois projetos
desenvolvidos no laboratório, PEROLA (Perfilômetro Óptico a Laser para
Mapeamento de Dutos) e STRES (Sensor óptico difrativo para medição de tensões
mecânicas e residuais). As principais atividades estão atribuídas aos testes
experimentais a fim de validar os conceitos e identificar possíveis instabilidades que
possam prejudicar o funcionamento do equipamento.
O objetivo do projeto PEROLA é pesquisar e desenvolver a tecnologia utilizada
e construir dois protótipos pilotos que utilizam princípios ópticos para mapear a
geometria 3D de dutos. Um protótipo será destinado ao mapeamento geométrico
externo e o outro ao mapeamento interno de dutos. Os desempenhos de cada
protótipo serão amplamente avaliados. A tecnologia desenvolvida servirá de base
para o futuro desenvolvimento de novos equipamentos.
O projeto STRES contempla o desenvolvimento e avaliação de dois sistemas
ópticos baseados em interferometria digital de speckle utilizados para determinação
in loco de tensões residuais e mecânicas e avaliação da integridade de estruturas e
componentes mecânicos usados na indústria do petróleo e gás.
Durante o estágio o bolsista trabalhará principalmente na avaliação em
laboratório, simulando condições de campo, dos sensores desenvolvidos no âmbito
desses dois projetos.
4.1 Projeto PEROLA
Segundo o MME, Ministério de Minas e Energia, no Balanço Energético
Nacional de 2008, petróleo e gás natural foram responsáveis por 58,4% do
Consumo Final de Energia Mundial no ano de 2006. O transporte e a distribuição
desses insumos são feitos em grande parte através de dutos metálicos, operando 24
horas por dia. Esses dutos interligam regiões produtoras, unidades de refino e
consumidores, podendo ser aéreos, subterrâneos ou marítimos. A distribuição por
dutos contribui para minimizar o trânsito, poluição e segurança nas rodovias, além
de ser economicamente mais vantajoso.
Figura 2 – Linha de Distribuição de Óleo.
A ocorrência de defeitos ao longo dessa imensa rede de dutos é freqüente, pois
além de estar exposta às intempéries, estão susceptíveis às alterações morfológicas
do terreno base. Isto pode gerar modificações indesejadas na linha, aumentando a
chance de ocorrer desastres naturais, e conseqüentemente, gerando um imenso
prejuízo financeiro e ambiental.
Adicionalmente, o próprio insumo transportado pelo duto pode ser um agente
degradante da superfície interna do duto, como por exemplo, nos dutos de petróleo,
os quais são corroídos pela água salgada e bactérias que acabam sendo carregadas
junto com o óleo. Uma corrosão interna é muito perigosa, pois a impossibilidade de
identificar visualmente a mesma transmite a falsa impressão da estrutura estar
intacta, quando na verdade está severamente degradada. Segundo dados
fornecidos pela PHMSA [1], acidentes com corrosão interna foram responsáveis por
18% do total do prejuízo no setor de dutos no ano de 2006 nos EUA.
Defeitos por amassamentos podem ocorrer devido a deslizamentos de terra,
rochas, choques com máquinas operatrizes, entre outros. Essas alterações
indesejadas geram tensões concentradas, as quais fragilizam a parede do duto. Já
os defeitos de soldagem deixam as conexões entre os dutos frágeis, atuando como
ponto concentrador de tensões e aumentando as chances de rompimento, expondo
pessoas e o meio ambiente a condições de risco elevado.
Nesse panorama está inserido os processos de inspeção, responsáveis por
identificar os defeitos nas linhas de distribuição, assim como garantir a qualidade
construtiva no momento da implementação da rede de dutos. Nessas medições são
utilizados sofisticados equipamentos denominados Pigs (“Pipeline Inspection
Gauges), que são ferramentas altamente especializadas para detecção de defeitos
na tubulação. Os Pigs se movem pelo interior dos dutos, freqüentemente
impulsionados pelo próprio fluido que está sendo transportado, o que viabiliza a
inspeção com os dutos em funcionamento, tendo em vista que a interrupção do
transporte do insumo acarreta em enormes prejuízos a empresa transportadora.
Diversos tipos de soluções são utilizadas nos Pigs para inspeção de corrosão
em dutos (perfilagem). As mais difundidas são as com sensores magnéticos [2] e de
ultra-som [3]. Todavia, novos métodos de perfilagem interna vêm sendo
desenvolvidos, como o método por contato mecânico (Pig espinho) [4] e o método
óptico (Optopig) [5], sendo o último ainda muito pouco conhecido no Brasil, até
mesmo entre técnicos e engenheiros de inspeção.
O Projeto PEROLA (Perfilômetro Óptico a Laser para Mapeamento de Dutos),
contempla o desenvolvimento de uma nova concepção de sensor óptico capaz de
medir perfis de seções internas de dutos. Sem partes móveis e de concepção
simples, permite medição precisa de seções com grande velocidade e riqueza de
detalhes. Com um hardware apropriado será possível medir mais de 50 mil pontos
do perfil interno de dutos a cada segundo. Este sensor é o elemento central e o
ponto de partida que viabilizará o desenvolvimento de uma concepção revolucionária
de uma família de perfilômetros ópticos internos, adequado para perfilometria de
dutos de 2" a 50".
O sensor desenvolvido utiliza como princípio de medição a triangulação laser,
modificada pela introdução de espelhos cônicos, o que viabiliza o uso de apenas
uma câmera e um laser para a medição do perfil da seção interna do duto ao longo
de 360°.
Figura 3 – Esquema de medição por triangulação laser com plano de luz.
A figura 3 ilustra, de forma simples, o princípio de medição por triangulação
laser. A partir da imagem oblíqua da linha resultante da interseção de um plano de
luz com a superfície do objeto medido (mensurando) é possível determinar sua
altura e largura, que no esquema são representadas respectivamente pelas
coordenadas Z e Y (j e i na imagem analisada).
A triangulação laser mede uma secção por vez, que corresponde à interseção
do plano de luz com o objeto. É necessário medir várias seções do objeto para
compor dados 3D, o que pode ser feito movimentando-se o sensor em relação ao
objeto medido. Unindo essas secções, a nuvem de pontos 3D do objeto medido
pode ser construída.
O sistema desenvolvido no projeto utiliza uma concepção inédita de
triangulação laser, a qual conta com o auxílio de dois espelhos cônicos. Conforme
ilustrado na Figura 4, o espelho cônico do laser é utilizado para formar um plano de
luz radial através da reflexão de um feixe de laser em seu vértice. Já o espelho
cônico da câmera é utilizado para possibilitar a visualização de todo o perímetro
interno do duto. Pode-se notar na Figura 5 que a forma da imagem da linha do laser
obtida pela câmera, reflete a forma da secção da superfície interna do duto incidida
pelo laser.
Figura 4 – Esquema da triangulação cônica.
Figura 5 – Ilustração da relação entre o perfil da secção interna do duto e a imagem obtida. A) Duto sadio. B) Duto com defeitos.
Um protótipo foi desenvolvido, construído e atualmente está em fase de testes
no laboratório a fim de avaliar experimentalmente o seu desempenho metrológico e
funcional, com o intuito de corrigir possíveis problemas e realizar revisões de projeto.
O sistema de medição está ilustrado nas figuras 6 e 7.
Figura 6 – Ilustração do Sistema de Medição.
Figura 7 - Testes de bancada do Sistema de Medição.
4.2 Projeto STRES
Os métodos atuais aplicados para medição de tensões residuais em muitos
aspectos limitam e dificultam o processo. Além da necessidade de pessoal com
considerável habilidade para o experimento, o processo demanda um elevado tempo
para se efetuar toda a medição. Diante disso, os experimentos não oferecem um
volume de medição considerável, o que se reflete num alto custo nas efetivas
medições realizadas. Outro aspecto relevante é a utilização de equipamentos
importados para medição, necessitando de altos investimentos tanto para a
aquisição do equipamento, como para as demais despesas no processo de
importação.
A utilização de uma técnica que proporcionasse uma maior dinâmica das
medições, com equipamentos desenvolvidos nacionalmente e que não necessitasse
de técnicos altamente especializados para a medição, refletiria numa ótima
aceitabilidade do produto tanto no mercado nacional como no internacional.
A proposta do projeto é desenvolver um medidor de tensões residuais
utilizando como princípio de medição a holografia eletrônica. O equipamento é
composto por elementos ópticos, iluminação a laser, câmera para aquisição de
imagens, elemento de deslocamento micrométrico, entre outros. O ponto de partido
para o projeto foi um sistema óptico recentemente desenvolvido no laboratório. Este
sistema foi uma evolução de outros três protótipos desenvolvidos anteriormente, os
quais tinham alguns problemas de instabilidade mecânica.
Com a utilização de um elemento óptico difrativo nesse último sistema, além de
simplificar a sua óptica e permitir o aumento da distância de trabalho entre o
interferômetro e o mensurando, proporcionou que o sistema tornasse insensível às
variações do comprimento de onda do laser, tornando-o metrologicamente confiável
e possibilitando a utilização de laser diodo para a iluminação, minimizando o valor
final do equipamento.
O projeto STRES contempla a transposição desse sistema para dois novos
sistemas, medidor de tensões residuais e medidor de tensões mecânicas. O sistema
é composto por três módulos: medição, furação e base de reposicionamento
isostático, conforme ilustrado na Figura 8.
(a) (b) (c)
Figura 8 – Módulos de Medição (a); Furação (b); Base Isostática (c)
Para esse principio de funcionamento, tanto o módulo de medição como o de
furação são acoplados, nas respectivas etapas da medição, à base isostática, a qual
permite que os módulos tenham um bom reposicionamento, sem comprometimento
da medição.
O processo de medição de tensões residuais com o sensor óptico é composto
pelas seguintes etapas: aquisição de imagens, furação e processamento das
imagens. A primeira etapa desse processo é a fixação da base universal, através de
imãs, na região da estrutura a ser medida. Posteriormente, acopla-se o módulo de
medição à base e uma imagem de referencia é adquirida. Retira-se o módulo de
medição da base e acopla-se o módulo de furação a ela. Ao executar o furo com
uma furadeira pneumática de alta rotação, as tensões residuais normais á superfície
do furo são aliviadas, o que provoca um campo de deslocamentos na superfície
medida. Uma nova imagem é adquirida após a furação.
O processamento destas imagens permite a determinação da intensidade e das
direções das tensões residuais principais. O Esquema de ligação entre os módulos
do sistema está ilustrado na Figura 9.
Figura 9. Ligação entre os módulos do sistema.
O princípio de funcionamento do módulo de medição, conforme Figura 10,
acontece da seguinte forma: o feixe gerado pelo laser (3), após ser expandido por
uma pequena lente (4), é direcionado a um par de espelhos concêntricos composto
por um espelho circular interno (10) e um espelho anelar externo (8). Para atingir
este conjunto de espelhos o feixe passa por um orifício localizado no espelho 45º
(11), o qual é defasado de 45º em relação ao plano normal ao eixo da câmera (1).
Este orifício é composto por dois furos perpendiculares entre si, os quais se
encontram na superfície espelhada. A função deste orifício é tanto permitir a
passagem do feixe do laser, como servir de janela para observação da câmera à
superfície de medição (6). A lente (2) faz parte exclusivamente do conjunto de
formação da imagem, e a lente (7) faz parte tanto do conjunto de formação da
imagem, como do conjunto de iluminação.
(a) (b)
Figura 10. Layout de Iluminação. (a) Disposição dos elementos ópticos. (b) Processo de formação da região de interferência.
O par de espelhos concêntricos (8 e 10) é dimensionado de modo que o feixe
se divida em dois (I e E), sendo que a propagação da linha média do espaçamento
dos espelhos conhecida-se com o centro da região de medição (C). Este
espaçamento entre os espelhos concêntricos é necessário para que não ocorra
saturação de luz no ponto central da medição, pois um excessivo ponto brilhante de
luz ofuscaria a câmera, limitando sua faixa dinâmica, comprometendo assim o
processamento da imagem. Cada ponto da região de medição é iluminado tanto pela
porção de luz interna (I) como pela externa (E), surgindo assim um padrão anelar de
interferência desses dois fe
deslocar micrometricament
deslocamento de fase na re
Após a reflexão no es
(7), e ao emergir colimado
difração e se propaga em
representados na Figura
interna, que gera dois feixe
medição (6), onde ocorre s
(E) e interno (I), gerando
medição.
No corte representad
simétricos em relação ao
vetor normal à superfície.
estrutura difrativa, outras o
delas atinge a região de m
iluminação dupla cujos âng
de difração.
O princípio de funcion
elementos nanoestruturado
promover a difração da luz
elemento com nanoestrutu
laser e fazê-la incidir sobre
30° com a normal (θ). O
laser e do passo da nanoes
Figura 11. Superfície
eixes na superfície. A função do atuador p
te o espelho circular interno (10), prom
egião de medição.
spelho 45º o feixe segue em direção à
o, atinge o elemento óptico difrativo (5)
m direção à superfície medida (6). Os
10 representam apenas a primeira or
es de raios paralelos que se propagam a
sobreposição dos dois anéis gerados pe
a região de interferência necessária pa
o na Figura 10 os dois feixes de raios
eixo óptico do interferômetro, que deve
Em função das características e do
ordens de difração podem estar presente
medição. Assim, cada ponto da região de
gulos com a normal à superfície coincide
namento do elemento óptico difrativo o
os presentes na sua superfície, que
z de uma forma especial. Para a presen
ras concêntricas foi usado para difratar a
e a superfície medida formando um âng
ângulo de desvio depende do comprim
strutura.
e nanoestruturada de um elemento óptico difrativo
piezoelétrico (9) é
movendo assim o
lente colimadora
. O mesmo sofre
feixes difratados
rdem de difração
até a superfície de
los feixes externo
ara o princípio de
s formam ângulos
e coincidir com o
tipo de perfil da
es, mas nenhuma
e medição recebe
em com o ângulo
ocorre devido aos
são capazes de
nte aplicação, um
a luz colimada do
gulo da ordem de
mento de onda do
o circular.
Assim, quando o ângulo de incidência dos feixes de laser é determinado por um
elemento óptico difrativo (nano estruturado) com um desenho apropriado, o
interferômetro fica completamente insensível às variações do comprimento de onda
do laser. A sensibilidade do interferômetro, isto é, a relação entre o deslocamento
radial e a ordem de franja, passa a não depender do comprimento de onda do laser,
mas apenas do passo (d) do elemento óptico difrativo. Esta característica elevou
consideravelmente o potencial metrológico do interferômetro uma vez que não é
mais necessário o uso de um laser com comprimento de onda estabilizado. Lasers
diodo de baixo custo e tamanho reduzido podem ser usados sem comprometer o
desempenho do sistema.
4.3 Célula de Carga para Medição de Mordedura
Outra atividade atribuída ao estagiário foi o desenvolvimento de uma célula de
carga para medição de força de mordedura para aplicação em estudos na área de
restauração dental. O projeto foi desenvolvido utilizando ferramentas
computacionais, CAD (Desenho auxiliado por computador) e FEA (Análise em
Elementos Finitos), que foram de suma importância tanto na visualização
tridimensional do produto, como também nos cálculos e simulação da peça.
O dimensionamento da peça foi baseado em dados especificados pelo
solicitante do produto, visando à aplicação de extensômetros sobre a superfície da
peça para medir a deformação do material, obtendo assim a carga de serviço na
posição desejada. Para tanto, utilizou-se o Aço ABNT 420 como material da peça,
pelas boas propriedades mecânicas e por ser esse de comum aplicação em
instrumentos hospitalares, cirúrgicos e dentários.
A configuração da peça foi elaborada visando obter níveis de deformações
apropriados para a instalação dos extensômetros, utilizando dobra de chapa como
processo de fabricação. O resultado final está ilustrado na figura 12.
Figura 12. Configuração Final da Peça.
O dimensionamento da peça foi regido também pela sua análise estrutural com
a aplicação de uma carga de trabalho de 40N. Utilizou-se, para tanto, uma resolução
numérica via Elementos Finitos e o resultado final da simulação está ilustrado na
figura 13.
Figura 13. Resultado da simulação numérica via Elementos Finitos.
As deformações que ocorrem na peça são medidas pelos extensômetros,
porém as leituras não saem em forma de gráficos, tabelas ou relatórios. É
necessária a utilização de um conjunto de aparelhos que transforma a deformação
sentida pelos extensômetros em informações concretas.
Alem disso, essas deformações medidas são normalmente pequenas,
produzindo variações no sinal elétrico nas mesmas proporções, não podendo ser
lidas diretamente por um osciloscópio ou um multímetro. Esse processo da
verificação do fenômeno da deformação até a informação dos dados legíveis é feito
por um sistema de medição.
Na análise de tensões por extensometria, o sistema de medição é formado
basicamente de sensores de deformação, os extensômetros de resistência variável,
que convertem deformação mecânica em variação da resistência elétrica. Estes
extensômetros são montados em um circuito elétrico, a ponte de Wheatstone, que é
capaz de realizar a medição de variação de resistências elétricas em seus braços do
circuito [10].
A ponte de Wheatstone utilizada na medição foi a de ponte completa, conforme
ilustrado na figura 14, onde quatro extensômetros foram aplicados sobre a superfície
da peça, conforme ilustrado na figura 15.
Figura 14 – Ponte de Wheatstone (ponte completa).
3.1.1 Especificação do equipamento
Extensômetros
Os extensômetros utilizados no sistema de medição foram:
Extensômetros Elétricos KYOMA
Tipo KFC-5-C1-16
Resistência 120Ω ± 0,3
Fator de Sensibilidade: K=2,14 ±1%
Figura 15 – Esquema de ligação dos extensômetros.
Transdutor Célula de Carga
Marca: BITEC
Modelo: TCA 500 –2mV/V–10V–0/10V
Precisão melhor que 0,5% e tempo de resposta 80ms
Figura 16 – Ilustração do Transdutor TCA 500.
Multi Indicador de Painel
Marca: AUTONICS
Modelo: MT4W-DV-4N
ENTRADA TENSÃO CC, ALIMENTAÇÃO 100-240VCA 50/60HZ
Figura 17 – Multi Indicador de Painel MT4W-DV-4N.
Fonte de Alimentação Chaveada
Marca: HAYONIK
Modelo: FCTP 2401
Entrada 85/265 Vac – 50/60 Hz
Saída 24 VDC 0-1A 15W
3.1.2 Esquema d
Figur
3.1.3 Calibração
A calibração do siste
500g cada uma, numerada
carga inserida, respeitando
indicados pelo Multi Indicad
Foi utilizado como ace
valor usado como constant
valor utilizado foi 0,0815, s
Máximo avaliado foi de ±0,5
Os valores medidos
ilustrados na seqüência.
Tabela 1 – Dados da Calibra
e Ligação dos Dispositivos
ra 18 – Esquema de Ligação dos Dispositivos.
e Erro Máximo
ma foi feita através da utilização de m
as de 1 a 9. Foram feitas três medições
o a seqüência de numeração, foram cole
dor de Painel.
eleração da gravidade local o valor de g=
te de correção foi obtido pela média das
sendo esse inserido no Multi Indicador d
5N
estão plotados na Tabela 1 e nas F
ação do Sistema.
massas padrão de
s, onde para cada
etados os valores
=9,79117 m/s2. O
três medições. O
de Painel. O Erro
Figuras 19 e 20,
Figura 19 – Gráfico Média.
Figura 20 – Gráfico Erro.
‐0,400
‐0,300
‐0,200
‐0,100
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0 100 200 300 400 500 600
Força (N)
Multi Indicador (Volts)
Lim Sup
Erro
Lim Infer
3.1.4 Recomendações de Uso
Antes de cada medição, aguardar alguns minutos para que o material estabilize
termicamente, evitando possíveis erros.
Depois de estabilizado termicamente, ajustar o zero mostrado no display
através do parafuso localizado na parte frontal do Transdutor da Célula de Carga.
Procurar utilizar a parte mais externa, ponta da célula de carga, onde foi
aplicada a carga no processo de calibração, conforme figura 21.
Figura 21 – Posição da aplicação da carga.
4 Considerações Finais
Nessa primeira etapa do estágio, o objetivo principal foi o estudo detalhado dos
dois sistemas relacionados às atividades do estágio. Esse estudo possibilitou
ampliar o conhecimento na área de metrologia óptica, principalmente nas técnicas
de interferometria e triangulação a laser. A área de metrologia óptica tem um papel
cada vez mais importante no panorama tecnológico e industrial, ocupando um
espaço cada vez maior entre os métodos de medição. Com o grande crescimento da
área petrolífera, onde são aplicados esses equipamentos, o desenvolvimento de
tecnologias nacionais que atendam as expectativas do mercado é de suma
importância para o crescimento tecnológico nacional.
O Labmetro vem desenvolvendo ao longo dos anos equipamentos inovadores,
utilizando tecnologias de ponta, com alto valor agregado. Os projetos STRES e
PEROLA envolvem soluções que combinam elementos de mecânica de precisão,
óptica, eletrônica e softwares. Um vasto campo da Engenharia é abordado no
escopo desses projetos, o que proporciona uma excelente condição para a
aplicação das teorias aprendidas ao longo do curso de graduação.
Após essa etapa inicial, será desenvolvido um planejamento de calibrações
para os dois sistemas. Serão elaborados ensaios para avaliação experimental de
ambos os sistemas, analisando seus desempenhos metrológicos, e corrigindo
possíveis problemas que possam ser identificados.
5 Referências [1] (PHMSA) PIPELINE AND HAZARDOUS MATERIALS SAFETY ADMINISTRATION (EUA). Pipeline Statistics: Contains average and summary statistics (1986-2006) for Natural Gas and Liquid Pipelines as well as annual statistics for 1990-2006. Washington, 2006. Disponível em: <http://www.phmsa.dot.gov/reference/statistics.html>. Acesso em: 02 out. 2009. [2] JiangP PQ, Sui Q, LuP PN, Zachariades P and Wang J. Detection and Estimation of Oil-Gas Pipeline Corrosion Defects. In: ICSE2006 – Eighteenth International Conference on Systems Engineering, September 2006, Proceedings, ICSE '2006 Coventry University 2006, p. 173-178. [3] REBER, K. Beller, M. Willems, H. et al. A new generation of ultrasonic inline inspection tools for detecting, sizing and locating metal loss and cracks in transmission pipelines. In: ULTRASONICS SYMPOSIUM, 1996. Proceedings, Piscataway: IEEE, 2002. v. 1, p. 665-671. [4] CAMERINI, Cláudio Soligo et al. Novo Método para a Perfilagem da Corrosão Interna em Dutos. In: CONTEC - CONFERÊNCIA SOBRE TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS, 8., 2005, Salvador. TT240. Salvador: Anais, 2005. p. 1 - 10. [5] DET NORSKE VERITAS (Noruega). Optopig Verification Test: Independent Comparison of Optopig Inspection Findings Versus Actual Fabricated Faults. Høvik, 2003. 24 p. [6] ASTM-E-837 - "Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method" - ASTM - American Society for Testing and Materials, 2001. [7] BUSCHINELLI, Pedro de Deus Vieira. Desenvolvimento de um Sistema Óptico por Triangulação Cônica para Inspeção do Perfil Interno de Dutos. Maio. 2007. 135 f. Dissertação (Mestrado) - Curso de Pós-Graduação em Metrologia Científica e Industrial, UFSC, Florianópolis, 2007. [8]ALBERTAZZI, Armando ; VIOTTI, Matias Roberto ; KAPP, Walter . A radial in-plane DSPI interferometer using diffractive optics for residual stresses measurement. In: 9th International Symposium on Laser Metrology, 2008, Cingapura. Proceeding of SPIE, 2008. v. 7155. p. 715525-1-715525-10. [9]ALBERTAZZI, Armando ; VIOTTI, Matias Roberto ; KAPP, Walter . Radial in-plane achromatic digital speckle pattern interferometer using an axissymmetrical diffractive optical element. In: Fringe'09. 6Th Internatinal workshop on advanced optical metrology, 2009, Nürtingen. New Optical Sensors and Measurement Systems for Industrial Inspection.. Heidelberg : Springer, 2009. p. 1-6. [10] GRANTE – “Apostila de Extensometria” – Disponível em: http://www.grante.ufsc.br/ data de acesso: 15/08/2009.
6 Anexos
Identificação Nome da tarefaago 2009
2/8 9/8 16/8
1 Estudo Detalhado dos Sensores STRES e PEROLA
2 Planejamento de calibrações e experimentos complementares
Avaliação em Laboratório
Ensaios Simulando Condições de Campo
Elaboração de Relatório de Avaliação do Desempenho dos sistemas
3
set 2009 out 2009 nov 2009 dez 2009 jan 2010
23/8 30/8 6/9 13/9 20/9 27/9 4/10 11/10 18/10 25/10 1/11 8/11 15/11 22/11 29/11 6/12 13/12 20/12 27/12 3/1 10/1 17/1
6
4
Preparação de corpos de prova
5
24/1
Cronograma de Estágio - LABMETRO
Plano de Trabalho STRES
1. Estudo detalhado dos sensores (hardware e software) e da suas formas de operação e identificação dos fatores potencialmente críticos que afetam seus desempenhos metrológicos.
2. Planejamento de calibrações e experimentos complementares que avaliem experimentalmente o desempenho metrológico e funcional dos sistemas com o intuito de corrigira possíveis problemas e realizar revisões de projeto.
3. A avaliação em laboratório primeiramente envolve a preparação de corpos de prova para simular estados de tensões conhecidos. Posteriormente, ensaios controlados serão planejados e executados com o intuito de avaliar metrologicamente os sistemas e reconhecer possíveis problemas funcionais.
4. Nesta última etapa serão realizados ensaios simulando condições similares às encontradas em campo visando corrigir problemas. Dependendo da disponibilidade das empresas de transporte de gás e petróleo, possíveis ensaios em campo serão realizados.
Plano de Trabalho PEROLA
1. Estudo detalhado dos sistemas de medição (hardware e software) e da suas formas de operação e identificação dos fatores potencialmente críticos que afetam seus desempenhos metrológicos.
2. Planejamento de calibrações e experimentos complementares que avaliem experimentalmente o desempenho metrológico e funcional dos sistemas com o intuito de corrigir possíveis problemas e realizar revisões de projeto.
3. A avaliação em laboratório primeiramente envolve a preparação de corpos de prova, os quais serão acoplados a bancadas de ensaios. Posteriormente, ensaios controlados serão planejados e executados com o intuito de avaliar metrologicamente o sistema e reconhecer possíveis problemas funcionais.
4. Por fim, deverá ser entregue um relatório com os experimentos realizados, conclusões e sugestões de melhorias para os sistemas.