3.5.1 Detalhes da aquisição de temperatura
A Figura 3-8 mostra a montagem da bancada de ensaios utilizada durante os testes. Cada termopar estava conectado a um circuito eletrônico amplificador de sinal marca ESEL modelo XTR01. Este amplificador foi calibrado utilizando-se um calibrador multi-função da marca FLUKE modelo 725 na faixa de 0 a 500 °C, e que correspondia em mA à faixa de valores de 4 mA e 20 mA. A saída do sistema amplificador era conectada em um bloco de conectores, onde o sinal é então transferido através de cabo para um acessório National Instruments modelo SCB 68, e em seguida transferido para uma placa de aquisição de sinais A/D (modelo PCI – MI0 – 16E – 4 National
Instruments). A placa foi então conectada em um micro computador (processador AMD K6 II 350 MHz, com 128 Mbytes de memória RAM e 4,3 Gbytes de disco rígido).
Figura 3-8. Esquema da montagem da bancada de ensaios
Os termopares geram sinais da ordem de micro volts, logo foi utilizado um comprimento mínimo necessário dos fios de 250 mm, evitando que eventuais ruídos pudessem interferir na leitura dos sinais. O termopar usado foi o tipo T fabricado de Cobre-Constatan com bitola AWG 30 (0,051mm2) e faixa de temperatura entre -18 a 205 ºC. A tensão já devidamente amplificada pôde então ser transferida via cabos elétricos com um comprimento maior, de aproximadamente 2,5 m sem qualquer comprometimento do sinal.
A segunda etapa foi o levantamento de uma curva de calibração para cada termopar que foi realizada em um banho termostático modelo HAAKE F6-C35 com faixa de temperatura entre –60 a 250 ºC e resolução de 0,1 ºC. O fluido utilizado foi o Tyfoxit, que é um composto a base de acetato de Potássio. Nesta etapa foi inicialmente fixada a faixa de temperatura em que os termopares iriam atuar sendo escolhida uma faixa de valores entre 10 a 90 ºC.
Iniciou-se o procedimento com a temperatura de 10 ºC fixada no visor do próprio banho, esperando-se a temperatura estabilizar e então era anotado o valor de tensão associado a esta temperatura, isto foi repetido até a temperatura de 90 ºC devido ao fato de não haver a necessidade de uma calibração para temperaturas maiores. Visando confiabilidade das medições, este ensaio apresentou 6 repetições, sendo três no sentido crescente da temperatura e três no sentido decrescente. O intuito foi avaliar a ocorrência
de histerese no comportamento dos termopares. O apêndice A mostra o resultado das curvas de calibração.
Pôde-se então, obter um gráfico de tensão média versus temperatura para cada termopar. A regressão linear deste gráfico mostrou-se satisfatória, pois os valores dos coeficientes de regressão linear ficaram na ordem de 0,979 em média. Assim, através das curvas de calibração, pôde-se programar uma rotina computacional no LabView onde a aquisição dos sinais em volts era convertida para temperatura.
O software utilizado na aquisição dos dados foi o LabView (versão 6.1), escolhido pelo melhor gerenciamento que proporciona na aquisição de sinais de temperatura e de força. Os resultados geravam um arquivo no formato de “bloco de notas”, viabilizando o tratamento dos dados em uma rotina computacional. A conversão dos sinais de volts em graus Celsius na leitura das temperaturas e de volts para Newton nas leituras de força foi realizada recorrendo-se às constantes de calibração dos respectivos transdutores.
A força medida pelo dinamômetro passava por uma unidade de controle própria do equipamento onde é amplificada, estando ligada ao mesmo bloco de conectores que conectam os sistemas de termopares, portanto, ambos conectados na mesma placa de aquisição de sinais do computador citada anteriormente.
3.5.2 Descrição do equipamento de ar comprimido e de ar frio.
Foram utilizados dois sistemas de resfriamento durante os ensaios. O primeiro sistema foi à aplicação direta do ar comprimido da própria linha de pressão do laboratório para o resfriamento do corpo de prova. O ar comprimido originava-se da linha principal do laboratório composto por um compressor modelo MSWV 80 MAX/425 com 12 kPa de pressão máxima, um filtro regulador DeVilbiss modelo HLB 550 e um rotâmetro DIGIFLOW modelo K-12-V com pressão de calibração máxima de 8 kPa. A utilização do rotâmetro se deve a necessidade de medir a vazão do ar comprimido antes da saída deste para o resfriamento do corpo-de-prova. A Figura 3-9 mostra o sistema utilizado para controle da pressão e da vazão de ar.
Figura 3-9. Esquema da montagem do rotâmetro e do regulador de pressão
Para o ensaio com ar frio foi utilizado um sistema de resfriamento que utiliza o princípio do vórtice montado imediatamente após o rotâmetro, com isto era possível fazer a regulagem da vazão do ar tendo-se o controle das temperaturas finais para resfriamento da peça. A Figura 3-10 (a) mostra como foi montado o sistema de resfriamento de ar gelado no cabeçote da máquina durante a realização dos ensaios. A distância que foi fixada, e mantida como padrão, para o sistema de ar frio da ponta da ferramenta foi de 20 mm, Figura 3-10 (b).
Basicamente o sistema que utiliza o princípio do vórtice pode ser descrito da seguinte forma; o ar comprimido entra na câmara circular (com estado P) passando pelo bocal de entrada e desenvolvendo um fluxo axiométrico no formato de um vórtice. Do estado (P) para o estado (I) o ar comprimido se expande e acelera sob a influência da força centrífuga de inércia o ar injetado é pressionado contra as paredes do tubo. Próximo à parede do tubo o fluxo do ar tem o formato de uma hélice sendo direcionado para a saída tangencial na forma de ar quente.
Do estado (I) para o (H) o ar é aquecido por dissipação (fricção), especialmente próximo à parede do tubo, onde o gradiente de velocidade é altíssimo. O ar frio é formado pela expansão radial na linha central do tubo vórtice. O fluxo de ar frio que sai na saída (C) provoca uma linha de ar frio no formato de uma hélice com a temperatura normalmente muito inferior a temperatura de entrada do ar em (P) Figura 3-11 (FRÖHLINGSDORF, 1999).
Figura 3-11 - Princípio de funcionamento do tubo vortex (Fröhlingsdorf, 1999).
A Tabela 3-5 apresenta os valores gerais de temperatura que podem ser utilizados pelo sistema de resfriamento proporcionais aos valores de vazão segundo o fabricante e a Figura 3-12 mostra o desenho esquemático do resfriador utilizado durante os testes com ar gelado. Para uma efetiva aplicação do sistema resfriador o ar deve ser direcionado para a aplicação a ser executada, sendo necessário então à utilização de um bico direcionador, como pode ser observado na Figura 3-10 na cor laranja.
Tabela 3-5 - Valores de temperatura, pressão e vazão para o sistema de resfriamento segundo o fabricante. Pressão [kg/cm2] Temperatura [º C] Ruído [Db] Consumo PCM* 2 -6,7 91,0 4,1 3 -10,0 93,5 5,0 4 -12,5 95,0 5,7 5 -14,5 96,0 6,3 6 -16,0 97,0 6,9 7 -17,0 98,0 7,5 *PCM – Pés cúbicos por minuto.
Figura 3-12 - Modelo do resfriador utilizado nos testes.