Aparato Experimental Utilizado nos Ensaios

A presente seção tem como principal objetivo a apresentação do aparato experimen- tal assim como montado para os ensaios realizados. Os materiais e equipamentos utilizados já foram apresentados anteriormente na Seção 4.2, do Capítulo 4.

O local escolhido para realização dos ensaios foi o CH-TPN que possui lâmina d’água real de 4,12m. A densidade da água do CH-TPN foi assumida como igual a 997kg/m3

(valor típico para a água doce a 25◦_C).

A Figura 5.2 ilustra a forma como o modelo foi lançado no CH-TPN. As medidas que constam nessa figura representam o máximo comprimento útil disponível sem que a ponte rolante fosse movimentada, igual a cerca de 8,40m; e a lâmina d’ água durante os ensaios.

Figura 5.2: Esquema ilustrativo do lançamento do modelo no CH-TPN. À esquerda, uma foto do tanque; à direita, uma ilustração ilustrativa. Em azul, as extremidades da ponte rolante, fixa; em vermelho, o modelo físico.

Em verde tracejado, o plano vertical que inicialmente contém a catenária.

A montagem do dispositivo atuador contou com um conjunto motorredutor4_{, uma estru-}

tura de barras de alumínio para suporte e fixação na ponte rolante e um equipamento das rotações do motor.

Detalhes da montagem desse aparato foram ilustrados e descritos na Seção 4.2.3. Na Figura 5.3, a seguir, esse conjunto está destacado em verde. Nessa mesma figura é possível visualizar e identificar as posições das câmeras aéreas utilizadas para o monitoramento dos alvos dispostos na porção emersa do modelo flexível (destacas em vermelho na figura). Essas câmeras foram afixadas solidariamente à ponte rolante, de maneira a possibilitarem que o sistema de monitoramento fosse capaz de definir um sistema referencial inercial.

Cumpre destacar que, na saída do eixo do redutor, foi afixado o braço rígido de ferro, com quatro furos: uma para fixação no eixo e três para posicionamento do rolamento

4_{Pelo catálogo do fabricante, a redução promovida seria de 1:25. Esse valor foi indiretamente aferido. Os resultados são}

Figura 5.3: Posições relativas entre o dispositivo atuador e as câmeras aéreas utilizadas nos ensaios.

que sustentava a célula de carga e a linha, nessa sequência. A Figura 5.4 mostra esse braço, utilizado para variação das amplitudes dos movimentos, bem como a estrutura em forma de “L” utilizada para calibração das câmeras aéreas.

Note-se, também, pela Figura 5.4, o uso de um nível eletrônico para garantir os para- lelismos e perpendicularismos da estrutura montada.

Figura 5.4: Estrutura fixada na saída do eixo do atuador e equipamento de calibração das câmeras. Destaque-se o uso de um nível eletrônico para a montagem do conjunto.

O dispositivo atuador utilizado nos experimentos teve a rotação do motor comandada pelo controlador destacado em vermelho da Figura 5.5.

O controlador de rotações do motor permitiu a variação da frequência de rotação do eixo do motor (não do redutor). Além disso, seu uso propiciou o início e parada dos

Figura 5.5: Visão frontal do dispositivo atuador montado com a rótula. No detalhe em vermelho o equipamento usado para controle da rotação do motor.

movimentos, bem como alterar o sentido de rotação5_.

Foram impostas rotações de 1.200rpm, 1.500rpm e 1.875rpm ao motor, em ambos os sentidos. Considerando a redução nominal e a alteração da unidade de medida da frequência (em consonância com o chamado Sistema Internacional de Unidades), as frequências equivalentes, na saída do redutor, foram de 0,80Hz; 1,00Hz; e 1,25Hz, conforme determinado pela matriz de ensaios planejada.

Na sequência de montagem do aparato, foi utilizada uma rótula fixada a um dos três furos da barra rígida, encaixada à saída do eixo do redutor.

Na periferia desssa rótula, foi feito um furo que recebeu um fuso M8 cuja extremidade oposta foi utilizada para fixação da célula de carga. Na saída desta, outro fuso M8 garantiu o encaixe forçado da linha. Lembrando que o diâmetro interno medido era da ordem de 6,86mm. Além da fixação forçada, foi utilizada uma braçadeira de náilon – vide Figura 5.6.

Com o aparato experimental montado desta forma, foi possível prescrever movimentos circulares de topo ao modelo flexível utilizado nos ensaios. A Figura 5.7 ilustra um ciclo completo do braço rígido que suportava o conjunto que sustentava a linha.

Na Figura 5.7, a trajetória circular tracejada em cinza se refere ao movimento de um dos furos do braço, no caso dessa figura, o que representa a imposição da maior amplitude possível).

5_{No âmbito deste trabalho, os sentidos de rotação são descritos como os que seriam percebidos por um eventual observador}

Figura 5.6: Detalhes da fixação do rolamento e célula de carga na saída do eixo do redutor. Por essa figura é possível entender também como o modelo flexível foi fixado ao conjunto.

Figura 5.7: Um ciclo de movimento prescrito pelo dispositivo atuador.

Na ponta do braço (em preto), é possível visualizar a rótula e a célula de carga (ambas em cinza). O ponto vermelho representa o topo da linha.

A trajetória em verde, também circular, ilustra o movimento associado prescrito ao topo da linha pelo conjunto motorredutor. Cumpre destacar que as trajetórias apresentam o mesmo raio (e, portanto, a mesma amplitude de movimento prescrito), com centros defasados de uma distância igual àquela entre o centro do rolamento e parte inferior da célula de carga (aproximadamente 0,12m).

A execução da matriz de ensaios seguiu uma ordem lógica pré-determinada, em fun- ção das mudanças não automáticas das amplitudes de movimento: para um dado ângulo de topo, fixava-se o conjunto resposnsável pelas amplitudes do movimentos prescrito em uma determinada posição e efetuavam-se, na sequência, seis experi- mentos seguidos (três frequências, dois sentidos).

Ainda sem modificar a amplitude dos movimentos impostos, os ângulos de topo eram alterados (quatro ângulos distintos), contabilizando um total de 24 experimentos. So- mente após essa sequência a fixação era reposicionada, dando início a uma nova série de experimentos.

Note-se que em (Aranha & Pinto, 2001), um dos trabalhos utilizados nos procedimen- tos numéricos deste trabalho, a formulação para a tração dinâmica foi feita sob a hipó- tese de movimentos harmônicos aplicados ao topo da linha, na direção tangente a ela. A escolha pela imposição do movimento circular ao topo do modelo é, portanto, ade- quada aos objetivos especificados e equivalente à proposição inicial daquele trabalho analítico.

Na Seção 5.5 será mostrada a forma como essa imposição de movimentos foi adap- tada para que as simulações realizadas via Anflex reproduzissem essa situação. A fim de proporcionar ao leitor uma visão geral da montagem do aparato utilizado nos ensaios, ilustre-se a Figura 5.8, fora de escala, pela qual é possível checar inclusive algumas das distâncias mais importantes no que tange às cotas verticais de cada equipamento.

A utilização do sistema de monitoramento óptico demanda a fixação de alvos refletivos sobre a estrutura em estudo. A Figura 5.9 ilustra um trecho do modelo, na qual é possível estimar a extensão de cada fita adesiva refletiva, bem como o espaçamento médio entre elas (aproximadamente 0,06m).

A Figura 5.10 apresenta duas visões globais do modelo na água. À esquerda, uma vista superior em perspectiva, à direita uma submersa.

Para efeito de documentação, são apresentadas as Figuras de 5.11 a 5.15, a fim de ilustrar o procedimento adotado e os resultados para as câmeras aquáticas e seus respectivos alvos refletivos.

A Figura 5.11 ilustra o cálibre sobre o qual apoiaram-se duas massas concentradas, a fim de promover a manutenção de sua posição durante a calibração. Note-se, à esquerda dessa figura, a posição relativa da âncora (composta por uma massa circular de 10kgf sobre a qual a extensão não utilizada do tubo de silicone foi enrolada e afixada solidariamente).

Figura 5.8: Esquema ilustrativo da estrutural utilizada nos ensaios físicos (vista frontal).

Figura 5.9: Trecho do modelo utilizado com fitas refletivas para rastreamento óptico.

Foram aventados diferentes posicionamentos das câmeras aquáticas até que uma configuração permitiu a determinação de um volume de calibração adequado.

A Figura 5.12 é composta de três fotografias, assim descritas, de cima para baixo: (i) estrutura física composta de barras de alumínio adequadamente afixadas para supor- tar as quatro câmeras aquáticas, utilizadas; (ii) posicionamento da estrutura descrita à ponte rolante do CH-TPN, de maneira que as câmeras estavam a poucos centímetros da superfície da água; (iii) configuração em que a estrutura, como mostrada na ilus- tração superior, estava apoiada diretamente sobre o solo do CH-TPN.

Figura 5.10: Exemplo de lançamento do modelo flexível na água.

Figura 5.11: Estrutura aquática utilizada para calibração das câmeras.

A configuração da estrutura de sustentação das câmeras utilizada foi praticamente a mesma visualizada na porção inferior da Figura 5.12, a menos de um complemento estrutural que conferia ao sistema uma altura mais adequada, de maneira que a parte inferior de cada câmera permanecia a cerca de 0,40m do solo.

A fim de auxiliar o processo de calibração, o sistema de monitoramento permitia a visualização da região delimitada pelo campo de visão de cada uma das câmeras em tempo real, conforme pode ser visto na Figura 5.13.

Como complemento e finalização da presente seção, seguem as Figuras 5.14 e 5.15 que ilustram, respectivamente, o volume de calibração determinado e os campos vi- suais das câmeras, durante um dos ensaios realizados.

A próxima seção apresentará os resultados dos ensaios de aferição do dispositivo atuador, responsável pela imposição dos movimentos ao topo da linha.

Figura 5.12: Estrutura de sustentação e posicionamento das câmeras aquáticas.

Figura 5.14: Visualização do volume de calibração durante parte de um ensaio.