Apesar do bom funcionamento em termos mecânicos da máquina, existiam algumas limitações e impossibilidades que precisavam de ser ultrapassadas.
3.3.1 Limitações da Célula de Carga
O facto da célula de carga doada estar confinada a uma capacidade de carga pequena (0,5 kN), isto é, apenas 5% da capacidade que a máquina dispõe, restringia em larga escala a possibilidade de realização de ensaios que necessitassem de maior força, como o de tração ou compressão de material metálico.
Uma outra desvantagem era a ligação da célula de carga à máquina. A ligação de origem implica uma codificação própria realizada na placa de circuito impresso do adaptador da ficha. Isto para que sejam possíveis funções de auto-reconhecimento; calibração automática e acesso às funções de leitura de força (entre elas a visualização do LCD na consola e o sinal de saída na porta ANALOG OUT, pino 1). Isto significa que, no futuro, caso se pretenda adicionar uma nova célula de carga detetável pelo sistema, é imprescindível que esta se encontre categorizada nas séries de células admissíveis. Séries que, recordamos, com o passar dos anos foram descontinuadas. 3.3.2 Limitações da monitorização e aquisição de dados
Embora existam aparelhos e alguns softwares próprios de tratamento ou gravação de dados, estes não se encontram disponíveis no mercado, uma vez que foram descontinuados (como por exemplo registadores gráficos). Pelo que, mesmo que a sua utilização fosse possível, seria inútil face ao grau de desatualização tecnológica em comparação com sistemas atuais. A sua inexistência requere, assim, que se recorra a soluções alternativas.
Capítulo 4
Alterações Tecnológicas Implementadas
Depois de finalizada a análise do estado inicial da máquina, concluiu-se que era necessário tomar algumas medidas de intervenção para atualização e aumento de potencialidades do sistema. As áreas que sofreram alterações foram as seguintes:
• Instrumentação: Substituição da célula de carga por uma de maior capacidade de carga; caraterização de um extensómetro para realização de ensaios de tração e instalação de com- ponentes para condicionamento de sinal, nomeadamente os amplificadores;
• Sistema de Comando: Desenvolvimento de uma interface de comando através do com- putador. Instalação de uma placa de aquisição de dados para leitura dos transdutores de interesse;
• Sistema de Visão: Integração de câmaras para complementação de informação dos ensaios; • Outros Componentes: Instalação de interfaces auxiliares para interligação de sistemas; Concluídas todas as alterações foi feita uma análise do equipamento final, com apresentação da disposição atual dos elementos na máquina de ensaios.
4.1
Instrumentação
De modo a obter um proveito máximo das capacidades de teste da máquina, foi necessário adquirir uma nova célula de carga de capacidade de carga superior e garantir a leitura do sinal de saída, não necessariamente pela interface própria da máquina (devido à codificação), mas pela nova placa de aquisição de dados.
Para além da célula de carga, para que seja possível a realização de ensaios uniaxiais foi necessária a aquisição de um extensómetro.
4.1.1 Célula de Carga
Após comparados alguns modelos de células de carga o que melhor respondeu à relação preço/qualidade foi a célula de carga para esforços de tração e compressão do modelo U2B da HBM, representada pela figura4.1, com as seguintes caraterísticas:
• Capacidade de Carga Nominal: 10 kN; • Classe de Precisão: 0.1;
• Sensibilidade Nominal: 2 mV/V; • Tensão de Excitação: 5 a 10 VDC; • Não Linearidade: 0,1%;
• Desvio de Zero: 0,5% da saída máxima nominal; • Carga Máxima: 150% da capacidade de carga nominal.
Figura 4.1: Célula de carga de 10 kN, modelo U2B da HBM [19].
Esta célula foi calibrada no ato de aquisição em conjunto com o amplificador, recebendo a acreditação DAkkS de acordo com a norma ISO 17025. Esta calibração prefaz uma contribuição importante na garantia da qualidade e confiança dos resultados obtidos na medição de força.
Esta célula de carga, para além de aproveitar na totalidade as propriedades de carregamento da máquina, é um modelo já equipado com seis fios, isto é, dois para a tensão de excitação, dois para a
4.1 Instrumentação 31
tensão de saída e dois para compensar a tensão de excitação, promovendo um melhor desempenho na leitura do sinal.
Uma alternativa mais barata seria adquirir uma célula de carga do tipo S, no entanto, para o tipo de ensaios a realizar, como existem esforços de flexão, a solução escolhida é mais robusta. 4.1.2 Extensómetro
O extensómetro do modelo 3542-025M-060-ST da Epsilon, disponível em stock e represen- tado na figura 4.2, é recomendado para ensaios de tração, compressão e cíclicos. Este tem as seguintes caraterísticas: • Gage Length: 25 mm; • Curso de Trabalho: -1,25 a +15 mm; • Classe de Precisão: 0.5; • Sensibilidade Nominal: 2 mV/V; • Tensão de Excitação: 5 a 10 VDC;
• Não Linearidade: <0,15% da gama de comprimento; • Massa: 30 g.
Figura 4.2: Extensómetro para gage length de 25 mm, modelo 3542-025M-060-ST Epsilon [20]. Para conhecer a relação direta entre o deslocamento medido, ∆L, e o desequilíbrio da ponte de wheatstone, ∆V, foi necessário proceder à caraterização do extensómetro. Para este processo recorreu-se à utilização de um paquímetro, com uma resolução de 10 µm, como explicado no anexo A.5. Depois de ajustar corretamente o ganho e o zero do amplificador obteve-se a reta caraterizada pela equação 4.1, em que y é o valor do deslocamento e V a tensão de saída do amplificador.
Caraterística do Extensómetro: y [mm] = 0.813 ·V + 6.875 (4.1) Em complemento com a posição do travessão, a medição do extensómetro tem duas vantagens, a velocidade de aquisição e a resolução. Isto porque a aquisição depende, unicamente, da placa e não da comunicação computador-máquina.
4.1.3 Amplificador de Sinal
Para implementar a nova célula de carga e o extensómetro foi necessário condicionar o sinal através de amplificadores externos, visto que os condicionadores de sinal da própria máquina apenas reconhecem os equipamentos das séries mencionadas anteriormente.
Os novos amplificadores permitem a leitura de sinal com ligação direta ao módulo de aquisi- ção.
Os amplificadores de sinal são do modelo RM4220 da HBM, representado pela figura4.3, e têm as seguintes caraterísticas:
• Classe de Precisão: 0.1;
• Tensão de Alimentação: 24 ±8 VDC; • Intervalo de Ganhos: 80 a 8500;
• Tensão de Excitação da Ponte: 5/10 VDC; • Tensão de Saída: 0 a 10V ou -10 a 10 V; • Corrente de Saída: 4 a 20 mA.
Figura 4.3: Amplificador de sinal para transdutores SG, modelo RM4220 da HBM [21].
Optou-se por este modelo pelo facto de ser do mesmo fabricante que a célula de carga e de possibilitar a montagem em calha DIN.
Na configuração dos sinais, tanto o sinal de saída da célula de carga como o do extensómetro é feito em tensão, entre -10 a 10 V, uma vez que os esforços/deslocamentos dos ensaios são de tração e compressão, com tensões de -10 a 0 V para compressão e de 0 a 10 V para tração.