Resultados da verificação das montagens do RSL

Neste item são apresentados os resultados dos testes de verificação das duas montagens do RSL 2. A primeira montagem refere-se à célula de carga de 20 kN, utilizada para testes ao ar com carregamento contínuo (determinação do valor de PFFS) e testes de carregamento em patamares progressivos assistido pelo meio (CPPAM), para corpos de prova com seção

transversal igual a 30 mm x 30 mm. A segunda montagem diz respeito à célula de carga de 1 kN, utilizada para testes de determinação do valor de PFFS e testes de CPPAM para corpos de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm. Em ambas as montagens, o mesmo

encoder incremental rotativo foi utilizado.

Ambos os testes de verificação foram efetuados ao ar, com carregamento e descarregamento do corpo de prova em patamares. Com relação à incerteza expandida (95,45 %) associada à força, ao ângulo e à tensão no corpo de prova para ambos os testes, a mesma foi apresentada graficamente na forma de barra de erros apenas para o carregamento, pois para o descarregamento observaram-se valores próximos de incerteza com a mesma tendência e, caso fossem plotados para o carregamento e o descarregamento, ocorreria sobreposição das barras de erro.

4.2.1. Resultados obtidos na verificação da célula de carga de 20 kN

A Figura 4.7 mostra o erro percentual da tensão no corpo de prova (Eq. 3.12), observado durante a verificação da célula de carga de 20 kN.

Figura 4.7: Valores de erro em porcentagem obtidos na verificação da tensão mecânica calculada instantaneamente pelo programa SURISEL com célula de carga de 20 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm

Observa-se na Fig. 4.7 que, em módulo, o maior valor de erro obtido foi igual a 0,48 % e a 0,52 % no carregamento e no descarregamento, respectivamente. Isto indica que a leitura da tensão instantânea, efetuada pelo programa SURISEL, tem um erro reduzido. Este fato é indicativo da excelente exatidão dos valores de tensão. A diferença observada no carregamento e no descarregamento pode ser explicada devido ao erro de histerese da medição de força pela própria célula de carga, além da histerese da cola utilizada para fixar os extensômetros. A cola pode ter sido deformada no carregamento, sem retornar ao seu estado inicial no descarregamento utilizando-se patamares de força com duração de 30 s cada.

A Figura 4.8 mostra os valores médios do erro associado à medição de força pela célula de carga de 20 kN. A tabela completa com os valores de média, desvio padrão (68,27 %) e incerteza expandida (95,45 %) da força medida pela célula de carga de 20 kN, encontra-se no Apêndice XI.

Figura 4.8: Valores de erro associados à força medida pela célula de carga de 20 kN obtidos no teste de verificação, com carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

Observa-se na Fig. 4.8 que os erros foram relativamente baixos, sendo menores do que 3 N, em módulo. Na condição mais crítica, o valor de erro próximo a 3 N foi obtido para um valor de força média medida igual a 4,5 kN, o que representa uma contribuição percentual

-0,011 -0,006 -0,001 0,004 0,009 0,014 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Er ro da f or ça (kN ) Força (kN) Célula de carga de 20 kN Carregamento Descarregamento

igual a 0,07 %. Isso indica que a exatidão dos valores de força medidos pela célula de carga de 20 kN é excelente. Por sua vez, o máximo valor de incerteza expandida obtido foi igual a 10 N para o patamar com força nominal igual a 9 kN, tanto no carregamento quanto no descarregamento, o qual representa um valor percentual igual a 0,11 % da força em questão. Este fato é indicativo da boa precisão dos valores de força medidos e condiz com o erro máximo indicado pelo fabricante da célula de carga, que é igual a 0,10 % do seu fundo de escala, ou seja, 20 N.

Na Figura 4.8 se observa ainda que o máximo valor de histerese da célula de carga de 20 kN na medição da força é de 4 N, valor este que pode ser considerado adequado. Por sua vez, a não linearidade observada foi de 1,89 N e de 1,81 N para o carregamento e o descarregamento do corpo de prova, respectivamente.

A Figura 4.9 mostra os valores de erro máximo observados durante o teste de verificação da célula de carga de 20 kN.

Figura 4.9: Valores de erro máximo obtidos, em porcentagem, com relação à força medida no teste de verificação da célula de carga de 20 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm

Percebe-se da Fig. 4.9 que o maior valor de erro máximo observado foi inferior a 0,005 %, para o patamar de força nominal igual a 0,45 kN, tanto no carregamento quanto no

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,0045 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Er ro má x im o (% ) Força (kN)

Erro máximo (%) da força para a célula de carga de 20 kN

descarregamento. O valor mais elevado do erro no patamar de força de início do teste pode ser explicado pelas folgas que ainda existiam entre o corpo de prova e o braço do equipamento. Ao recuar o atuador para aplicar a força no corpo de prova, essa folga diminuiu, apresentando melhor acomodação mecânica do corpo de prova no furo do braço.

A Figura 4.10 mostra os valores da média e da incerteza expandida (95,45 %) do ângulo medido pelo encoder incremental rotativo, no teste de verificação da célula de carga de 20 kN. A tabela completa com os valores de média, desvio padrão (67,28 %) e incerteza de medição expandida (95,45 %) do ângulo medido pelo encoder no teste de verificação da célula de carga de 20 kN encontra-se no Apêndice XI. Observa-se na Fig. 4.10 que a incerteza expandida associada à medição do ângulo do braço com o encoder foi constante e igual a 0,21°, o que representa aproximadamente 0,23 % do valor do ângulo, que variou menos de 3° ao longo do teste de verificação. A máxima histerese do encoder no teste de verificação da célula de carga de 20 kN foi igual a 0,18º, enquanto que o erro de não linearidade foi de 0,09° e 0,19° para o carregamento e o descarregamento, respectivamente.

Figura 4.10: Valores de ângulo medidos pelo encoder obtidos no teste de verificação da célula de carga de 20 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

A Figura 4.11 ilustra os valores da média e da incerteza expandida (95,45 %) da tensão calculada, no teste de verificação da célula de carga de 20 kN. A tabela completa com os

88,00 88,50 89,00 89,50 90,00 90,50 91,00 91,50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Âng ulo (º) Força (kN) Célula de carga de 20 kN Carregamento Descarregamento

valores de média, desvio padrão (67,28 %) e incerteza expandida (95,45 %) da tensão no corpo de prova, calculada no teste de verificação da célula de carga de 20 kN, encontra-se no Apêndice XI.

Figura 4.11: Valores de tensão obtidos no teste de verificação da célula de carga de 20 kN, com carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

O valor máximo de incerteza expandida associada à tensão no carregamento foi igual a 4,641 MPa para um valor médio de tensão igual a 803,661 MPa. No descarregamento, o valor máximo de incerteza expandida associada à tensão foi igual a 4,639 MPa para um valor médio de tensão igual a 803,507 MPa. Em ambos os casos a incerteza expandida representa um valor percentual igual a 0,58 %, indicando a excelente repetibilidade dos valores de tensão.

Com relação à contribuição máxima de incerteza, em porcentagem, no carregamento, a mesma foi obtida no patamar com tensão média igual a 39,726 MPa, o que representa uma contribuição igual a 0,69 %. No descarregamento, a contribuição máxima de incerteza, em porcentagem, foi obtida no patamar com tensão média igual a 39,507 MPa, o que também representa uma contribuição igual a 0,69 %. A máxima histerese da tensão calculada no teste de verificação da célula de carga de 20 kN foi igual a 0,444 MPa enquanto que o erro de não

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 T ensão mec ânica (MPa) Força (kN) Célula de carga de 20 kN Carregamento Descarregamento

linearidade foi de 1,14 MPa e 1,24 MPa para o carregamento e o descarregamento, respectivamente.

A Figura 4.12 exibe o gráfico de erro máximo da tensão, no teste de verificação da célula de carga de 20 kN.

Figura 4.12: Valores de erro máximo obtidos, em porcentagem, na verificação da tensão mecânica calculada instantaneamente pelo programa SURISEL com célula de carga de 20 kN, no teste de verificação de um corpo de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm

Infere-se da Fig. 4.12 que o maior valor de erro máximo relacionado à tensão, no corpo de prova para verificação da célula de carga de 20 kN, com teste de carregamento e descarregamento em patamares foi da ordem de 1,20 %. Este valor foi obtido no patamar inicial de carregamento do corpo de prova e pode ser explicado pelas folgas existentes entre o mesmo e o furo do braço do equipamento.

4.2.2. Resultados obtidos na verificação da célula de carga de 1 kN

A Figura 4.13 exibe os valores de erro da tensão, em porcentagem, decorrentes da verificação da célula de carga de 1 kN.

Figura 4.13: Valores de erro em porcentagem obtidos na verificação da tensão mecânica, calculada instantaneamente pelo programa SURISEL com célula de carga de 1 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm

Observa-se na Fig. 4.13 que, em módulo, o maior valor de erro obtido foi igual a 0,21 % e a 0,12 % no carregamento e no descarregamento, respectivamente. A diferença observada no carregamento e no descarregamento do corpo de prova pode ser novamente explicada devido à histerese da cola utilizada para fixar os extensômetros, além do erro de histerese inerente à medição de força pela célula de carga.

A Figura 4.14 exibe os valores da média e do erro associado à medição de força pela célula de carga de 1 kN. A tabela completa com os valores de média, desvio padrão (68,27 %) e incerteza expandida (95,45 %) da força medida pela célula de carga de 1 kN encontra-se no Apêndice XI.

Figura 4.14: Valores de erro associados à força medida pela célula de carga de 1 kN obtidos no teste de verificação, com carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

Observa-se na Fig. 4.14 que os erros associados à força medida pela célula de carga de 1 kN foram relativamente baixos, situados entre 0,002 N e 0,754 N, em módulo. O valor de erro igual a 0,754 N foi obtido para um valor de força média medida igual a 20,754 N, o que representa uma contribuição percentual igual a 3,63 %. Isso indica que a exatidão dos valores de força é excelente e condiz com a informação do fabricante, de que o erro máximo da célula de carga é igual a 0,10 % do seu fundo de escala, ou seja, 1 N. O máximo valor de incerteza expandida obtido foi igual a 0,352 N, para o patamar com força igual a 286 N, o que representa um valor percentual igual a 0,12 %. A máxima histerese da força medida no teste de verificação da célula de carga de 1 kN foi igual a 0,858 N, enquanto que o erro de não linearidade foi de 0,441 N e 0,428 N para o carregamento e o descarregamento, respectivamente.

A Figura 4.15 ilustra os valores de erro máximo observados durante o carregamento e o descarregamento em patamares com relação à força medida, no teste de verificação da célula de carga de 1 kN. -0,7 -0,5 -0,3 -0,1 0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Er ro da f or ça (N ) Força (N) Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento

Figura 4.15: Valores de erro máximo obtidos, em porcentagem, com relação à força medida no teste de verificação da célula de carga de 1 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm

Percebe-se da Fig. 4.15 que o maior valor observado de erro máximo, em porcentagem, com relação à força medida no teste de verificação da célula de carga de 1 kN foi igual a 0,04 %, para o patamar de força de 20 N, no descarregamento. Menores valores de força tenderam a apresentar maiores valores de erro, devido ao fato de que os efeitos de influências externas como vibração mecânica transmitida pelo solo tornam-se mais evidentes.

A Figura 4.16 mostra os valores da média e da incerteza expandida (95,45 %) do ângulo medido pelo encoder incremental rotativo, no teste de verificação da célula de carga de 1 kN. A tabela completa com os valores de média, desvio padrão (67,28 %) e incerteza expandida (95,45 %) do ângulo medido pelo encoder no teste de verificação da célula de carga de 1 kN encontra-se no Apêndice XI. Observou-se que a incerteza expandida associada à medição do ângulo do braço com o encoder foi constante e igual a 0,21°, o que representa aproximadamente 0,23 % do valor do ângulo, que variou menos de 3° ao longo do teste de verificação. A máxima histerese do encoder no teste de verificação da célula de carga de 1 kN foi igual a 0,72º enquanto que o erro de não linearidade foi de 0,20° e 0,82° para o carregamento e o descarregamento, respectivamente.

0,0000 0,0050 0,0100 0,0150 0,0200 0,0250 0,0300 0,0350 0,0400 0,0450 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 Er ro má x im o (% ) Força (N)

Erro máximo (%) da força para a célula de carga de 1 kN Descarregamento Carregamento

Figura 4.16: Valores de ângulo medidos pelo encoder obtidos no teste de verificação da célula de carga de 1 kN, com teste de carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

A Fig. 4.17 mostra os valores da média e da incerteza expandida (95,45 %) da tensão calculada, no teste de verificação da célula de carga de 1 kN. A tabela completa com os valores de média, desvio padrão (67,28 %) e incerteza expandida (95,45 %) da tensão no corpo de prova, calculada no teste de verificação da célula de carga de 1 kN encontra-se no Apêndice XI. A máxima histerese da tensão calculada no teste de verificação da célula de carga de 1 kN foi igual a 8,356 MPa enquanto que o erro de não linearidade foi de 5,045 MPa e 7,460 MPa para o carregamento e o descarregamento, respectivamente.

86,00 86,50 87,00 87,50 88,00 88,50 89,00 89,50 90,00 90,50 0 50 100 150 200 250 300 Âng ulo (º) Força (N) Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento

Figura 4.17: Valores de tensão obtidos no teste de verificação da célula de carga de 1 kN, com teste de carregamento e descarregamento do corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm, com barra de erros representando a incerteza expandida (95,45 %) para o carregamento

O valor máximo de incerteza expandida associada ao cálculo da tensão no carregamento foi igual a 5,005 MPa para um valor médio de tensão igual a 565,498 MPa, o que representa um valor percentual igual a 0,88 %. No descarregamento, o valor máximo de incerteza expandida associada à tensão foi igual a 5,013 MPa para um valor médio de tensão igual a 566,166 MPa, o que representa um valor percentual igual a 0,88 %. A máxima incerteza percentual no carregamento foi obtida no patamar com tensão média igual a 92,662 MPa, o que representa uma contribuição igual a 0,89 %. No descarregamento, a máxima incerteza, em porcentagem, foi obtida no patamar com tensão média igual a 40,552 MPa, o que representa uma contribuição igual a 0,90 %.

A Figura 4.18 exibe o gráfico de erro máximo da tensão, no teste de verificação da célula de carga de 1 kN. O erro máximo foi calculado segundo a Eq. (3.13).

0 100 200 300 400 500 600 0 50 100 150 200 250 300 T ensão mec ânica (MPa) Força (N) Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento

Figura 4.18: Valores de erro máximo, em porcentagem, obtidos na verificação da tensão mecânica calculada instantaneamente pelo programa SURISEL com célula de carga de 1 kN, no teste de verificação com carregamento e descarregamento de um corpo de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm

Infere-se da Fig. 4.18 que o maior valor de erro máximo, relacionado à tensão no corpo de prova para verificação da célula de carga de 1 kN, com teste de carregamento e descarregamento em patamares foi da ordem de 1,03 %, o que constitui um valor reduzido.

Em termos gerais, conclui-se que os testes de verificação das duas montagens do RSL 2, com célula de carga de 20 kN para corpos de prova com seção transversal igual a 30 mm x 30 mm e com célula de carga de 1 kN para corpos de prova com seção transversal igual a 10 mm x 10 mm produziram resultados aceitáveis, do ponto de vista de comparação da tensão quantificada por meio da colagem de extensômetros no corpo de prova, e a tensão calculada a partir das dimensões do corpo de prova, da força medida pela célula de carga e do ângulo de giro do braço, medido pelo encoder incremental. A exatidão dos valores de tensão, de força e de ângulo foi excelente, bem como a repetibilidade e a incerteza expandida associada.

Pode-se inferir que, por meio dos testes de verificação acima detalhados, o programa supervisório SURISEL do RSL 2, o programa CatmanEasy-AP® e o módulo de aquisição QUANTUM X são adequados para a instrumentação, controle, leitura e armazenamento de

dados dos testes com o material AISI 4140, nas condições especificadas. Pode-se igualmente concluir que os itens fabricados do RSL 2 (braço do equipamento, roletes, suporte do corpo de prova, estrutura do equipamento e da unidade de comando) atendem às especificações de projeto e são adequados para a realização de testes.

Os resultados resumidos para os parâmetros metrológicos dos testes de verificação das células de carga de 20 kN e 1 kN, encontram-se nas Tabs. 4.2 a 4.4.

Tabela 4.2: Parâmetros metrológicos do RSL 2 na medição da força pelas células de carga de 20 kN e de 1 kN, nos testes de verificação das montagens do RSL 2 com carregamento e descarregamento ao ar

Célula de carga de 20 kN Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento Carregamento Descarregamento Erro

(tendência) 2 N 3 N 0,691 N 0,754 N

Exatidão Excelente Excelente Excelente Excelente

U (95,45 %) 10 N 10 N 0,351 N 0,352 N Precisão (95,45 %) ± 4 N ± 1,6 N ± 0,752 N ± 0,726 N Erro máximo 0,0045 % 0,0045 % 0,040 % 0,015 % Histerese 4 N 0,858 N Erro de não linearidade 2 N 2 N 0,441 N 0,428 N

Tabela 4.3: Parâmetros metrológicos do ângulo medido nos testes de verificação das montagens do RSL 2, com carregamento e descarregamento, ao ar, para as células de carga de 20 kN e de 1 kN

Célula de carga de 20 kN Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento Carregamento Descarregamento

U (95,45 %) 0,21° 0,21° 0,21° 0,21° Precisão (95,45 %) ± 0,18° ± 0,18° ± 0,18° ± 0,18° Histerese 0,18° 0,72° Erro de não linearidade 0,09° 0,19° 0,20° 0,82°

Tabela 4.4: Parâmetros metrológicos da tensão mecânica calculada nos testes de verificação das montagens do RSL 2, com carregamento e descarregamento, ao ar, para as células de carga de 20 kN e de 1 kN

Célula de carga de 20 kN Célula de carga de 1 kN Carregamento Descarregamento Carregamento Descarregamento

Erro da tensão 0,48 % 0,52 % 0,21 % 0,12 %

Exatidão Excelente Excelente Excelente Excelente U (95,45 %) 4,641 MPa 4,639 MPa 5,005 MPa 5,013 MPa

Precisão

(95,45 %) ± 0,384 MPa ± 0,296 MPa ± 1,468 MPa ± 1,418 MPa

Erro máximo 1,20 % 0,90 % 0,90 % 1,03 %

Histerese 0,444 MPa 8,356 MPa

Erro de não

linearidade 1,140 MPa 1,240 MPa 5,045 MPa 7,461 MPa