Pratica 08_Medição da Pressão Interna

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
ESCOLA DE ENGENHARIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO DO EXPERIMENTO N° 8 (17/03/2022) 
PRÁTICA DA AVALIAÇÃO DA PRESSÃO INTERNA DE UMA LATA DE 
REFRIGERANTE 
 
 
 
 
Régis Henrique da Silva Souza 
00288794 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório desenvolvido durante disciplina de 
Medições mecânicas, ministrada pelo professor 
Herbert Martins Gomes. 
 
 
 
 
 
PORTO ALEGRE 
Março de 2022 
2 
 
 
 
RESUMO 
 
O presente relatório teve como embasamento o procedimento prático 8, exibida no 
dia 17 de março de 2022 e apresentada pelo professor Herbert Martins Gomes, ministrante da 
disciplina de Medições Mecânicas. O objetivo da aula prática foi demonstrar os cuidados na 
colagem de um strain gauge. Avaliar a pressão interna de uma lata de refrigerante pelo alívio 
da pressão e monitoramento das deformações. Conectar strain gauge com sistema de 
aquisição de dados. Revisar equações básicas de vasos de pressão de paredes finas. 
O procedimento experimental apresentou um valor não esperado comparado aos 
parâmetros informados pelo fabricante. 
3 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 4 
2 OBJETIVOS ......................................................................................................... 5 
3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS ...................................................................... 6 
4 PROCEDIMENTOS ............................................................................................. 7 
5 EQUACIONAMENTO DO EXPERIMENTO .................................................. 12 
6 RESULTADOS .................................................................................................. 14 
7 CONCLUSÕES .................................................................................................. 15 
8 BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 16 
 
4 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
O presente relatório foi realizado de acordo com o documento disponibilizado pelo 
professor Herbert Martins Gomes. O experimento prático foi gravado e disponibilizado aos 
alunos. 
Strain Gauges são os principais instrumentos de medição de deformações utilizados 
atualmente. Esses extensômetros são constituídos por uma grade de material que sofre alteração 
da resistência elétrica, sendo essa proporcional à sua deformação, possibilitando a medição 
dessa deformação em um ponto de um corpo de prova através da medição da alteração da 
resistência elétrica no extensômetro (figura 1) 
Figura 1 – Modelos de Strain Gauges Fornecidos pela Empresa Excel 
 
 
Fonte: Data Sheet do fornecedor. 
 
Utilizando a variação de potencial medida pelo strain gauge, juntamente com a teoria 
de vasos de pressão de paredes finas, foi possível realizar a medição da pressão interna de uma 
lata de refrigerante. 
5 
 
 
2 OBJETIVOS 
 
O relatório 8 tem como objetivo demonstrar os cuidados na colagem de um strain gauge. 
Avaliar a pressão interna de uma lata de refrigerante pelo alívio da pressão e monitoramento 
das deformações. Conectar o strain gauge com sistema de aquisição de dados. Revisar equações 
básicas de vasos de pressão de paredes finas. 
6 
 
 
3 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS 
 
Os seguintes materiais são utilizados nesta prática: 
 
− 1 Placa de aquisição externa USB2408-2AO da empresa Measurement Computing 
(24 bits e faixa de medição utilizada de ±0,15625V); 
− 1 lata de refrigerante de alumínio fechada; 
− 1 Kit de colagem para extensômetros elétricos da EXCEL Sensores. Contendo: 
ácido, base, álcool isopropílico, cola, produto de limpeza, strain gauges para 
alumínio modelo PA-13-125AA-120-LEN, com gauge fator de k=2,14, borrachas 
de silicone para pressionar na colagem dos extensômetros, silicone líquida para 
proteção externa da ligação final, terminais para conexão dos extensômetros com 
fios até a Ponte de Wheatstone, fita adesiva especial para colagem de strain 
gauges; 
− Lixas N°. 100, 500, e 2400 tiras de papéis para limpeza; 
− Estilete, tesoura régua de aço e lapiseira 0.5mm para marcação da orientação do 
strain gauge na lata; 
− 2 m de fios de pequeno diâmetro (0,5mm) para ligação dos strain gauges na Ponte 
de Wheatstone; 
− Pinças de ponta arredondada e ponta fina para manuseio dos strain gauges e 
soldagem das conexões elétricas; 
− Ferro de solda (30W) e fio de solda a base de estanho com resina ativada com fio 
de 1mm para conexões elétricas; 
− Multímetro modelo ICEL MD 5770A; 
− 1 Laptop para a aquisição dos dados; 
− 1 Software de aquisição de dados (TracerDAQ) compatível com a placa USB2408 
- 2AO. 
7 
 
 
4 PROCEDIMENTOS 
 
Colar os strain gauges na lata de refrigerante (figura 2). Escolha o local como no meio 
da altura e uma região de aproximadamente 5 cm². 
Figura 2 – Lata de Refrigerante Utilizada no Experimento 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
Inicie limpando a região com álcool isopropílico, depois lixe com a lixa N° 100, volte 
a limpar com álcool isopropílico. Diminua a granulometria da lixa para a N° 500 repetindo o 
processo até uma lixa mais fina (lixa d´água) (figura 3). Faça movimento aleatórios para que as 
ranhuras não sigam um padrão e aumente a aderência com o strain gauge. 
Figura 3 – Lixas Utilizadas no Experimento 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
A figura 4 mostra como a lata ficou após o processo de lixamento do corpo de prova, 
utilizando as lixas indicadas na figura 3. 
8 
 
 
Figura 4 – Lata Após o Processo de Lixamento 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
Limpe tudo novamente. Não deve restar resquícios da tinta da lata. Aplique o líquido 
ácido (vermelho) para limpar resquícios de graxas e tinta com uma pinça de ponta arredondada 
e pequenos pedaços de “perfex” ou papel absorvente. Não use algodão. Aplique o neutralizador 
líquido básico (verde) para neutralizar o ácido. Limpe novamente, voltando a aplicar Álcool 
isopropílico para rapidamente evaporar quaisquer resquícios de produtos restantes (figura 5). 
Figura 5 – Produtos Utilizados na Limpeza da Lata 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
 
 
 
Use uma régua para marcar o local de colagem (figura 6). Utilize a lapiseira 0.5mm 
para riscar no alumínio da lata. Não cruze as marcações no local final da colagem, pois deixará 
grafite que poderá afetar a qualidade da colagem final. 
9 
 
 
Figura 6 – Marcação do Local de Colagem do Strain Gauge 
 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
Busque o strain gauge na cartela, meça sua resistência para certificar-se que é de 
resistência adequada antes de colá-lo (figura 7). Não o manuseie com a mão, a gordura que se 
encontra naturalmente na mão pode contaminar a sua superfície, prejudicando a colagem. Caso 
necessário, limpe-o com o líquido de limpeza ou o álcool. Vire-o para cima e com a fita adesiva 
prenda-o e leve-o até a lata através da fita. 
Figura 7 – Verificação da Resistência 
 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
Alinhe as marcações do strain gauge com as feitas na lata. Desvire uma das pontas da 
fita. Aplique apenas uma gota de adesivo (Bonder – de precisão) e desvirando a fita adesiva, 
10 
 
 
colocando uma tira de teflon por cima, aplique pressão pelo tempo necessário de cura, como 
mostra a figura 8 (3-4 min.). 
Figura 8 – Aplicação da Película de Teflon 
 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
Após, proceda à colagem do terminal de soldagem dos fios com os mesmos cuidados 
de colagem do strain gauge. Faça as ligações do strain gauge com os terminais e com os fios 
de conexões, como indica a figura 9. 
Figura 9 – Ligação do Strain Gauge com os Terminais 
 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecidopelo professor. 
 
Verifique a resistência elétrica entre os terminais para certificar-se que é 120 . 
Também meça entre um dos terminais e o metal da lata para certificar-se que estão isolados (> 
11 
 
 
20M). Faça as conexões do strain gauge da lata com a Ponte de Wheatstone e entre os fios 
de alimentação, certifique-se que o valor de resistência é de 120 . E que entre um dos fios de 
alimentação e um dos fios de medição este valor é de 90 . Ligue a alimentação na alimentação 
da placa de aquisição em +5V e 0V (ground) e os dois de medição nas entradas diferenciais da 
Placa. É importante que a placa de aquisição seja configurada para trabalhar no modo 
diferencial (mais preciso) e não no modo “single ended”, devido às pequenas variações de 
voltagens que serão medidas. Ligue o software de aquisição e faça os ajustes necessários. Use 
uma taxa de aquisição de 50Hz suficiente para este experimento. Inicie a medição e abra a lata 
de refrigerante, aliviando a sua pressão interna (figura 10). 
Figura 10 – Abertura da Lata de Refrigerante Para Iniciar as Medições 
 
Fonte: Vídeo do experimento 8, fornecido pelo professor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
12 
 
5 EQUACIONAMENTO DO EXPERIMENTO 
 
Para analisar o experimento, utiliza-se as equações para vasos de pressão de paredes 
finas, pois a razão do raio da lata pelo seu diâmetro é menor que 10. A Figura 11 demonstra o 
princípio de tensões nos vasos de pressão de paredes finas. 
 
Figura 11 – Vaso com Pressão Interna, Extremidades Fechadas e Longas 
 
Fonte: Documento do experimento, fornecido pelo professor. 
 
Onde: 
 
𝜎𝑥 → 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙 
𝜎𝜃 → 𝑇𝑒𝑛𝑠ã𝑜 𝐶𝑖𝑟𝑐𝑢𝑛𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 
 
Na direção longitudinal do vaso, igualando as forças aplicadas na tampa da lata com a 
integral das tensões aplicada no anel composto pelas paredes da lata, chega-se à equação 1. 
 𝜋(𝐷)(𝑡)(𝜎𝑥) = 
𝜋(𝐷)2
4
𝑝 → 𝜎𝑥 = 
𝑟𝑝
2𝑡
 (1) 
 
Para a tensão circunferencial, têm-se a equação 2 abaixo. 
𝑟𝑝 
𝜎𝜃 = 
𝑡
 (2) 
 
Para as equações que representam a direção principal para as tensões, têm-se a 
deformação longitudinal (equação 3) e deformação circunferencial (equação 4). 
 
 𝜀𝑥 = 
𝑟𝑝
2𝑡𝐸
− 𝜈
𝑟𝑝
𝑡𝐸
 (3) 
 
 𝜀𝜃 = 
𝑟𝑝
𝑡𝐸
− 𝜈
𝑟𝑝
2𝑡𝐸
 (4)
 
13 
 
 
A equação 5 indica a pressão interna no corpo de prova. 
 𝑝 = 
𝜀𝜃𝑡𝐸
𝑟(1 −
𝜈
2)
 (5) 
No caso de uma Ponte de Wheatstone trabalhando com apenas 1 strain gauge ativo (o 
que estará colado na face externa da lata na direção circunferencial), a relação com a leitura 
vem dada pela equação 6: 
 
 
𝛥𝐸
𝑉
= 
𝑘
4
𝜀𝜃 (6) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
14 
 
𝜈 
6 RESULTADOS 
 
Os dados dimensionais para a realização do experimento estão na tabela 1. 
 
Tabela 1 – Dados Para a Realização do Experimento 
 
 
Com as equações apresentadas na seção anterior, chega-se aos valores dispostos na 
tabela 2. 
 
Tabela 2 – Valores da Leitura e da Deformação 
 
 
 
A equação 6 fornece o valor da deformação circunferencial medida: 
 
∆𝐸 𝑘 
𝑉 
= 
4 
𝜀𝜃 ∴ 𝜀𝜃 = 1,3383𝐸 − 3 
Com os valores apresentados nas tabelas 1 e 2, pode-se calcular a pressão interna na lata 
de refrigerante a partir da equação 5. 
𝑝 = 
 𝜀𝜃𝑡𝐸 
∴ 𝑝 = 3,114𝐸 + 4 [𝑘𝑃𝑎] 
𝑟 (1 − 2) 
15 
 
 
7 CONCLUSÕES 
 
Através da prática demonstrou-se o procedimento para avaliar as medições feitas por 
strain gauges a fim de verificar as deformações sofridas por uma lata de refrigerante e sua 
pressão interna. 
O procedimento experimental apresentou um valor, de pressão interna de 3,114E+04 
kPa e na literatura disponibilizada pelo professor, encontra-se valores distintos para os mesmos 
parâmetros aplicados no experimento. Essa diferença de leitura deve-se ao fato, principalmente, 
da temperatura e condições do ambiente no qual foi realizado o experimento. Outros fatores 
também devem ser levados em conta, tais como o procedimento de colagem do extensômetro e 
se o strain gauge estava dentro da conformidade. 
Para obter resultados mais precisos e conformes, recomenda-se a utilização de dois ou 
mais strain gauges, bem como realizar o processo de extensômetria mais precisamente possível, 
a fim de evitar essas diferenças encontradas nos valores desejados. 
. 
16 
 
 
 
 
8 BIBLIOGRAFIA 
 
Notas de aula de medições mecânicas, Prof. Herbert Martins Gomes.