Relatório Ensaio de Torção-Ferro rev00docx

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TÓPICOS INTEGRADORES II (ENGENHARIA CIVIL)
Faculdade 
UNINASSAU
1o Semestre de 2021
Trabalho:
Relatório de ensaio de torção – Ferro fundido cinzento.
	Grupo:
	
	
	Taise Maiara Azevedo Ribeiro
	01280468
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
			
ÍNDICE
OBJETIVOS	3
INTRODUÇÃO	3
EQUIPAMENTOS E MATERIAIS	4
Máquinas	4
Equipamentos	4
Material	5
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL	5
ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÃO	6
MEMÓRIA DE CÁLCULO	8
Cálculo do Deformação	11
Cálculo de limite de resistência na ruptura ao cisalhamento (Torção)	12
Cálculo de Módulo de elasticidade	12
CONCLUSÃO	12
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	13
 (
Ensaio de t
orção
, Material-
 
Ferro
 Fundido Cinzento
) (
10
)
1) OBJETIVOS
Conhecer as propriedades dos matérias se faz necessário, pois quando em uso estão expostas as solicitações. O estudo em questão terá por finalidade compreender na prática o ensaio de torção, determinando as tensões e deformações afim de analisar o limite de resistência ao cisalhamento, limite de escoamento e módulo de elasticidade, de um corpo de prova com seção transversal circular de ferro fundido, quando submetido a momentos de torção.
2) INTRODUÇÃO
Conhecer as propriedades mecânicas do ferro fundido se faz necessário, essas características são de extrema relevância na elaboração de projetos de componentes fundido. Os ferros fundidos cinzentos aparecem como partículas isoladas e são muito utilizados em tambores, discos de freio, cabeçotes de motor e tubulações, se destaca por sua elevada resistência a corrosão em altas temperaturas (GUESSER, 2009).
A determinação das características mecânica de um material metálico, é feita na maioria das vezes por ensaios destrutivos (ruptura ou inutilização do material), para realizar esses ensaios deve-se utilizar máquinas com maior precisão (SOUZA, 1982). “A resistência de um material depende da sua capacidade de suportar uma carga sem deformação excessiva ou falha” (HIBBELER, 2018). Através de Métodos experimentais é possível indicar as propriedades do material analisado, o ensaio de torção possibilita determinar a tensão cisalhante e a deformação que ocorrem em um eixo quando exposto a cargas de torção, sendo estes efeitos uma preocupação primária, que deve ser analisada em projetos de eixo de transmissão (veículos e máquinas) de acordo Hibbeler (2018).
No decorrer do ensaio de torção compõe-se um relatório com os dados importante fornecido pela máquina, é feita uma análise relatório bem como o gráfico de tensão cisalhante e deformação o qual pode-se obter as fases elástica e plástica, bem como módulo de elasticidade entre outros, informações de grande relevância ao observar as propriedades dos materiais (AZEVEDO et al., 2016).
Em um estudo de metodologia ativas de ensino de engenharia cita-se o provérbio Chinês que diz do filósofo Confúcio “O que eu faço, eu compreendo; o que eu vejo, eu lembro; O que eu ouço, eu esqueço;” (BARBOSA; MOURA, 2014). O objetivo principal da realização desse trabalho é possibilitar ao discente a compreensão prática do ensaio de torção bem como elaborar relatório possibilitando algumas análises.
3) EQUIPAMENTOS E MATERIAIS
3.1) ENSAIOS DE TORÇÃO
A) Máquinas
O ensaio de tração foi realizado com a uma Máquina para ensaio de torção fabricada ALGETEC, modelo AG-ETC02 (Figura 01), equipamento desenvolvido com finalidade didática e educacional que consiste em um mecanismo de carga (Redutor de relação 1:60, bocal para corpo de prova e volante) e um sistema (Célula de carga em um carro deslizante conectada a um sistema de aquisição de dados) (DIAS, 2020). 
 Figura 1 - Máquina para ensaio de torção AG-ETC02; 01(Estrutura de alumínio); 02 (Redutor 1:60); 03 (Volante); 04 (Bocal para corpo de prova); 05 (Célula de carga em carro deslizante); 06 (Encoder); 07 (Sistema de aquisição de dados); 08 (Corpo de prova).
Fonte: (DIAS, 2020)
B) Equipamentos
· Paquímetro Universal metálico de 150mm- 6”, fabricado mtx, com precisão de 0,02mm (Figura 02);
· Caneta esferográfica preta.
Figura 2 – Paquímetro Universal
Fonte: Arquivo próprio
C) Material
· Corpo de Prova maciço de Ferro fundido cinzento conforme Figura 03.
 
Figura 3 – Corpo de prova material- Ferro fundido cinzento.
Fonte: Arquivo próprio
4) PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
No dia 15 de maio de 2021 realizou-se um ensaio de torção conduzido pelo docente da disciplina Tópicos Integradores II.
O Lecionador fez duas marcações com o uso de uma caneta esferográfica preta no corpo de prova, sendo que com o uso do paquímetro foi medido pelos graduandos o comprimento inicial (L) e diâmetro do corpo de prova. Com o cabo da máquina já conectado na tomada (220v), deslizou o carro com célula de carga (Figura 01- 5) e foi inserido cuidadosamente o corpo de prova de ferro fundido cinzento no bocal (Figura 01- 4) , posterior deslizou carro até fixar o corpo de prova na célula de carga ( Figura 04), na sequencia aplicou-se o torque girando o volante (Figura 05) em rotação constante no sentido horário. Os dados de rotação e momento torsor foram sendo fornecidos pelo sistema de dados simultaneamente a aplicação do torque.
 
Figura 4 – Corpo de prova fixado
Fonte: Arquivo próprio
Figura 5 – Aplicação de torque (Giro sentido horário)
Fonte: Arquivo próprio
5) ANÁLISE DOS RESULTADOS E DISCUSSÃO
O ensaio de torção foi executado conforme orientações do manual técnico da máquina AG-ETC02. Com o uso do paquímetro obteve-se características do corpo de prova, comprimento inicial de 76mm e diâmetro 6mm (Figura 06).
Figura 6 – Dimensões do corpo de prova
Fonte: Arquivo próprio
À medida que girava o volante o corpo de prova sofria um torque e o sistema de dados fornecia a rotação e momento torsor. Com base nesses dados gerou-se o diagrama de tensão cisalhante -deformação (Figura 7). Pode-se observar a através da curva na Figura 7 que o material tem um comportamento dúctil. O seu limite de resistência ao cisalhamento é 408,56MPa e a ruptura (Figura 8) ocorreu em 14,52MPa. Já o regime elástico pode ser definido nos 4 primeiros pontos obtido por média dos mesmo conforme tabela 01 resultando em 43,92GPa. 
De acordo Beer et al. (2011) no apêndice B. Propriedades típicas de materiais mais usados na engenharia o ferro fundido cinzento tem sua tensão limite ao cisalhamento de 240MPa e módulo de elasticidade igual a 69GPa, valores esse apresenta uma diferença dos valores obtidos durante o experimento, que podem ser justificados pelo fato da máquina utilizada ter finalidade educacional inferindo assim uma menor precisão. 
Quando se necessita de um material em que a deformação deve-se manter baixa no regime plástico, um fator muito importante é o módulo de elasticidade o qual deverá ser suficientemente alto a fim de atender a demanda das tensões solicitantes (SOUZA, 1982). 
Para obter o limite de escoamento adotou-se as recomendações do Hibbeler (2018), admitindo 0,1% (0,001) para a deformação residual, traçando uma reta paralela ao ponto inicial do diagrama de tensão-deformação, onde pode ser observado na Figura 8 a intercepção na curva determinando um limite de escoamento de 232MPa. É importante destacar que por se tratar em uma tensão que causa deformação especifica fixa no material o limite de escoamento não é uma propriedade física do material (HIBBELER, 2018).
Figura 7– Diagrama Tensão cisalhante- deformação do ferro fundido cinzento
Fonte: Arquivo próprio
Figura 8– Ruptura do corpo de prova-ferro fundido cinzento
Fonte: Arquivo próprio
Tabela 1 – Ensaio de torção- Região elástica.
	Ponto
	Deformação 
	Tensão Mpa
	0
	0
	0
	1
	0,0010
	88,4445
	2
	0,0036
	165,0083
	3
	0,0063
	227,7115
	Média
	0,0027
	120,2911
	Módulo de elasticidades GPa
	43,92494
Figura 8– Diagrama Tensão cisalhante- deformação do ferro fundido cinzento
Fonte: Arquivo próprio
6) MEMÓRIA DE CÁLCULO
Cálculos realizados 
Em que: = Deformação
 = tensão cisalhante
E = módulo de elasticidade
Tabela 1 – Ensaio de torção- Região elástica.
Tabela 2 – Ensaio de torção- Ferro fundido cinzento
	Tempo 
	Momento [Nm] 
	Momento [Nmm)
	
	Rotação[º] 
	Rotação [Rad] 
	Deformação 
	Tensão Mpa
	 
	0,000
	0,000
	
	0,000
	0,0000
	0,000
	0,000
	09:38:44
	3,751
	3751,062
	
	1,500
	0,0262
	0,001
	88,444
	09:38:45
	6,998
	6998,25
	
	5,200
	0,0908
	0,004
	165,008
	09:38:46
	9,658
	9657,585
	
	9,200
	0,1606
	0,006
	227,711
	09:38:47
	9,938
	9937,515
	
	16,300
	0,2845
	0,011
	234,312
	09:38:48
	10,301
	10301,42
	
	20,600
	0,3595
	0,014
	242,892
	09:38:49
	10,637
	10637,34
	
	26,800
	0,4677
	0,018
	250,813
	09:38:50
	10,889
	10889,28
	
	33,200
	0,5794
	0,023
	256,753
	09:38:51
	11,169
	11169,21
	
	39,800
	0,6946
	0,027
	263,353
	09:38:52
	11,393
	11393,15
	
	46,200
	0,8063
	0,032
	268,634
	09:38:53
	11,589
	11589,1
	
	53,100
	0,9268
	0,037
	273,254
	09:38:54
	11,841
	11841,04
	
	59,800
	1,0437
	0,041
	279,194
	09:38:55
	12,065
	12064,98
	
	67,800
	1,1833
	0,047
	284,474
	09:38:56
	12,205
	12204,95
	
	75,600
	1,3195
	0,052
	287,774
	09:38:57
	12,373
	12372,91
	
	81,200
	1,4172
	0,056
	291,735
	09:38:58
	12,513
	12512,87
	
	88,400
	1,5429
	0,061
	295,035
	09:38:59
	12,709
	12708,82
	
	94,000
	1,6406
	0,065
	299,655
	09:39:00
	12,793
	12792,8
	
	101,900
	1,7785
	0,070
	301,635
	09:39:01
	12,989
	12988,75
	
	108,000
	1,8850
	0,074
	306,255
	09:39:02
	12,961
	12960,76
	
	115,700
	2,0193
	0,080
	305,595
	09:39:03
	13,157
	13156,71
	
	119,400
	2,0839
	0,082
	310,216
	09:39:04
	13,381
	13380,65
	
	127,800
	2,2305
	0,088
	315,496
	09:39:05
	13,549
	13548,61
	
	135,600
	2,3667
	0,093
	319,456
	09:39:06
	13,689
	13688,58
	
	142,700
	2,4906
	0,098
	322,756
	09:39:07
	13,801
	13800,55
	
	151,000
	2,6354
	0,104
	325,396
	09:39:08
	13,941
	13940,51
	
	159,300
	2,7803
	0,110
	328,697
	09:39:09
	14,052
	14052,49
	
	167,900
	2,9304
	0,116
	331,337
	09:39:10
	14,220
	14220,44
	
	175,900
	3,0700
	0,121
	335,297
	09:39:11
	14,304
	14304,42
	
	183,200
	3,1974
	0,126
	337,277
	09:39:12
	14,360
	14360,41
	
	190,500
	3,3249
	0,131
	338,597
	09:39:13
	14,444
	14444,39
	
	197,700
	3,4505
	0,136
	340,577
	09:39:14
	14,528
	14528,37
	
	205,900
	3,5936
	0,142
	342,557
	09:39:15
	14,500
	14500,37
	
	213,700
	3,7298
	0,147
	341,897
	09:39:16
	14,612
	14612,35
	
	219,400
	3,8293
	0,151
	344,537
	09:39:17
	14,696
	14696,33
	
	227,100
	3,9636
	0,156
	346,517
	09:39:18
	14,696
	14696,33
	
	234,300
	4,0893
	0,161
	346,517
	09:39:19
	14,836
	14836,29
	
	240,200
	4,1923
	0,165
	349,818
	09:39:20
	14,920
	14920,27
	
	246,900
	4,3092
	0,170
	351,798
	09:39:21
	14,948
	14948,26
	
	253,800
	4,4296
	0,175
	352,458
	09:39:22
	15,060
	15060,23
	
	260,000
	4,5379
	0,179
	355,098
	09:39:23
	15,172
	15172,21
	
	267,100
	4,6618
	0,184
	357,738
	09:39:24
	15,200
	15200,2
	
	273,900
	4,7805
	0,189
	358,398
	09:39:25
	15,200
	15200,2
	
	279,600
	4,8799
	0,193
	358,398
	09:39:26
	15,312
	15312,17
	
	286,000
	4,9916
	0,197
	361,038
	09:39:27
	15,284
	15284,18
	
	291,800
	5,0929
	0,201
	360,378
	09:39:28
	15,480
	15480,13
	
	296,800
	5,1801
	0,204
	364,998
	09:39:29
	15,396
	15396,15
	
	303,400
	5,2953
	0,209
	363,018
	09:39:30
	15,564
	15564,11
	
	308,400
	5,3826
	0,212
	366,978
	09:39:31
	15,564
	15564,11
	
	314,700
	5,4926
	0,217
	366,978
	09:39:32
	15,648
	15648,09
	
	321,400
	5,6095
	0,221
	368,959
	09:39:33
	15,676
	15676,08
	
	327,700
	5,7194
	0,226
	369,619
	09:39:34
	15,816
	15816,05
	
	333,700
	5,8242
	0,230
	372,919
	09:39:35
	15,872
	15872,03
	
	340,400
	5,9411
	0,235
	374,239
	09:39:36
	15,900
	15900,02
	
	347,200
	6,0598
	0,239
	374,899
	09:39:37
	15,844
	15844,04
	
	353,500
	6,1697
	0,244
	373,579
	09:39:38
	16,068
	16067,98
	
	358,900
	6,2640
	0,247
	378,859
	09:39:39
	16,096
	16095,98
	
	366,300
	6,3931
	0,252
	379,519
	09:39:40
	16,180
	16179,95
	
	373,500
	6,5188
	0,257
	381,499
	09:39:41
	16,152
	16151,96
	
	381,000
	6,6497
	0,262
	380,839
	09:39:42
	16,124
	16123,97
	
	387,700
	6,7666
	0,267
	380,179
	09:39:43
	16,068
	16067,98
	
	394,200
	6,8801
	0,272
	378,859
	09:39:44
	16,376
	16375,91
	
	399,200
	6,9674
	0,275
	386,119
	09:39:45
	16,376
	16375,91
	
	405,500
	7,0773
	0,279
	386,119
	09:39:46
	16,320
	16319,92
	
	411,500
	7,1820
	0,284
	384,799
	09:39:47
	16,404
	16403,9
	
	417,700
	7,2902
	0,288
	386,779
	09:39:48
	16,432
	16431,89
	
	424,100
	7,4019
	0,292
	387,440
	09:39:49
	16,460
	16459,88
	
	430,400
	7,5119
	0,297
	388,100
	09:39:50
	16,516
	16515,87
	
	437,000
	7,6271
	0,301
	389,420
	09:39:51
	16,600
	16599,85
	
	443,400
	7,7388
	0,305
	391,400
	09:39:52
	16,740
	16739,81
	
	448,900
	7,8348
	0,309
	394,700
	09:39:53
	16,936
	16935,77
	
	454,200
	7,9273
	0,313
	399,320
	09:39:54
	16,992
	16991,75
	
	460,300
	8,0338
	0,317
	400,640
	09:39:55
	17,020
	17019,74
	
	466,500
	8,1420
	0,321
	401,300
	09:39:56
	17,048
	17047,74
	
	472,900
	8,2537
	0,326
	401,960
	09:39:57
	17,020
	17019,74
	
	478,800
	8,3566
	0,330
	401,300
	09:39:58
	17,020
	17019,74
	
	485,300
	8,4701
	0,334
	401,300
	09:39:59
	17,048
	17047,74
	
	491,500
	8,5783
	0,339
	401,960
	09:40:00
	17,048
	17047,74
	
	498,400
	8,6987
	0,343
	401,960
	09:40:01
	17,048
	17047,74
	
	504,600
	8,8069
	0,348
	401,960
	09:40:02
	17,104
	17103,72
	
	510,600
	8,9117
	0,352
	403,280
	09:40:03
	17,132
	17131,72
	
	516,900
	9,0216
	0,356
	403,940
	09:40:04
	17,104
	17103,72
	
	523,200
	9,1316
	0,360
	403,280
	09:40:05
	17,216
	17215,7
	
	529,200
	9,2363
	0,365
	405,920
	09:40:06
	17,300
	17299,67
	
	535,900
	9,3532
	0,369
	407,901
	09:40:07
	17,328
	17327,67
	
	542,100
	9,4614
	0,373
	408,561
	09:40:08
	17,048
	17047,74
	
	548,700
	9,5766
	0,378
	401,960
	09:40:09
	17,272
	17271,68
	
	553,600
	9,6621
	0,381
	407,241
	09:40:10
	17,328
	17327,67
	
	558,600
	9,7494
	0,385
	408,561
	09:40:11
	14,696
	14696,33
	
	565,100
	9,8629
	0,389
	346,517
	09:40:12
	3,695
	3695,076
	
	572,700
	9,9955
	0,395
	87,124
	09:40:13
	1,484
	1483,629
	
	577,500
	10,0793
	0,398
	34,982
	09:40:14
	0,700
	699,825
	
	580,800
	10,1369
	0,400
	16,501
	09:40:15
	0,644
	643,839
	
	585,800
	10,2241
	0,404
	15,181
	09:40:16
	0,644
	643,839
	
	587,400
	10,2521
	0,405
	15,181
	09:40:17
	0,644
	643,839
	
	588,900
	10,2782
	0,406
	15,181
A) Cálculo da deformação 
A deformação na resistência com os dados obtidos pelo sistema de dado utiliza-se o ângulo de rotação o qual foi convertido para radianos (Tabela 2) e aplica-se a equação abaixo para obter a deformação demostrado a seguir o ponto de maior limite ao cisalhamento
Em que:	 = deformação
 = Ângulo de rotação 
L = comprimento útil do corpo de prova
D= Diâmetro do corpo de prova
B) Cálculo da resistência na ruptura ao cisalhamento (Torção)
O limite de resistência máxima ao cisalhamento pode ser obtido pela equação abaixo. Sendo que os dados fornecidos do momento torsor pelo sistema foi dado em NM e para base de cálculo foi feita a conversão NMM (Tabela 2).
Em que: = tensão cisalhante
Mt = Momento torsor
 D= Diâmetro do corpo de prova
=408,561MPa
C) Cálculo do módulo de elasticidade
O módulo de elasticidade é medido pela razão entre a tensão e a deformação, dentro do limite elástico, em que a deformação é totalmente reversível e proporcional à tensão. Calculo foi executado conforme média da tabela 1.
Em que: E = módulo de elasticidade
 = tensão cisalhante
 = deformação 
Para os cálculos, foi utilizado a média dos pontos 1 e 2. 
7) CONCLUSÃO
É possível inferir que o principal objetivo do estudo foi atingido com êxito. A didática utilizada na realização do ensaio foi clara, refletindo em um melhor aproveitamento. Com os dados obtidos durante o ensaio e na elaboração do relatório instigou o grupo de estudo a quantificar, bem como obter as propriedades mecânica do ferro fundido cinzento, comprovando a sua ductilidade de acordo com os diagramas gerado, o material de estudo apresentou um alto módulo de elasticidades equivalente a 43,92GPa um pouco inferior dados disponibilizado por Beer et al. (2011) no apêndice B. Propriedades típicas de materiais mais usados na engenharia o ferro fundido cinzento onde o módulo de elasticidade é igual a 69GPa, por isso deve-se repetir os ensaios sempre que for necessário obteruma maior precisão. Cabe destacar que práticas como essa deveria ser inserida no cotidiano da sala de aula, sendo comprovado uma melhor absorção de conhecimento.
8) REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AZEVEDO, Cyro Martins Passos de et al. ENSAIO MECÂNICO DE TENSÃO-DEFORMAÇÃO SOB TRAÇÃO: um estudo integrado com a disciplina de cálculo. Exatas & Engenharias, [S.L.], v. 6, n. 15, p. 1-7, 31 ago. 2016. Institutos Superiores de Ensino do Censa. http://dx.doi.org/10.25242/885x61520161030. Disponível em: https://ojs3.perspectivasonline.com.br/exatas_e_engenharia/article/download/1030/800. Acesso em: 13 maio 2021.
BARBOSA, Eduardo Fernandes; MOURA, Dácio Guimarães de. METODOLOGIAS ATIVAS DE APRENDIZAGEM NO ENSINO DE ENGENHARIA. In: INTERNATIONAL 
BEER, Ferdinand P. et al. Mecânica dos materiais. 5. ed. Porto Alegre: Amgh Editora Ltda, 2011. 800 p
DIAS, Vinicius do Rego. Manual de Experimentos Máquina para Ensaio de Torção. Salvador: Algetec, 2020. 32 p.
GUESSER, Wilson Luiz. Propriedades mecânicas dos ferros fundidos. São Paulo: Blucher, 2009. 335 p. Disponível em: https://books.google.com/books?hl=pt-BR&lr=&id=2wK5DwAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA1&dq=ferro+fundido+cinzento+propriedades+mec%C3%A2nicas+tubula%C3%A7%C3%B5es&ots=hS0kCwGrtE&sig=1H3BZrfucM28HTISq8ATSY2-wXI. Acesso em: 23 maio 2021.
SOUZA, Sérgio Augusto de. Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos: Fundamentos Teóricos e Práticos. 5. ed. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1982. 304 p.
HIBBELER, Russell Charles. Resistência dos Materiais. 10. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2018. 755 p.
 (
Caracterização
 
de
 
Materiais
 
Poliméricos
) (
15
)
 (
Caracterização
 
de
 
Materiais
 
Poliméricos
) (
16
)
76MM6MM
088,44445321165,0083082227,7114653234,3117977242,89222970510152025303540455055606570758085909510010511011512012513013514014515015516016517017518018519019520020521021522022523023524024525025526000,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,010,0110,0120,0130,0140,015Tensão de Cisalhamento (MPa)Deformação mm/mm232,00