APS - MAQUINA DE ENSAIO DE FADIGA FLEXÃO ROTATIVA

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UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA
ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA - 
ENSAIO DE FADIGA ROTATIVA
Relatório apresentado sobre a atividade pratica supervisionada de Engenharia Básica
São Paulo
2021
ENGENHARIA CICLO BÁSICO
APS – ATIVIDADE PRÁTICA SUPERVISIONADA
RELATÓRIO TÉCNICO – ENSAIO DE FADIGA ROTATIVA
 
 
	NOME
	RA
	TURMA
	1. ARAMIS BARROS DO CARMO  
	N272EC-3
	EA6P39
	2. GUSTAVO ALVES DOS SANTOS
	T99046-7
	EA6P39
	3. GABRIEL SILVA PINTO
	T97776-2
	EA6P39
	4. IGOR MEDRADO BRAGA
	N3631D-1
	EA6P39
	5. HENRIQUE FERNANDES SILVA
	N317BH-6
	EA6P39
	6. THIAGO MORAES DE CASTRO
	N263JG-3
	EA7P39
	7. JOÃO VITOR SENA
	N272AD-2
	EA7P39
	8. LUCAS LOPES PLASICOV
	D67604-0
	EA7P39
SUMÁRIO
Objetivo										1
Fundamentação Teórica								2
Ensaios Mecânicos									6
Materiais e Métodos								9
Esquemas Elétricos e Eletrônicos						11
Desenhos e Detalhamento do projeto						13
Memorial Descritivo e de Cálculos						19
Custos de Fabricação								20
Conclusão										21
Bibliografia										22
1	OBJETIVO
Nos dias atuais com a indústria 4.0 em nossa realidade é solicitado cada vez mais o melhor desempenho de máquinas pois uma falha pode levar uma vida ou trazer danos econômicos a uma empresa.
Devido a estes motivos é de suma importância a realização de ensaios para prevenção de falhas em componentes mecânicos e satisfação dos clientes.
Para analisar a fadiga podemos realizar os ensaios de torção, tração, compressão, flexão e flexão rotativa sendo o último citado objeto de estudo deste trabalho compreendendo:
· Fundamentação teórica, abrangendo uma explicação do assunto em pesquisa;
· Materiais e métodos para realização do ensaio
· Projeto da máquina de ensaio, cálculos e custos
· Conclusão teórica
2 	FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
De acordo com Suresh(1998), uma das primeiras menções à fadiga é do engenheiro alemão W. A. J. ALVERT com testes em uma mina de carvão com guindastes
A fadiga é um dano estrutural ocasionado pela repetição de movimentos sob carga e descarga podendo levar a fratura o material
 	Ruptura de peças sob uma carga abaixo da suportada pelo material devido a solicitações cíclicas
GUTIERREZ DE LIMA, Alex et al(2010), afirmam que uma falha por fadiga tem seu início em uma trinca  microscópica e em sua vida útil vai se propagando e chamamos de regiões de fraturas que se propagam em forma de marca de praia pelo material  a cada solicitação cíclica.
Na figura abaixo vemos um aspecto intrínseco à ruptura por fadiga, do início ao final da trinca:
Fonte: DA ROSA (2002)
 
Michél (1998), classifica as as fraturas por características como frágil e dúctil. 
A fratura frágil ocorre de maneira mais agressiva pois tratam de materiais amorfos que tem uma zona plástica muito pequena. Abaixo podemos ver uma fratura de um material frágil.
 
Fonte: CALLISTER (2016)
	As fraturas dúcteis acontecem com materiais com uma maior deformação plástica como alumínio, ouro e cobre. Devido ao maior limite plástico o material ao sofrer esforço irá se esticar e aos poucos propagar a trinca até seu limite de ruptura, por fim a fratura de um material dúctil terá um ângulo de 45º como mostra a figura abaixo.
Fonte: CALLISTER (2016)
 
De modo geral a tensão máxima aplicada, amplitude de tensão cíclica e número de ciclos são fatores da fadiga. Também temos outros fatores como a superfície e concentrações de tensões.
 
	GUTIERREZ DE LIMA, Alex et al(2010), afirmam que curva a seguir por nome curva (SN), conhecida também como curva de Wohler indica o comportamento  de cada material ao ser submetido a esforços cíclicos, desta forma quanto maior o número de ciclos suportado maior será sua resistência à fadiga.  
Fonte: Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos
Abaixo vemos a curva de wohler demonstrando áreas de solicitação do material
Fonte: CDMUNICAS (2016)
Para exemplificar temos abaixo o diagrama (S-N) demonstrando o comportamento dos materiais ao sofrer flexão rotativa  
 
Fonte: GARCIA (2012)
 
Fonte: Ensaios Mecânicos de Materiais Metálicos
· Momento de Flexão (Mb)
                 Mb=P.12	P= carga
· Tensão de Flexão ( Sb)
		Sb=MbW	W = módulo de Resistência  
· Para seções circulares
W=.d³32
Sb=Mb.32.d³=P.1.322..d³
2.1	ENSAIOS MECÂNICOS
Os ensaios mecânicos são métodos padronizados e estabelecidos por normas técnicas, onde são utilizados para determinar falhas ou propriedades mecânicas do material a ser analisado. Um material ensaiado submeterá as simulações que estimulem seu esforço, aproximando-se das condições reais de desempenho. O ensaio mecânico é um método amplamente requisitado, devido ao seu custo-benefício, capacitando ao alto desempenho com baixo valor e segurança. Visando a qualidade, segurança e durabilidade de uma linha de produção, utilizando de um corpo de prova padronizado para representação do todo.
De modo geral, há dois tipos de ensaios, sendo eles os destrutivos e não destrutivos.
Ensaios não destrutivos
Ensaios não destrutivos (END) são aqueles que, ao decorrer dos testes, não alteram de forma permanente as propriedades físicas, químicas, mecânicas ou dimensionais do material ensaiado. Visando a integridade da amostra, os testes se baseiam em aplicações de fenômenos físicos como ondas eletromagnéticas, acústica, elasticidade, etc., sendo os mais comuns os ensaios por ultrassom, radiografia, partículas magnéticas e correntes parasitas (correntes de Foucault).
Ensaios destrutivos
Ensaios destrutivos (ED) são testes que deixam sinais aparentes no material, mesmo que não os torne inutilizável. Utiliza-se de uma amostra com padrões pré-estabelecidos para definir se suas propriedades estão de acordo com as requisitadas. Mesmo que o ideal seja testar todas as peças, para visar questões técnicas e econômicas, é utilizado uma amostra como representação.
Dentre os tipos de ensaios destrutivos, são comumente utilizados os ensaios de:
· Tração: onde é mensurado a deformação de alongamento, relacionando tensão e deformação;
Fonte: (Biopdi, 2010. Ensaio de tração)
· Compressão: comprime a amostra, normalmente utilizado em materiais frágeis;
Fonte: (Biopdi, 2010. Ensaio de compressão para (a) material dúctil e (b) material frágil)
· Dobramento e flexão: avalia a maleabilidade do material, sendo que a deformação elástica indica a flexão e a plástica, o dobramento;
Fonte: (Biopdi, 2010. Esquema de dobramento guiado e ângulo de dobramento)
· Dureza: há diversos tipos de ensaios de dureza, mas sua aplicação consiste em verificar a resistência do material contra corte, choques mecânicos e deformações plásticas.
Ensaio de fadiga por flexão rotativa
Ainda sobre ensaios destrutivos, o ensaio de fadiga por flexão rotativa tem o corpo de prova acoplado como uma viga em flexão, onde sofre determinada magnitude a forças cíclicas como mostrado na figura abaixo.
Fonte: (CALLISTER, 2016)
 
Adiciona-se periodicamente uma carga (F) em um suporte de anilhas para que a força peso possa puxar os mancais no sentido da gravidade, exercendo um momento fletor à amostra.
O momento fletor causa, no corpo de prova, uma compressão de um lado, e do outro causa tração, ao mesmo tempo em que o corpo é rotacionado, fazendo com que um ponto qualquer da superfície do mesmo intercale entre compressão e tração para cada ciclo contado, até exercer um rompimento, no momento do rompimento utiliza-se um contador de ciclos para saber quantas rotações foram necessárias para o corpo de prova se romper.
O funcionamento desta máquina se dá por um motor elétrico acoplado em um eixo de transmissão através de um acoplamento flexível ligado a um mandril, onde prende-se um corpo de prova em outro mandril. Tal ensaio requer mais de uma amostra para melhores resultados, sendo que em cada corpo de prova é exercido níveis de tensão (S) diferentes, onde o número de ciclos (N) varia conforme a tensão (S) varia.
O ensaio de fadiga requer um alto número de corpos de prova do mesmo material ensaiados, em níveis de tensão diferentes e anotado o número de ciclos em que o corpo de prova se rompe, sendo que o número de ciclosvaria de acordo com o nível de tensão S.
3 MATERIAIS E MÉTODOS
 	O corpo de prova utilizado para os ensaios consiste em um comprimento útil com o formato conforme a figura abaixo ligada aos mandris por extensões cilíndricas nas extremidades do comprimento útil.
Fonte: (CALLISTER, 2016)
Fonte: (CALLISTER, 2016)
	Para este tipo de ensaio é recomendável que o diâmetro mínimo esteja entre 5 mm e 25 mm, para o perfil utilizado o raio não deve ser inferior a oito vezes o diâmetro mínimo e o comprimento útil deve ser maior ou igual a três vezes o diâmetro mínimo.
3 ESQUEMA ELÉTRICOS E ELETRÔNICOS
Desenvolvemos o circuito elétrico da seguinte forma:
 
 
Fonte: Autoria própria
		Na parte superior temos a rede de alimentação monofásica (RS). Dimensionamos primeiramente o contador c1. Como ele conduzirá a corrente do motor sua corrente será superior a nominal do motor.
Iremos utilizar o motor elétrico NOVA M121404B00 com corrente nominal de 4,4A este valor multiplicamos por 1,25 que corresponde ao valor de trabalho do contator, com isso temos o valor de 5,5ª.
	Escolhemos o Contator Tripolar 1210 12a 3p+1na 220v Hs
 	O relé térmico terá a função de proteger o motor tento a mesma faixa de corrente do contator.
Rele Térmico 5-8a (lr2-d1312) 1na+1nf Jr28-25-1312 Hs
Utilizaremos um relé temporizador 220v/24v(1seg-100h)
Para dimensionar os fusíveis para o motor 220/60hz projetamos um tempo de partida de 5s.
Ip/In=8
In= 4,4A
Ip = 4,4*8= 35,2A
De acordo com a curva do fusível de retardo temos um de 10A
 
COLOCAR FONTE
 
5 DESENHOS E DETALHAMENTO DO PROJETO
O desenho foi desenvolvido no software ZWCAD para melhor visualização do projeto e entendimento estrutural do mesmo, a partir desse ponto podemos realizar todos os cálculos necessários para compreensão dos conceitos mecânicos envolvidos.
Segue todos os desenhos estruturais:
· Figura 1: Desenho isométrico;
· Figura 2: Mesa de suporte;
· Figura 3: Capa superior;
· Figura 4: Motor;
· Figura 5: Suporte do Mancal;
· Figura 6: Mancal;
· Figura 7: Eixos;
· Figura 8: Eixo plataforma;
· Figura 9: Plataforma.
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 1
 
 
Figura 2 
 
Figura 3Figura 4
Figura 5
Figura 6
Figura 7
Figura 8
Figura 9
 
6 MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO
Considerando o engaste perfeito em uma das extremidades do corpo de prova e a outra extremidade submetida à flexão, o cálculo das tensões aplicadas em cada corpo de prova segue os princípios dos cálculos para flexões em vigas simples. Para esses cálculos utilizamos dos seguintes dados: comprimento total do corpo de prova, comprimento do corpo de prova do ponto engastado até a extremidade móvel(l), comprimento da extremidade móvel até a região de fratura(lf), largura menor do corpo de prova(b), espessura do corpo de prova(h), distância do centróide de área até a superfície do corpo de prova(y), altura de flecha(δ) e módulo de elasticidade aproximada.
Primeiramente faremos o cálculo do momento de inércia do corpo de prova, quanto maior o momento de inércia de um corpo, maior será a dificuldade de fazê-lo girar ou alterar sua rotação, ou seja, será maior a resistência do corpo em mudar a sua velocidade angular.
 
Na segunda parte faremos o cálculo da força(F) aplicada no ensaio.
 
 
Em seguida faremos o momento da região onde ocorre a fratura(M).
 
 
E por último faremos o cálculo da tensão aplicada na região onde ocorre a fratura por fadiga (δ): 
 
7 CUSTOS DE FABRICAÇÃO
9	CONCLUSÃO
	Com esse projeto tivemos a oportunidade de alinhar o que é aprendido em sala de aula, com o prático podendo assim ver realmente como são feitas as coisas, todas as dificuldades, todos os acertos e principalmente a estimulação de buscar por novos conteúdos, novas fontes de conhecimento.
	Não só isso o projeto também amplia nossas capacidades pessoais, de relacionamento com outras pessoas, trabalho em grupo, cooperação, liderança, responsabilidade e muito mais, auxiliando mais ainda a nós nos formarmos grandes profissionais da área da Engenharia.
10	BIBLIOGRAFIA
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GONÇALVES DE SOUZA, A. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA ESTUDO DO COMPORTAMENTO E SIMULAÇÃO DE FADIGA EM EIXOS (SAE 4140) LAMINADOS E TRATADOS TERMICAMENTE TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO. [s.l.] , 2012. Disponível em: <https://formula ufsm.files.wordpress.com/2018/03/tcc_-_alex_gonccca7alves_de_souza.pdf>.
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