Análise da influência do extensômetro elétrico na determinação da capacidade das cintas de movimentação de cargas

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1 Análise da influência do extensômetro elétrico na determinação da capacidade das cintas de movimentação de cargas João Carlos Martins *, José Carlos Morilla ** * Aluno de Mestrado em Engenharia Mecânica na Universidade Santa Cecília, Santos, BR. ** Professor de Mestrado em Engenharia Mecânica na Universidade Santa Cecília, Santos, BR. para correspondência: jcm@ig.com.br. Resumo: A aplicação de métodos de medições nos processos produtivos já não é mais uma alternativa e sim uma condição de sobrevivência e crescimento sustentado. Para o sucesso econômico e financeiro de uma organização industrial todas as etapas do seu processo de fabricação devem ser permanentemente analisadas e validadas. A utilização do extensômetro resistivo (elétrico) aplicado à célula de carga é uma das maneiras pela qual se pode apurar as medidas de deformação e elasticidade do material. Neste artigo é apresentada a medição da deformação da cinta de poliéster mediante uso do ensaio de tração, a fim de obter os valores de ruptura do material, assegurando os limites de sua utilização. Palavras-chave: Célula de carga. Transdutor de força. Amarração. Elevação. Abstract: The application of measurement methods in production processes is no longer an alternative but a condition of survival and sustained growth. For economic and financial success of an industrial organization every step of the manufacturing process should be permanently analyzed and validated. The use of the strain gauge resistive (electrical) applied to the load cell is one way by which one can determine the distortion measures and elasticity of the material. In this paper the measurement of the deformation of the polyester strap by use of the tensile test are presented in order to obtain the break values of the material, assuring limits their use. Keywords: Load cell. Transducter. Webbing slings. Lashing. Lifting. Introdução A extensometria é uma técnica utilizada para medir as deformações de um sólido submetido a forças externas tendendo a deformá-lo, porém permanecendo em seu domínio elástico [1]. Medindo-se a deformação de um corpo podemos achar o valor da força externa aplicada a ele. Essa é a ideia básica do extensômetro elétrico, ou Strain gage. O Strain gage nada mais é que uma resistência elétrica, fabricada sobre uma base isolante (Figura 1), e fixado sobre o corpo em teste. Devido às exigências do mercado e atendimento as normas regulamentadoras, as cintas de poliéster utilizadas para movimentação de cargas passam, após a sua fabricação, por um processo de validação das capacidades suportadas. A validação é realizada através do ensaio

2 destrutivo do material, ou seja, as cintas são submetidas a um força tracionaria, onde será medida a sua elasticidade, bem como a sua capacidade de carga resistiva. Criadas em 1972 por Van Eck [2] e cada vez mais imprescindíveis em processos de movimentação, amarração e elevação de cargas, as cintas de poliéster vêm ocupando um espaço que antes era reservado aos laços de aço (ou cabos de aço) [3]. Sendo utilizadas atualmente nos diversos segmentos do mercado, principalmente do setor portuário, siderúrgico, mecânico, de transportes rodoviário e ferroviário e também pela construção civil. Para o correto uso das cintas de poliéster (PES) [4] na movimentação de cargas é necessário validar suas capacidades resistivas, conforme prevê a norma ABNT NBR /2:2012 [5] e NBR Figura 1 - Strain gage 1/2:2015 [6], assim faz-se necessário à validação através de ensaios de tração. O objetivo deste artigo é demonstrar a utilização do extensômetro elétrico aplicado à célula de carga como método para identificar as capacidades limites que serão suportadas pelas cintas de movimentação. Extensômetro Extensômetro é um transdutor [7] capaz de medir deformações de corpos. Quando um material é deformado sua resistência elétrica é alterada, a fração de mudança na resistência é proporcional à fração de mudança no comprimento do material. Todo material quando deformado altera sua resistência. As avaliações dos esforços baseiamse nas descobertas de Robert Hooke em 1678, que relacionam os esforços aplicados, através da tensão gerada no material, com a deformação resultante. Esta descoberta enunciou a Lei de Hooke [8] (relação tensão-deformação), também conhecida como Lei da Mola. A lei de Hooke é assim definida:

3 Figura 2 - Fórmula da Lei de Hooke e conceito da deformação Extensômetro elétrico Existem diversos tipos de procedimentos práticos para se efetuar medições de deformações [9]: Métodos utilizando extensômetros resistivos; Métodos mecânicos; Métodos utilizando interferometria a laser; Métodos utilizando holografia. Com base na Lei de Hooke foram desenvolvidos extensômetros elétricos. Os primeiros extensômetros eram mecânicos de baixa confiabilidade. O extensômetro elétrico ou resistivo é um transdutor, capaz de converter deformações em quantidade elétrica (voltagem). Construído por fios metálicos, em geral de cobre e níquel materiais de alta condutibilidade elétrica, protegidos por um isolante e aplicado sobre o material que terá sua deformação medida [10]. Célula de carga Célula de carga é um transdutor de força. A força é medida de forma indireta, normalmente relacionando-a com a resposta de algum material à aplicação de carga (mudança de pressão, deformação, etc.). É muito utilizada por ser muito precisa e ser muito versátil em relação ao tamanho das cargas aplicadas. Por exemplo, podem ser usadas tanto para medir o estresse em estruturas como pilares e cabos como para balanças de precisão [11]. Figura 3 - Célula de carga 100kN

4 Cintas de poliéster As cintas de poliéster são cada vez mais imprescindíveis em processos de logísticos de movimentação, amarração e elevação de cargas, as cintas de poliéster vêm ocupando um espaço que antes era reservado aos laços de aço (ou cabos de aço) [3]. Sendo utilizadas atualmente nos diversos segmentos do mercado, principalmente do setor portuário (Figura 4), siderúrgico, mecânico, de transportes rodoviário e ferroviário e também pela construção civil. Figura 4 - Cinta de poliéster, utilizada para elevação de carga Validação O ensaio de dureza é um dos métodos mais antigos e confiáveis de se medir se uma parte de um componente foi ou não tratada termicamente com sucesso. Um dos ensaios mecânicos mais confiáveis para nos ajudar a prever o comportamento de um componente sob várias condições de operação é o ensaio simples de tração. O ensaio de tração (Figura 5) nos permite medir a resposta de um material a um carregamento e deformação. Ao se medir a força necessária para alongar um corpo de prova até a sua Figura 5 - Ensaio de tração

5 ruptura (Figura 6) poderão ser determinadas propriedades, assim permitirão prever como os seus materiais e produtos irão se comportar nas suas aplicações finais. No ensaio, uma extremidade do corpo de prova é presa enquanto a outra é sujeita a uma deformação controlada ou a uma carga controlada. As cintas de poliéster para movimentação são ensaiadas de maneira a verificar se o valor da carga de ruptura alcançado está sete vezes acima da carga de trabalho Fator de Segurança 7:1, conforme exigência da norma regulamentadora [6]. Figura 6 - Relatório de ensaio de ruptura A figura 6 demonstra o ensaio de ruptura de um determinado modelo de cinta para elevação de carga, onde a carga de trabalho especificada e informada é de kg e a carga de ruptura esperada é de kg, após a realização do ensaio de tração, pode-se notar que a carga de ruptura considerada foi de kg, desta forma é o processo construtivo do modelo de cinta fabricado fica validado e documentado formalmente para eventuais questionamentos de ordem jurídicos ou administrativos. Considerações finais Demonstrou-se como o extensômetro elétrico aplicado à célula de carga pode auxiliar na identificação das capacidades suportadas e a validação do processo construtivo das cintas de movimentação. Antes de qualquer ensaio, deve-se verificar se a célula de carga está devidamente calibrada [12], para que se possa garantir que os resultados estão corretos.

6 Bibliografia [1] E. Costa, Transdução e medida de deslocamento, Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica) - Unicamp. São Paulo, p. 42 p., [2] Cordstrap Sistemas de Cintas para Cargas, Cordstrap do Brasil, [Online]. Available: [Acesso em ]. [3] Tecnotextil - Segurança em Movimentação de Cargas, Tecnotextil Indústria e Comércio de Cintas Ltda., 5 Fevereiro [Online]. Available: [Acesso em 2 Abril 2015]. [4] M. d. Araújo e E. d. M. e. Castro, Manual de Engenharia Textil Vol 2, Lisboa: Fundação Caloustre Gulbenkian, [5] A. -. A. B. d. N. Técnicas, ABNT NBR /2 - Cintas têxteis para elevação de cargas, ABNT, São Paulo, [6] A. -. A. B. d. N. Técnicas, ABNT NBR /2 - Cintas têxteis para amarração de cargas - Segurança, ABNT, São Paulo, [7] N. e. Q. I. -. I. Instituto Nacional de Metrologia, VOCABULÁRIO INTERNACIONAL DE METROLOGIA - Conceitos Fundamentais e Gerais e Termos Associados, INMETRO, Rio de Janeiro, [8] G. D. W. H. D. Wolfgang Bauer, Física para Universitários - Mecânica, São Paulo: McGraw Hill, [9] E. O. Doebelin, Measurement Systems Application and Design - 4th edition, Nova Iorque: Mcgraw-Hill College, [10] R. P. C. J. S. B. G. A. ANDOLFATO, Extensometria básica, São Paulo: UNESP - NEPAE, [11] Con-Tech Systems Ltd., [Online]. Available: [Acesso em ]. [12] ASTM E4-14, Standard Practices for Force Verification of Testing Machines, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014.