Por Hayrton Rodrigues do Prado Filho
As medições do torque são
feitas de acordo com um de dois princípios básicos – medição estática
ou medição dinâmica. A estática significa que o torque de aperto é
verificado após o processo de aperto ter sido concluído.
A medição é geralmente
realizada manualmente com um torquímetro que pode ser uma escala que
mede a carga sobre uma mola ou um instrumento ativado por um transdutor
eletrônico (célula de carga-aferidor de tensão ou strain gauge). Um
método muito comum de verificação do torque de aperto é usar um
torquímetro de estalo equipado com uma embreagem que pode ser
pré-ajustada a um torque específico.
Se o torque for maior do
que o valor de torque preestabelecido, a embreagem irá soltar-se com um
estalo. Se o torque for menor, o aumento do torque final é possível até
que a embreagem estale.
Um aperto excessivo não
pode ser detectado com o torquímetro de estalo.Para medir o torque
estático, o valor de torque deve ser lido instantaneamente quando o
parafuso começa a girar.
Para o Controle
Estatístico do Processo (CEP), os verificadores eletrônicos de torque
podem ser programados para armazenar um número de leituras para análise,
seja manualmente ou conectado a um computador. A medição dinâmica, por
outro lado, significa que o torque é continuamente medido durante o
ciclo de aperto completo. Esse é geralmente o método preferido em
produção onde são usadas ferramentas para aperto.
A vantagem sobre o método
estático é que a medição dinâmica fornece uma indicação do desempenho
da ferramenta de aperto sem a influência do relaxamento na junta e
variações no atrito em repouso. Além disso, ele também elimina a
necessidade de verificação subsequente.
Já a medição dinâmica é
feita seja diretamente pela medição com um transdutor de torque
incorporado ou externo inline, ou indiretamente pela medição da corrente
de algumas parafusadeiras e apertadeiras elétricas sofisticadas. Nos
dois casos, a medição do torque é possível apenas quando as ferramentas
têm transmissão de torque direta, ou seja, não uma força de pulsação,
como é o caso com chaves de impacto e apertadeiras de impulso.
O transdutor de torque
externo inline é montado entre o eixo impulsor da ferramenta e o soquete
ou bit da parafusadeira. É basicamente uma haste motriz com
resistências instaladas, a chamada Wheatstone Bridge, que sente a
deformação elástica do corpo como resultado do torque aplicado e produz
um sinal elétrico que pode ser processado em um instrumento de medição.
Os transdutores externos inline encontram-se também disponíveis com um
codificador de ângulo incorporado para monitoramento do ângulo de
aperto.
A NBR 12240:2013 – Materiais metálicos – Calibração de dispositivos para medição de torque estático
é válida, basicamente, para instrumentos de medição de torque onde o
torque é definido pela medição da deformação elástica de um material
elástico ou de um mensurando proporcional a ele. O instrumento de
medição de torque é definido como um conjunto, desde o transdutor de
torque até o instrumento indicador. É válida para a calibração de
instrumentos de medição de torque utilizados na calibração estática de
máquinas de ensaios, de instrumentos de medição de torque para
aplicações gerais (como sensores de torque, ferramentas de torque,
bancadas de testes de potência, etc.), bem como aqueles para utilização
como padrão de transferência.
É descrito um
procedimento de classificação destes instrumentos, e é feita uma
sugestão para a determinação da incerteza de medição (ver Anexo C).
Quando o instrumento de medição de torque é utilizado para medir torques
alternados, é necessária uma consideração ampliada, de acordo com o
Anexo E. Esta norma não é válida para torquímetros.
Todos os componentes,
desde o transdutor de torque até o instrumento indicador, são partes
integrantes de um instrumento de medição de torque. Todas as partes do
instrumento de medição de torque (incluindo os cabos de conexão
elétrica) devem ser marcadas separadamente e sem ambiguidade (por
exemplo, indicando o nome do fabricante, o tipo, se é uma conexão
condutora 4 ou 6, ou algo semelhante, e o número de série).
O torque nominal deve ser
indicado no transdutor de torque, e o lado de medição deve ser marcado,
se este for importante para a medição. Entende-se por “lado de medição
do transdutor de torque” o lado em que o torque a ser medido é aplicado.
Os cabos e os elementos de adaptação podem levar a desvios que
influenciam o resultado da medição.
O transdutor de torque e
seus componentes devem ser concebidos de tal forma que, tanto no sentido
horário quanto no sentido anti-horário, os torques possam ser aplicados
livres de força de cisalhamento e momento fletor. As dimensões
recomendadas para os acoplamentos são apresentadas no Anexo B.
A deformação elástica do
corpo elástico do transdutor de torque pode ser medida por meios
elétricos, mecânicos ou outros. A calibração significa que torques
conhecidos – torques de calibração, MK – são aplicados no instrumento de
medição de torque, pelo qual os valores indicados são registrados. Um
instrumento indicador elétrico pode ser substituído por outro similar,
se, devido à sua especificação técnica e sua incerteza de medição, os
seus desvios têm uma influência insignificante no resultado da
classificação do instrumento de medição de torque (a incerteza de
medição adicional causada pela substituição do instrumento indicador não
pode exceder 1/3 da incerteza-padrão combinada relativa do resultado de
calibração, w(MK)).
Com relação à
substituição, deve-se considerar que a tensão de entrada, se também
modificada, pode influenciar significativamente o resultado da
medição. Quando o instrumento indicador for substituído, é
particularmente importante ajustar a tensão de entrada de acordo com as
indicações do cliente.
Na maioria das vezes, a
substituição do instrumento indicador tem pouco impacto no caso de
instrumentos de medição de torque, onde uma grande parte do fornecimento
de energia elétrica e/ou da amplificação do sinal de saída é assegurada
por circuitos eletrônicos ativos que são integrados ao transdutor.
Deve-se assegurar que: os acoplamentos para a adaptação de instrumento
de medição de torque, em sistemas de calibração, podem transmitir pelo
menos 1,5 vez o torque máximo de calibração; quando há carregamento com o
torque máximo de calibração, uma mudança de comprimento axial máximo do
instrumento de medição de torque, incluindo seus acoplamentos de
adaptação, não ultrapasse 1 mm; somente tais acoplamentos são utilizados
em sistemas de calibração os quais limitam a deformação material
resultante no corpo elástico por superposição das grandezas de
interferência (força axial, força de cisalhamento e momento fletor) e
torque de calibração para 1,2 vez as tensões elétricas causadas pela
introdução do torque a ser calibrado (sem grandezas de interferência).
Deve ser assegurado,
antes da calibração, que uma sobrecarga no instrumento de medição de
torque, incluindo seus acoplamentos, tenha ocorrido com o torque nominal
excedido em 8 % a 12 % pelo menos, por quatro vezes e durante 1 min a
1,5 min cada. O objetivo deste procedimento é excluir qualquer dano
subsequente no sistema de calibração devido a um inesperado mau
funcionamento do transdutor de torque, incluindo seus acoplamentos
adaptadores, por exemplo, devido à quebra.
No caso de um instrumento
indicador, com a escala analógica, todas as linhas de graduação da
escala devem ter a mesma largura, e a largura do ponteiro tem de ser
aproximadamente a mesma que a de uma linha de graduação. A resolução r é
definida como a menor fração proporcional de uma divisão de escala, e
resulta da razão entre a largura do ponteiro e a distância entre os
centros de duas linhas adjacentes de graduação (intervalo de linha de
graduação). As proporções de 1/2, 1/5 ou 1/10 devem ser selecionadas.
Uma distância de 1,25 mm ou maior é necessária para a estimativa de um
décimo da divisão de escala.
Para a escala digital, a
resolução r é considerada como sendo um incremento numérico do último
algarismo em movimento sobre o mostrador numérico, desde que a
indicação, quando o instrumento de medição de torque está descarregado,
não varie mais do que um incremento numérico. Se, em um instrumento de
medição de torque sem carga mecânica, a indicação variar em mais do que o
valor especificado anteriormente para a resolução, a resolução é
definida como sendo metade da faixa de flutuação mais um incremento
numérico.
A resolução r é indicada
na unidade de torque ou em seus múltiplos ou submúltiplos. Tendo em
conta a resolução r na qual o instrumento indicador pode ser lido, o
torque mínimo aplicado em um instrumento de medição de torque (limite
inferior da faixa de medição, MA) deve respeitar os valores indicados na
Tabela 3 disponível na norma.
A unidade do instrumento
indicador deve ser ajustada de acordo com as disposições do fabricante
ou com as especificações do cliente. Todos os ajustes de variáveis devem
ser registrados. A unidade do instrumento indicador deve ser verificada quanto à estabilidade suficiente de seu valor zero, antes de
iniciar a calibração.
Antes da calibração, e
com a tensão de alimentação aplicada, deve-se esperar até que a
temperatura do transdutor se estabilize com a do ambiente. A temperatura
ambiente deve ser registrada no início e no final de cada série de
medições. Os suprimentos do sistema de calibração (por exemplo, ar
comprimido) não podem causar gradientes de temperatura no instrumento de
medição de torque, o que poderia influenciar a incerteza da medição.
A calibração é feita
separadamente para torque horário e/ou anti-horário. A calibração do
instrumento de medição de torque é realizada como: um procedimento
puramente estático, pela medição de valores distintos de torque (típica
de sistemas de calibração com sistemas de alavanca de massa); ou um
procedimento em ciclo contínuo (quase estático), sem tempo de espera
entre os valores distintos de torque (típico de sistemas de calibração
com transdutores de torque de referência para a calibração de medidores
de torque pelo método de comparação).
Na medida do possível, na
utilização subsequente do instrumento de medição de torque a ser
calibrado, deve ser levada em conta a escolha do procedimento de
calibração. Diferenças nos resultados, devido à fluência dos
transdutores, podem ocorrer entre os dois procedimentos.
No caso de uma calibração
com aplicação de valores de torque estáticos, deve-se levar em conta
que o tempo de calibração pode influenciar no resultado da calibração.
Uma causa considerável para isso está na fluência dos transdutores. Pelo
registro dos valores medidos imediatamente após o fim de um
pré-carregamento, e após 3 min de tempo de espera (fluência de curta
duração), é possível avaliar sua influência.
No caso de uma calibração
contínua (quase estático), é necessário assegurar que o processo de
aquisição dos dados medidos do valor de torque pré-ajustado (padrão de
comparação) e do sinal de saída do objeto de calibração não levem a
desvios de medição sistemáticos que influenciem o resultado de
calibração dentro da determinação dos limites de especificação da
classe. Os seguintes critérios, entre outros, podem ter uma influência:
as configurações de filtro do instrumento indicador, uma possível
diferença de tempo na recuperação dos valores medidos dos sinais da
medida de referência e do objeto de calibração, a velocidade de
aceleração de torque.
A utilização de
procedimentos de calibração contínua requer investigações experimentais
antes de determinar a influência das condições do método sobre a
incerteza de medição do resultado de calibração. Os valores medidos
(pontos de referência) devem ser determinados pelo cálculo do número
mínimo de valores de torque para cada série de medição e, com base
nisso, o resultado de calibração Y ou Yh, os erros de reprodutibilidade e
repetibilidade b e b’, a variação de zero f0, o erro de reversibilidade
h, assim como os desvios de interpolação, fa, ou de indicação, fq,
devem ser determinados de acordo com 5.4.7.1 a 5.4.7.5.
Para a avaliação do instrumento de medição de torque, devem-se distinguir dois casos:
– caso I: o instrumento
de medição de torque é utilizado apenas para torques crescentes. Por
meio deste, o resultado da calibração deve ser obtido a partir dos
valores apresentados nas séries crescentes, como média de diferentes
posições de montagem, e corrigido do ponto zero. Uma função cúbica ou
linear é calculada por meio do ponto de origem, e o desvio de
interpolação é determinado. O erro de reversibilidade não entra na
classificação de acordo com a Seção 6; também não tem qualquer
contribuição no resultado da medição a incerteza-padrão, w(MK), de
acordo com o Anexo C. O desvio de interpolação, no entanto, é
considerado em todos os casos;
– caso II: o instrumento
de medição de torque é utilizado para medições de torque nas quais não
se sabe nada sobre as mudanças de direções de carga (crescente ou
decrescente). Neste caso, o resultado da calibração deve ser obtido a
partir dos valores médios da série crescente e decrescente, na média
para diferentes posições de montagem, e corrigido do ponto zero. A
função linear é calculada pelo ponto de origem, e é determinado o erro
de interpolação. No caso dos instrumentos de medição com uma escala
fixa, o erro de interpolação é substituído pelo erro de indicação. O
erro de reversibilidade e o erro de interpolação ou indicação devem ser
levados em consideração para a classifi cação de acordo com a Seção 6,
ou como uma contribuição para o intervalo de incerteza relativa, W’
(MK), de acordo com o Anexo C.
A calibração é válida
apenas para o caso de aplicações em que o instrumento de medição de
torque é utilizado em concordância com as condições de calibração
indicadas no certificado de calibração de acordo com 5.1 a 5.3. As
configurações do instrumento indicador, como a tensão de alimentação, a
resolução, filtro, etc., devem ter atenção especial.
Precauções devem ser
tomadas durante a utilização, de modo que o dispositivo não seja
submetido a torques que são mais elevados do que o torque nominal e não
sofra interferência das forças e torques causados por peças e condições
de adaptação inadequadas, que possam conduzir a erros maiores do que os
determinados durante a calibração. No caso de um instrumento de medição
de torque, cujo instrumento indicador foi avaliado como sendo não
interpolável, a calibração e, assim, a classificação, são válidas apenas
para os valores distintos selecionados para este fim.
Quando se utiliza de tal
dispositivo para valores intermediários, deve-se levar em conta que a
incerteza de medição que se espera pode ser maior do que a indicada pela
classificação, e que a classificação é, portanto, inválida nestes
casos. Se um instrumento de medição de torque for utilizado, a uma
temperatura diferente da temperatura de calibração, uma componente
adicional da incerteza deve ser calculada a partir da especificação do
fabricante sobre a influência da temperatura no ponto zero e nas
características de propagação desta componente.
Se um instrumento de
medição de torque for utilizado por um longo período de tempo ou se a
última calibração foi realizada há mais tempo, o resultado da medição
pode ser influenciado por uma insuficiente estabilidade em função do
tempo do instrumento. Em tais casos, os parâmetros “estabilidade no
ponto zero” e “estabilidade a longo prazo” do valor característico devem
ser determinados no âmbito de uma inspeção dos equipamentos de ensaio, e
respectivas medições devem ser consideradas na planilha de incerteza de
medição. Se um instrumento de medição de torque for utilizado para a
medição dos torques alternados (torques horários e anti-horários, com
troca de sentido de calibração), então o Anexo E deve ser considerado.
Vibrações mecânicas e choque
Enquanto a vibração é a
variação no tempo do valor de uma grandeza a qual descreve o movimento
ou posição de um sistema mecânico, quando o valor é alternadamente maior
ou menor do que certo valor médio ou de referência, o choque mecânico
existe quando uma força, uma posição, uma velocidade ou uma aceleração é
subitamente modificada, excitando perturbações transitórias em um
sistema. Nota: A modificação é considerada súbita quando ocorre em um
tempo que é curto comparado com os períodos fundamentais concernentes.
Os choques mecânicos com
grande intensidade podem causar desconforto e danos estruturais ao corpo
humano. As vibrações mecânicas, mesmo de baixa intensidade, podem
causar desconforto e danos estruturais ao corpo humano, essencialmente
devido à ressonância.
Os ensaios dinâmicos
constituem uma ferramenta de extrema importância para a qualificação e
aprimoramento da qualidade mecânica de um produto em suas fases de
projeto e desenvolvimento. São os ensaios dinâmicos que permitem que se
conheça o comportamento estrutural de dispositivos, componentes,
equipamentos e sistemas completos, através da simulação, de forma
controlada em laboratório, dos esforços mecânicos/dinâmicos (vibração e
choque) que se apresentam nas condições normais de operação, utilização e
de transporte do produto. Essas condições são simuladas (geradas) por
vibradores eletrodinâmicos, de modo a permitir a
identificação/caracterização de importantes parâmetros, tais como as
frequências naturais, fatores de amplificação, modos de vibração,
resistência à fadiga, etc.
Espera-se que este método
seja aplicável na maioria das espumas elásticas, materiais de borracha
e, de forma provisória,em materiais de tecidos ou sintéticos. O método
pode ser aplicado a sistemas mistos, por exemplo, em material composto
de tecido e uma base de borracha ou de espuma.
Espera-se que os
resultados destes ensaios de laboratório sejam utilizados na triagem de
materiais a serem aplicados para atenuação de vibração nos punhos de
ferramentas e na confecção de luvas antivibratórias. Isto permitirá uma
ordenação de materiais para luvas, mas não necessariamente irá predizer a
transmissibilidade das luvas fabricadas a partir destes materiais (para
este proposito, ver ISO 10819).
Esta norma foi
desenvolvida em resposta à crescente demanda para proteção das pessoas
contra os riscos de danos causados pela exposição à vibração transmitida
à mão. Várias normas referem-se à medição e avaliação do risco de
exposição à vibração e a métodos de ensaios específicos de ferramentas e
processos.
Os materiais resilientes
são usados para cobrir empunhaduras e para fabricação de luvas.
Espera-se que ambos possam reduzir a magnitude da exposição à vibração.
Esta Norma descreve um método de medição da atenuação de vibração de
amostras de material na forma de superfícies ou camadas planas.
Em alguns casos, o
material pode ser constituído de duas ou mais camadas que formam uma
amostra. É uma medição de laboratório e oferece um procedimento
confiável e reprodutível.
Esta norma pressupõe que o
material tenha um comportamento linear apresentando uma massa
desprezível em comparação com a massa de preensão. Uma correção pode ser
feita para a massa do material, se requerido. O método determina a
impedância do material, quando está sob a ação da massa, a qual fornece
uma força de compressão equivalente à encontrada quando o material está
sob preensão das mãos.
Isto é obtido por meio da
medição da função de transferência de transmissão do material sob
preensão em todas as frequências requeridas. A transmissão da vibração
sob preensão das mãos é calculada utilizando os valores padrão da
impedância do sistema mão braço e de valores medidos da impedância do
material.
As impedâncias utilizadas
nesta norma são aplicáveis à palma da mão quando esta pressiona uma
empunhadura circular. O resultado da transmissibilidade pode não ser
aplicável para os dedos. Quando o material está sob compressão do
sistema mão braço, utiliza-se a impedância na direção ZH.
A base matemática do
método está contida no Anexo B. Se os resultados deste procedimento de
medição apresentar transmissibilidades superiores a 0,6 em todas as
frequências acima de 500 Hz, o material provavelmente não oferecerá
maiores atenuações em situações práticas nas mesmas faixas de
frequência.
Em situações práticas,
convém que a transmissibilidade em função da frequência seja apropriada
para o espectro de frequência da fonte de vibração. Esse método utiliza
um sistema de excitação de vibração (vibrador) no qual o material
resiliente é posicionado com a massa de carregamento m na superfície
superior. Os acelerômetros medem a vibração do vibrador, a1, e a
vibração da massa m, a2.
O
vibrador pode produzir um sinal aleatório de banda larga ou um sinal
senoidal. O relatório de ensaio deve conter as seguintes informações: a
referência a esta norma; nome e endereço do fabricante do material; a
descrição do material, incluindo espessura, dimensões, massa e tipo de
material; número de amostras ensaiadas; nome e endereço do laboratório
de ensaio e sua data; descrição do sistema de medição; tipo de sinal de
excitação (senoidal ou randômico) e seus dados característicos;
condições ambientais, incluindo temperatura e umidade; valores de
transmissibilidade na frequência (em hertz): 50, 63, 80, 100, 125, 160,
200, 250, 315, 400, 500 e, se possível, em 10, 12,5, 16, 20, 25, 31,5 e
40.
Acessado em: 14/06/2015, 17:35 - Horário de Brasília
