Montagem do Circuito

Como foi abordado em postagens anteriores o circuito utilizado no projeto é constituído pela ponte de Wheatstone, que apresenta 4 resistores, sendo dois deles com resistência variável (o extensômetro que irá deformar sua linhas de grade e variar a resistência, e o outro resistor variável é o potenciômetro que irá equilibrar a ponte)e um voltímetro para medir a tensão. A Figura 1 abaixo mostra o circuito montado pela equipe.

  

Figura 1- Circuito que será utilizado no projeto. Fonte: Própria

Para explicar mais claramente, a equipe criou um vídeo. Segue abaixo:

https://youtu.be/VF4EYuURNwg

Redigido por: Fernanda de Carvalho Sodré

Revisado  por: Pedro Freire de Carvalho Paes Cardoso

Escolha do Extensômetro

Segundo a extensometria, para a escolha correta do extensômetro é necessário analisar os seguintes critérios:

- O material que será analisado, uma vez que cada material apresenta um coeficiente térmico linear e para que o extensômetro não deforme não desejadamente de acordo com a temperatura, é preciso que o extensômetro e o material que este seja aplicado tenham o mesmo coeficiente térmico, o que se chama de auto compensação da temperatura;

-  Finalidade, como o percentual de deformação que precisa ser calculado, visto que quanto a menor a quantidade que precisa ser medida, mais preciso tem de a ser tal extensômetro. E ainda o tipo de aplicação que este será aplicado, um exemplo é medidas de deformações estáticas ou dinâmicas; 

-Dimensão do extensômetro, considerando principalmente o tamanho das linhas de grade. Nota-se que este será aplicado onde ocorrer a maior deformação e por isso precisa ser proporcional a esta área que será aplicado;

-Geometria da grade, a direção do eixo da grade tem que ser igual a direção da deformação principal que deseja ser calculada;

Entre outras relevantes características.

REFERÊNCIAS:

http://www.eletrica.ufpr.br/edu/Sensores/2000/wilson/f.htm. Acesso em  26 de abril de 2017

Redigido por: Fernanda de Carvalho Sodré
Revisado  por: Pedro Freire de Carvalho Paes Cardoso

Custos do projeto

Materiais	Quantidade	Preço
Barra de metal	1 uni	R$11,00
Parafusos/Buchas	1pct (10 uni)	R$8,00
Granito	5 uni	Doado
Cola plastica	1 lata dividida para a sala	R$2,00
Extensometro	1uni	R$30,00
Protoboard	1 uni	Disponibilizado pelo orientador
Pilhas	2uni	Disponibilizado pelo orientador
Soquete	1uni	Disponibilizado pelo orientador
Fios de conexão	10uni	Disponibilizado pelo orientador
Resistores	3uni	Disponibilizado pelo orientador
Resistor variável	1	Disponibilizado pelo orientador
Total		R$55,00

Flexão da barra

        Apesar deste projeto ter foco no entendimento de circuitos elétricos e como opera-los, por conta da existência de uma barra de metal que sofrerá flexão, é necessário entender o que ocorrer com a barra nessa situação.

         Segundo R. C. Hibbeler, em seu livro Resistência dos Matérias, um corpo delgado, ou seja, com comprimento muito maior que as dimensões da secção transversal, quando sujeito a flexão é chamado de viga. Essa viga quando está sofrendo a flexão tem seu eixo longitudinal deixa de ser uma reta e passa a ser curvado, como mostra a figura 1.

Figura 1

          Sendo assim, quando é feita uma analise das forças internar a viga, pode-se perceber que, para um momento positivo, as fibras superiores da viga são comprimidas e as fibras inferiores são tracionadas. Dessa forma, para esse projeto, como o momento mostrado na figura é oposto ao que será aplicado na barra utilizada no projeto as relações de tração e compressão são opostas.

           Tendo essa analise em vista, como extensometro funciona mudando sua resistência de acordo com seu comprimento, se for colocado na superfície superior ele será tracionado, aumentando seu comprimento e caso seja colocado na inferior irá comprimir diminuindo seu comprimento e dessa maneira variando sua resistência e desequilibrando a ponte de Wigstone, permitindo que haja tensão no voltímetro.

Referencias

HIBBELER ,R. C. Resistencia dos Materiais. ed 7ª, São Paulo, Pearson

Redigido por : Yago Henrique Santos Silva 

          

Extensômetro

Para o melhor entendimento do sistema e do funcionamento do projeto é necessário que haja um conhecimento técnico relevante a cerca do extensômetro e da sua funcionalidade.

Já foi definido, nas postagens anteriores, de maneira geral, como vai atuar o extensômetro associado a um circuito, junto a dois resistores e um potenciômetro, formando uma Ponte de Wheastone. Portanto, agora serão explicadas o funcionamento técnico do extensômetro e de como ele será acoplado ao sistema.

O extensômetro comprado pela equipe foi da Empresa EXCEL SENSORES. No site da empresa é possível identificar os diversos tipos de extensômetro e suas especificações gerais. É possível se informar da compra através do sistema de código de extensômetros, que serve para classificar os modelos com base nas suas características, conforme é mostrado na Figura 1.

Figura 1 - Codificação de identificação de extensômetros. Fonte: Excel Sensores.

  O grupo utilizará um extensômetro do tipo "Strain Gauge" uniaxial (que só é sensível a deformação em uma direção). Este tipo de extensômetro é formado por uma grade, onde um fio resistor é montado conforme pode ser visualizado na Figura 2. Esta configuração da montagem sugere que o eixo longitudinal do extensômetro deva esta alinhado com a direção da deformação do material, para que seu comprimento possa ser alterado e consequentemente a sua variação da resistência ocorra adequadamente conforme o material se deforme. O material do extensômetro, para esse experimento em particular, pode ser diverso, pois a condição de deformação estudada não envolve mudanças de temperaturas significativas. 

Figura 2 - Modelo de extensômetro Uniaxial "Strain Gauge". Fonte: Direct Industry.

Nosso sistema é composto por uma base de granito e uma chapa de alumio com as dimensões representadas na Figura 3. Será desenvolvida uma análise mais detalhada a respeito do fenômeno da flexão, porem, para entender o posicionamento do extensômetro do sistema, adiantaremos que quando uma barra sofre flexão em relação a um eixo, uma de suas extremidades (superior ou inferior ao eixo) sofre compressão ou tração (tensões axiais) e a outra extremidade sofrerá a condição oposta da primeira (tração caso a primeira sofra compressão e compressão caso a primeira sofra tração). Logo, para posicionar o extensômetro na barra, é necessário se atentar que deve haver um extensômetro na parte inferior e outro na parte superior da barra, ambos estando alinhados com a linha longitudinal da barra (como já foi citado) e a sua posição ao longo do eixo deve ser determinada em função do ponto que se deseja avaliar.

Figura 3 - Modelo CAD do projeto. Fonte Própria.

Referências:

http://www.excelsensor.com.br/codigo.htm. Acesso em: 04/05/2017.

http://ensus.com.br/extensometria-strain-gauge-o-que-e-quando-utilizar/  Acesso em: 04/05/2017.

Redigido por:Pedro Freire de Carvalho Paes Cardoso 

Revisado por:  Fernanda de Carvalho Sodré

Segunda Lei de Ohm

Explicando melhor a 2ª Lei de Ohm e conseqentemente entendendo melhor a Ponte de Wheatstone, Potenciômetro e o Extensômetro, a respeito desta equação R = ρL/A, temos que:

·         ρ = resistividade, depende do material do condutor e de sua temperatura.

·         L = comprimento do condutor.

·         A = área de secção transversal.

·         R = resistência elétrica.

Ohm concluiu que:

A resistência elétrica ( R ) de um condutor homogêneo de secção transversal constante é diretamente proporcional ao seu comprimento ( L ) e inversamente proporcional à sua área de secção transversal ( A ) e depende do material ( ρ ) do qual ele é feito. Sendo que se considera a resistividade elétrica do material como uma constante dele, porém ele varia com a temperatura.

Através desta 2ª Lei de Ohm, a deformação na barra, ocasionada pelo esforço na ponta, gera uma deformação no extensômetro, ocasionada pela alteração de seu comprimento, modificando sua resistência elétrica, que conseqüentemente altera a ponte de Wheaststone, que se encontrava equilibrada, e através deste desequilíbrio na ponte, nos conseguiremos através do potenciômetro, variando o seu comprimento com o cursor, consequentemente alterando sua resistência, adequar o valor da resistência para que a ponte seja reequilibrada e por fim identificando a massa aplicada no sistema ( barra ). O esquema pode ser verificado na Figura 1.

Figura 1 ( Circuito em forma de Ponte de Wheatstone. Fonte: All about circuits)

                                                     Referências:

YOUNG, Hugh; FREED MAN, Roger. Física III: Eletromagnetismo. ed .12ª,  São Paulo: Pearson, 2009.

http://www.infoescola.com/fisica/segunda-lei-de-ohm/  acesso em 03/05/2017.

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/Eletrodinamica/segundaleideohm.php  acesso em 03/05/2017.

https://www.youtube.com/watch?v=XFP0dElgeQY  acesso em 03/05/2017.

                                                                                               Redigido por: Ricardo Freitas Dos Santos

                                                                                               Revisado e Modificado por: Pedro Freire

Potenciômetros

Como já foi mencionado anteriormente no artigo detalhando o funcionamento do circuito do projeto (Ponte de Wheatstone), foi evidenciada a importância de um método de variação de resistência no circuito. Para tal, utilizaremos no circuito elétrico um potenciômetro, explicando neste artigo o seu funcionamento e a sua aplicação no projeto.

O potenciômetro, assim como o resistor, tem como função limitar o fluxo de corrente elétrica que passa pelo circuito, no entanto, diferentemente do resistor, o potenciômetro pode ter a sua resistência ajustável manualmente de acordo com a situação. Esse ajuste (na maioria dos casos) se dá por meio de um eixo giratório. O princípio do funcionamento de um potenciômetro tem por base a  2ª Lei de Ohm, que segundo Young (2009), um dos critérios preponderantes para a determinação da resistência de um condutor se dar pelo seu comprimento, onde a sua resistência e o seu comprimento são diretamente proporcionais. A seguir pode ser verificado o esquema básico de um potenciômetro (Figura 1) e o modelo que utilizamos no projeto (Figura 2). 

Figura 2 (Fonte: Eletropecas.com)

Figura 1 (Fonte: Baú da Eletrônica Blogger)    

O potenciômetro aplicado ao projeto na ponte de Wheatstone, trabalhará em conjunto  com um extensômetro, um voltímetro e mais dois resistores com resistência fixa. Sendo assim, o potenciômetro será posicionado (Figura 3), de forma que, quando a corrente verificada no voltímetro for nula, a resistência do extensômetro e do potenciômetro serão iguais. Portanto, dessa forma será possível encontrar a resistência no extensômetro (provocada pela sua deformação junto a barra), com base na resistência verificada no potenciômetro.

Figura 3 (Ponte de Wheatstone com potenciômetro e extensômetro. Fonte: All About Circuits Modificado)

Referências:

YOUNG, Hugh; FREEDMAN, Roger, Física III: Eletromagnetismo. ed.12ª, São Paulo: Pearson, 2009.

http://www.comofazerascoisas.com.br/potenciometro-o-que-e-para-que-serve-e-como-funciona.html/ Acesso em 04/05/2017

Redigido por: Marco de Figueiredo Travessa
Revisado e Modificado por: Yago Henrique Santos Silva