Caracterização de Materiais

Após pesquisas feitas através de bibliografias e da escolha dos materiais que se aplicaria na construção do biodigestor, a empresa Verde Engenharia passou para a fase de análise e confiabilidade, em busca de segurança e informações íntegras dos materiais a serem utilizados no projeto.

A avaliação das propriedades dos materiais depende muito da solicitação e a que circunstâncias serão submetidos. Por isso, tornou-se necessário fazer analise e caracterização dos materiais, visando encontrar uma estimativa do desempenho de vida útil dos mesmos e até mesmo identificar e minimizar as possibilidades de degradação e falhas indesejáveis durante a utilização do produto final (Biodigestor Anaeróbico).

Entendendo que o comportamento mecânico de um material depende do resultado de sua resposta referente a deformação, a carga ou força a que é submetido, foi feito primeiramente ensaios destrutivos de Tração, Flexão e Impacto nos principais materiais escolhidos para compor o projeto do biodigestor: Polietileno de Alta Densidade (PEAD); Policloreto de Vinila (PVC) e posteriormente Teste de densidade nos mesmos.

Este processo de medição das propriedades mecânicas foi realizado através de experimentos feitos no laboratório de Ensaios mecânicos do SENAI CIMATEC, onde foi possível colher alguns dados iniciais.

ENSAIO DESTRUTIVOS

FLEXÃO

Ensaio de flexão consiste na aplicação de uma carga crescente em determinado ponto de uma barra até que ela sofra deformação a uma determinada tensão.

• Policloreto de Vinila (PVC)

Utilizamos um equipamento onde o teste foi montado na versão com elevação ajustável, precisando setar o equipamento com o auxilio do cutelo, fazendo com que o mesmo se limite a uma tensão pré estabelecida pelo operador, parando de fletir e imprimindo os resultados em um gráfico.

Desta forma foram ensaiados cinco corpos de prova confeccionado a partir de uma tubo de 25 mm de diâmetro, 280 mm de comprimento, a uma velocidade 10mm/min.

Para suprir as necessidades desse teste, se fez necessário desenvolver um suporte para os corpos de prova, pois, o aplicador da carga que apresenta um mecanismo com mola que se ajusta a superfície não é adequado para um corpo de prova cilíndrico, com isso o aplicador da carga poderia ficar posicionado de maneira inadequada, fazendo com que no momento da aplicação da carga, o tubo deslizasse sobre o suporte padrão e escapasse da maquina com uma certa velocidade que poderia oferecer perigo aos operadores da maquina.

Aplicou-se uma carga no centro dos corpos de prova e ao final do ensaio foi constatado que acima de certa tensão, o material começou a se deformar plasticamente, ocorrendo a deformação permanente, contudo, os corpos de prova mantiveram a força de aplicação em um valor estabilizado até o fim de curso da máquina. Pode-se observar esse comportamento no teste impresso no gráfico que relaciona tensão x deformação presente na Figura 03.

 

Figura 01 – Maquina para ensaio de flexão

Figura 02 – Ensaio de Flexão

Figura 03 - Gráfico mostrando o comportamento Dúctil

• Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

A bombona do biodigestor que tem como matéria prima o Polietileno de Alta Densidade não sofrerá nenhum tipo de esforço que venha fleti-lo ou dobrá-lo, portanto, não houve a necessidade de fazer o ensaio de flexão no PEAD.

TRAÇÃO

O ensaio de tração consiste basicamente na aplicação de uma força no material (corpos de prova padronizados por normas técnicas), onde os mesmos são fixados numa maquina de ensaios que aplica esforços crescentes, tendendo a alongá-lo até sua ruptura. 

• Policloreto de Vinila (PVC)

Não houve condições de realizar no laboratório de ensaios mecânicos do SENAI CIMATEC os ensaios de tração, pois as máquinas da instituição não tem condições especificas que possam promover o ensaio para o tubo de PVC.  A máquina que comporta polímeros não tem garra para prender o tubo e a máquina de tração para metal possui restrição para esse ensaio porque a célula de carga tem alto limite de resistência e proporcionalmente tem baixa sensibilidade para detectar as propriedades.

Com essa fragilidade, resolvemos utilizar os dados oriundos de outros artigos científicos com mesmas características de propriedades.

• Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

A bombona que tem como matéria prima o Polietileno de Alta Densidade, não sofrerá nenhum esforço que venha a alongá-la ou esticá-la até à sua ruptura, portanto, não houve necessidade de fazer o ensaio de tração no PEAD.

IMPACTO

O ensaio de impacto consiste em submeter um corpo de prova a uma flexão provocada por um martelo pendular, com a intenção de determinar o nível de energia utilizada na deformação e ruptura do corpo de prova.

• Policloreto de Vinila (PVC)

Não foi possível utilizar a máquina para ensaio de impacto com pendulo no PVC, pois a mesma estava sem memoria, ficando assim inutilizada, mas, de acordo com a coordenação do laboratório de ensaios mecânicos do SENAI CIMATEC, já que íamos utilizar um tubo rígido poderíamos fazer por um método alternativo, que foi basicamente fixar um tubo no chão com dois pesos circulares e jogar um peso de 5kg no tubo, a uma determinada altura. Foi observado através desse método alternativo, que a força exercida pelo peso jogado, não foi suficiente para deformar plasticamente o material, não havendo descontinuidade, portanto, constamos que o tubo tem uma boa resistência ao impacto. 

Figura 04 – Ensaio de Impacto

• Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

Neste ensaio foram empregados corpos de prova de Polietileno de Alta Densidade com entalhe: 2 mm e dimensões conforme mostrado na Tabela 01, submetidos através da máquina de impacto instrumentada tipo Charpy,  provida de um martelo que liberou uma energia de 2,7J em uma Angulação de 150 graus, a uma Energia do ar de 0,06J.

ENERGIA DO ROMPIMENTO ABSOLUTA (desprezando o ar) = ENERGIA ROMPIMENTO – ENERGIA DO AR

RESISTÊNCIA DO MATERIAL DA ENERGIA (KJ/m²) = ENERGIA DE ROMPIMENTO / ÁREA (largura sem o entalhe, ou seja, menos 2 mm x espessura) 

 

Tabela 01- Ensaio de Impacto PEAD

MÉDIA DAS RESISTÊNCIAS: 0,4472 KJ/m²

MÉDIA DA ENERGIA ABOLUTA: 1,356 J

TESTE DE DENSIDADE 

Figura 05 – Teste de densidade

• Policloreto de Vinila (PVC)

Cálculo de empuxo

PVC: 1,16 a 1,35 g/cm³

Usou água destilada, pois tem uma densidade menor (0,09997g/cm³)

Tabela 02 – Teste de Densidade no PVC

• Polietileno de Alta Densidade (PEAD)

Cálculo de empuxo

PEAD: 0,91 a 0,94 g/cm³

Usou Álcool Etílico, pois tem a densidade menor que da água (0,789g/cm³)

Teste de densidade a 24,4 C

Tabela 03 – Teste de Densidade PEAD

No intuito de obter mais informações sobre os materiais a serem utilizado na confecção do biodigestor anaeróbico e podendo trazer mais confiabilidade ao sistema do projeto, a Verde Engenharia continua a fazer nas próximas semanas analises sobre ensaios e testes.

Até breve!