Desenvolvimento de dispositivo para ruptura de membranas por diferença de pressão

• Autor(a) principal: Leite, Giovanni Miro Pessoa
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/53269
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Vaso de pressão; Pistão; Critério de falha; Pressure vessel; Piston; Failure criterion

Foi projetado, construído e testado um dispositivo para demonstrações experimentais sobre compressão de gases e ruptura de amostras de materiais que apresentem comportamento plástico. O dispositivo é composto de dois tubos, sendo um para compressão e o outro para evacuação de gás. A compressão do gás é obtida por meio do deslocamento de um êmbolo acoplado a um fuso solidário a uma caixa de engrenagens acionada por um motor elétrico com avanço controlável. Na extremidade do tubo de alta pressão há uma parede dotada de um furo, onde se instala a membrana (amostra de material) a ser testada. O acionamento do motor movimenta o fuso que desloca o êmbolo no interior do tubo, comprimindo e aumentando a pressão do gás, que, por sua vez, deforma a membrana, podendo levá-la ao rompimento. No caso de se atingir a pressão máxima nominal do dispositivo (maior avanço do êmbolo) sem que a membrana atinja seu limite de resistência, o tubo de baixa pressão pode ser conectado ao de alta pressão e, em seguida, acoplado a uma bomba de vácuo. Desse modo, é possível aumentar a diferença de pressão, aumentando a chance de rompimento da membrana. Com base em fundamentos e critérios de falha, realizou-se uma análise estrutural do dispositivo visando determinar sua segurança operacional. Assim, foi possível estabelecer uma relação entre a pressão e o avanço do êmbolo no interior do tubo. Isso permitiu calcular a pressão máxima teórica de operação do dispositivo. Após testes preliminares e ajustes do projeto, foram realizados três experimentos, nos quais utilizaram-se membranas de plástico PP aluminizado. Com base nos dados obtidos, construíram-se curvas de pressão em função do volume. A partir da análise das curvas experimentais constatou-se a concordância com a previsão teórica. Concluiu-se que o dispositivo construído está apto a operar com segurança, podendo ser empregado para fins didáticos (e.g., experimento de Boyle - Mariotte), com possibilidade de uso em pesquisa sobre resistência dos materiais.