Quantos kN você precisa: dimensionar a máquina pelo corpo de prova

A capacidade da máquina sai de uma conta com dois números: a área da seção do corpo de prova e a resistência do material. Com dois exemplos fechados.

É a pergunta que trava o pedido de orçamento. O comprador sabe o material, sabe a norma, e não sabe se pede 50 kN, 100 kN ou 300 kN. Como errar para cima custa caro e errar para baixo inutiliza a máquina, o pedido fica parado.

A conta que responde isso tem dois números, e os dois você já tem.

A conta

Força de ruptura é a área da seção do corpo de prova multiplicada pela resistência do material. Em unidades que fecham direto: área em milímetro quadrado, resistência em megapascal, resultado em newton.

Exemplo 1, chapa de aço. Corpo de prova retangular de 12,5 mm por 3 mm, que dá 37,5 mm² de seção. Aço com limite de resistência de 500 MPa. A conta fecha em 18.750 N, ou seja, 18,7 kN.

Exemplo 2, barra redonda. Diâmetro de 10 mm, que dá 78,5 mm² de seção. Aço mais resistente, 600 MPa. A conta fecha em 47.100 N, ou 47,1 kN.

Repare que dobrar a resistência do material importa menos do que aumentar a seção, porque a área cresce com o quadrado do diâmetro. Um corpo de prova de 20 mm em vez de 10 mm quadruplica a força.

A margem, e por que ela não é exagero

Ninguém compra a máquina pelo número exato da conta. A capacidade precisa ficar acima do maior ensaio previsto, por três motivos concretos.

• O material varia. O valor de catálogo é nominal. Lote real chega acima dele, e o corpo de prova mais resistente do ano é justamente o que você não quer que estoure a máquina.
• A norma pode mudar de corpo de prova. Seção maior, mesma conta, força bem maior.
• O ensaio de amanhã. Material novo na linha, cliente novo, exigência nova de cliente.

Na prática, uma máquina dimensionada com folga sobre o maior ensaio previsto cobre a operação por anos. Quem aperta o dimensionamento troca de máquina cedo.

O erro que ninguém conta: capacidade grande demais mede mal o ensaio pequeno

Este é o contrapeso, e é o que impede a resposta preguiçosa de comprar sempre a maior.

A célula de carga é verificada por faixa, e o erro relativo cresce na parte baixa da escala. Ensaiar uma amostra de 2 kN numa máquina de 300 kN coloca a medição no fundo da escala, onde ela é menos confiável, e isso aparece no laudo.

Se o seu laboratório ensaia coisas muito diferentes, borracha e aço na mesma bancada, a saída costuma ser célula de carga intercambiável em vez de uma máquina enorme.

O que mais consome capacidade e passa despercebido

• A garra. Ela tem capacidade própria, e não adianta a máquina aguentar 100 kN se a garra aguenta 30 kN.
• O dispositivo de flexão ou compressão. Mesmo raciocínio, e ele costuma ser dimensionado depois, no susto.
• O curso. Material que alonga muito pede curso, não força. É outro eixo do dimensionamento, e é o que reprova máquina comprada só pelo kN.

Compressão é outra conta

Em ensaio de compressão a área que trabalha costuma ser bem maior que a de um corpo de prova de tração, e a força sobe junto. Concreto, espuma e embalagem chegam a capacidades que a mesma bancada de tração não alcança. Vale refazer a conta para cada ensaio em vez de assumir que a máquina de tração cobre tudo.

Você não precisa chegar com o número pronto

A conta acima serve para você entrar na conversa sabendo a ordem de grandeza, e é isso que evita orçamento inflado. O dimensionamento formal sai do seu corpo de prova e da norma do ensaio, e entra na proposta da máquina universal com o motivo escrito.

Diga qual material, qual seção e qual norma. O resto é nosso.