Quels sont les résultats d’une EVC ?
Encadré 10 Changement climatique et catastrophes Le climat de la planète est en train de changer, principalement à cause
O projeto do calorímetro de N2L utilizado neste estudo pode ser visualizado na Figura 4.14. A Figura 4.14a apresenta os componentes principais para o ensaio de
calorimetria com N2L: dispositivo para a movimentação do corpo de prova da posição
horizontal até a cuba criogênica (dewar), dewar para armazenar o N2L e balança para
monitorar a vaporização do N2L durante o ensaio de calorimetria. A Figura 4.14b
apresenta o posicionamento do dispositivo de movimentação em relação ao deslocador linear e em relação à mesa de suporte63.
(a) (b)
Figura 4.14 – a) Principais componentes da bancada experimental para os ensaios de calorimetria: 1
– Dispositivo de para a movimentação do corpo de prova; 2 – Dewar; 3 – Balança digital e b) posicionamento do dispositivo em relação ao deslocador linear e em relação à mesa de suporte.
63 Modificações não contempladas no projeto foram realizadas ao longo dos experimentos como, por
exemplo, a fixação do dispositivo à mesa de suporte para a diminuição da oscilação do mesmo durante a movimentação do CP.
Neste trabalho, escolheu-se a posição plana de soldagem. Portanto, após o término da soldagem, necessita-se movimentar a chapa em 90° e soltá-la dentro do
dewar, para o início do ensaio de calorimetria. A literatura [3,7,11,21] recomenda que
o tempo de movimentação não exceda os 5s, pois caso o tempo exceda este valor, erros significativos pode ser alcançados no valor de energia medida no ensaio, conforme descrito na seção 2.2.3. Arevalo [11] foi o primeiro a automatizar esta movimentação, com o intuito de diminuir o erro humano neste processo, e obteve um tempo médio próximo dos 3,5 s. O dispositivo construído por Arevalo [11] foi utilizado em diversos estudos posteriores [7,12,23,39]. Com a finalidade de garantir um tempo de movimentação menor que 5s, projetou-se um dispositivo com um número menor de movimentos, em comparação ao dispositivo construído por Arevalo [11] (Figura
2.50). A Figura 4.15 apresenta o dispositivo projetado neste estudo com apenas dois
movimentos, a descida do corpo de prova seguida da liberação do mesmo no dewar.
Figura 4.15 – Sequência da movimentação do corpo de prova até o dewar para o ensaio de
da Mettler Toledo® com 30 kg de capacidade máxima e 5 g de resolução. Entretanto,
5 g de resolução não se mostrou adequado para a medição da massa depositada durante a soldagem65, utilizando-se para este fim uma balança Marte® de 2 kg de
capacidade máxima e 0,01g de resolução. Para a aquisição dos dados de massa durante o ensaio, utilizou-se uma WebCam66 posicionada em frente do visor digital da
balança (Figura 4.16b), similar à metodologia utilizada por Pépe [3]. Após a filmagem, os dados de massa (Figura 4.17) são obtidos através dos frames (ou quadros) do arquivo de vídeo67.
(a) (b)
Figura 4.16 – a) Recipiente dewar de aproximadamente 10 litros posicionado em cima da balança
para o ensaio de calorimetria e b) sistema de monitoramento de variação de massa de N2L.
64 O recipiente dewar foi fabricado por encomenda com as suas dimensões idealizadas neste estudo,
tendo duas dimensões escolhidas em das dimensões máximas dos CP. Escolheu-se o valor de 175
mm de diâmetro interno para garantir que o CP com 120 mm de largura entrasse no dewar com alguma
folga, e o valor de 400 mm de altura interna útil foi idealizado de modo a garantir a total submersão do CP no N2L.
65 Para o cálculo da massa depositada são necessárias duas medições da massa do CP, uma antes e
outra após a soldagem.
66 Primeiramente foi considerado o uso de uma WebCam, mas adotou-se por fim a utilização da câmera
de um celular, devido a qualidade superior da câmera e possibilidade de gravar os vídeos no mesmo.
67 A obtenção dos dados de massa via análise dos frames do vídeo é um processo cansativo,
Figura 4.17 – Dados de massa durante o ensaio de calorimetria obtidos através da análise dos
frames da filmagem do visor da balança digital.
A Figura 4.18a apresenta o CP posicionado no dispositivo de movimentação, durante o processo de soldagem, momentos antes do início do ensaio de calorimetria pós soldagem. Já a Figura 4.18b apresenta o CP posicionado dispositivo de movimentação para o ensaio de calorimetria à temperatura ambiente.
(a) (b)
Figura 4.18 – Chapa posicionada no dispositivo de movimentação, alguns instantes antes do início do ensaio de calorimetria a) após a soldagem e b) à temperatura ambiente.
identificar quatro regiões distintas [7].
Figura 4.19 – Leitura dos dados de massa durante o ensaio de calorimetria [7].
Na Figura 4.19, a região 1 é referente ao momento antes da inserção do corpo de prova no dewar, onde ocorre somente a evaporação do N2L, proveniente da troca
de energia com o meio ambiente. A região 2 é caracterizada pelo aumento de massa devido à inserção do corpo de prova no dewar. Na região 3 ocorre uma vaporização mais acelerada do N2L em virtude da troca de energia com o corpo de prova. A região 4 se inicia a partir do momento em que CP e o N2L atingem o equilíbrio térmico, no
entanto, o N2L continua a trocar energia com o meio, retornando a uma taxa de
evaporação similar à da região 1.
Conforme descrito na seção 2.2.3, para a obtenção da energia absorvida 𝐸𝑎𝑏𝑠
no ensaio de calorimétrica, devido somente à transferência de energia do arco elétrico
68 Vaporização: Mudança de fase de líquido para gasoso.
para a chapa, são necessários dois ensaios de calorimetria. No primeiro ensaio, realizado imediatamente após a soldagem, obtém-se a energia absorvida pelo N2L
(𝐸𝑎𝑏𝑠,𝑠) resultante somente da troca de energia com o CP aquecido pelo arco elétrico70.
Analogamente, na segunda etapa, obtém-se a parcela da energia absorvida pelo N2L
(𝐸𝑎𝑏𝑠,0) resultante somente da troca de energia com o CP na temperatura ambiente. Após a obtenção dos valores de 𝐸𝑎𝑏𝑠,𝑠 e 𝐸𝑎𝑏𝑠,0, 𝐸𝑎𝑏𝑠 pode ser obtivo através de:
𝐸𝑎𝑏𝑠= 𝐸𝑎𝑏𝑠,𝑠− 𝐸𝑎𝑏𝑠,0 (50)
ou
𝐸𝑎𝑏𝑠 = 𝐿𝑣𝑎𝑝,𝑁2 (𝑚𝑣𝑎𝑝,𝑠− 𝑚𝑣𝑎𝑝,0) (51)
sendo 𝐿𝑣𝑎𝑝,𝑁2 a entalpia de vaporização do nitrogênio, adotando-se o valor de 198,4
J/g71, e 𝑚
𝑣𝑎𝑝,𝑠 e 𝑚𝑣𝑎𝑝,0 são os valores de massa vaporizada de N2L durante os ensaios
de calorimetria, respectivamente, pós soldagem e na temperatura ambiente, calculados através de:
𝑚𝑣𝑎𝑝,𝑠 = 𝑚𝐶𝑃+ 𝑚1− 𝑚2− 𝑚𝑒𝑣𝑎 (52)
𝑚𝑣𝑎𝑝,0 = 𝑚𝐶𝑃+ 𝑚1− 𝑚2− 𝑚𝑒𝑣𝑎 (53)
onde 𝑚𝐶𝑃 é a massa do CP, 𝑚1 é referente ao ponto onde o CP começou a exercer
influência na leitura de massa (ponto que separa a região 1 da região 2), 𝑚2 é
referente ao ponto onde o CP entra em equilíbrio com o N2L, 𝑚𝑒𝑣𝑎 é a massa
evaporada no intervalo de tempo onde há troca de energia entre o CP e o N2L (massa
evaporada na região 3)72. A massa 𝑚
𝑒𝑣𝑎 é obtida através:
𝑚𝑒𝑣𝑎=∆𝑡 × 𝑅𝑒𝑣𝑎𝑝=(𝑡2− 𝑡1) × 𝑅𝑒𝑣𝑎𝑝 (54)
70 O CP aquecido após a soldagem, em relação ao N2L, apresenta duas parcelas de energia, uma
parcela é referente à energia transferida pelo arco elétrico e outra parcela é referente à massa do CP na temperatura ambiente. Visto que, o CP na temperatura ambiente está, aproximadamente, 200°C acima da temperatura do N2L.
71 mesmo valor adotado por Arevalo [74] e Liskevych [7]
72 Este termo não é considerado no cálculo por alguns autores como Liskevych [7], talvez por não ter
para cada uma das regiões 1, 2, 3 e 4 da curva de massa. A Figura 4.20 apresenta a curva de massa com as funções aproximadas73 de cada região. Os pontos {𝑚
1, 𝑡1} e
{𝑚2, 𝑡2}, em vermelho, são obtidos, respectivamente, através da solução de um
sistema linear e através da solução de um sistema não linear.
Figura 4.20 – Leitura dos dados de massa durante o ensaio de calorimetria.
4.8.3 Validação dos ensaios de calorimetria para chapa na temperatura