A montagem experimental divide-se em duas partes principais: os componentes es- truturais e os elementos utilizados para a recolha e análise dos dados, referentes ao com- portamento dinâmico da viga, e para a realização do controlo propriamente dito. No Ane- xo I está listado o conjunto de equipamentos e acessórios usados.
Mesa de montagem
Praticamente toda a montagem foi realizada sobre uma mesa de trabalho. Esta é a mesma que Lima [9] utilizou anteriormente e onde grande parte da estrutura já se encon- trava montada. No entanto, todos os componentes foram ajustados para garantir precisão e repetibilidade nos ensaios efetuados.
A mesa é rígida e possui um sistema de isolamento de vibrações entre o tampo e as pernas. Para além disso, toda a armação estrutural adicional está convenientemente fixa à mesa. A viga está encastrada de maneira a não permitir qualquer movimento na zona de encastramento.
Sistema de disparo (imposição das condições iniciais)
Para permitir a rápida e constante libertação da viga das suas condições iniciais (deslocamento inicial imposto), adaptou-se um solenoide de um contactor para trancar a viga na posição desejada e, aquando da ordem do controlador, este atua e solta a viga. Para se evitar as perturbações induzidas pelo solenoide na resposta da viga, este só volta a retomar a posição inicial após realizada a medição da resposta. O solenoide, alimentado a 24V, foi posicionado numa estrutura secundária, a uma distância que proporcionasse à viga um deslocamento lateral inicial de, aproximadamente, 15mm (Figura 4.1).
Sensor de posição laser
O sensor laser foi igualmente montado numa estrutura secundária, a uma distância da posição de equilíbrio da viga, conforme as indicações do fabricante (95 mm), tal como representado na Figura 4.1. Como a superfície da viga é metálica, poderiam surgir proble- mas de reflexão do laser. Assim, optou-se por colar na superfície da viga um pouco de ma- terial fino e autocolante, pintado de preto fosco, para melhorar as condições de medição.
Figura 4.1 - Colocação do solenoide e do laser.
Montagem e isolamento elétrico dos cristais
Para a realização da componente experimental deste trabalho era fundamental ter uma viga com os cristais piezoelétricos. A viga utilizada por Lima [9] já não se encontrava em bom estado, pois um dos cristais estava estalado. Para além disso, nos ensaios realiza- dos com esta viga como testes, notou-se que, quando a tensão aplicada ao atuador se aproximava de 150V, havia contaminação da tensão lida no sensor, devido ao fraco isola- mento elétrico entre os componentes (apenas existia cola entre a face condutora do cristal
e a viga). Todos estes aspetos levaram a que se tenha decidido construir uma estrutura nova.
Neste caso, os cristais foram colados a 5mm do encastramento, que será o mesmo que dizer que o seu centro ficou a 20mm da linha de encastre (Figura 4.2). Não sendo esta a localização ótima [87], foi o sítio mais próximo do encastre onde foi possível efetuar a colagem e ligação dos piezos sem comprometer a sua integridade.
Para se conseguir fazer a ligação elétrica entre as faces interiores dos elementos e os fios de ligação, foi necessário introduzir uma pequena tira de uma folha de cobre com 0.10mm de espessura entre o cristal e a viga. Com o ferro de soldar conseguiu-se ainda soldar a face do piezo à tira de cobre com um pouco de estanho, sem que isso tivesse au- mentado significativamente a espessura total do conjunto. Desta forma, foi possível ter uma boa superfície (exterior) para soldar ambos os fios elétricos, garantindo uma excelente condutibilidade elétrica entre os fios e as faces interiores dos piezos (esquema auxiliar da Figura 4.2).
Figura 4.2 - Esquema da colocação da folha de cobre e dos cristais.
Quanto à construção da estrutura em si, dois dos principais problemas encontrados foram a colagem e o isolamento dos cristais. Antes de se proceder à colagem dos cristais passou-se uma lixa para despolir a superfície e desengordurou-se tudo com álcool. Primei- ramente optou-se por utilizar Araldite (epóxi) para fazer a colagem e por inserir uma ca- mada de fita de kapton entre a superfície do atuador e a viga, para isolar eletricamente os cristais.
Depois de deixar a estrutura com um grampo a exercer pressão sobre os piezos numa estufa durante 24h a 60º, ao realizar-se os primeiros ensaios com a viga rapidamente se
percebeu que o amortecimento intrínseco da estrutura (viga + cristais, sem qualquer tipo de atuação) era demasiado elevado para se conseguir realizar o estudo desejado. Como a atenuação da vibração era excessivamente elevada, a atuação realizada tornava-se prati- camente impercetível. Numa segunda tentativa de construir a estrutura, decidiu-se utilizar etilcianoacrilato (Super Cola3 da Henkel) por ser mais rígida e, assim, tentar melhorar o comportamento da estrutura. De igual forma, utilizou-se fita de kapton para isolar mas, desta vez, do lado do sensor. Embora o lado do atuador seja o que lida com maiores ten- sões e fosse mais seguro não deixar passar sequer essa tensão para a viga, optou-se por trocar a fita para o lado do sensor, para não provocar possíveis problemas de eficácia da atuação. Mais uma vez, deixou-se a cola secar devidamente (3 dias sem utilização) com um grampo a exercer pressão. Ensaios posteriores demonstraram que este método se mos- trou eficaz. Também o uso da fita de kapton se revelou eficiente do ponto de vista do iso- lamento do sinal do sensor.
Resumidamente, quer a cola quer o processo de colagem, se revelaram bastante mais importantes do que aquilo que se estava à espera.