Relatório - Ensaio de Torção

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 SISTEMA DE ENSINO PRESENCIAL CONECTADO 
 JOSE CARLOS ALVES DA SILVA 
 ENGENHARIA AMBIENTAL 
 RA: 3506355704 
 
 
 
Ensaio de torção 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caruaru 
 Outubro 2024 
 
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JOSE CARLOS ALVES DA SILVA 
 
 
 
 
 
 
Ensaio de torção 
 
 
 
 
Trabalho apresentado ao Curso engenharia 
ambiental da UNOPAR - Universidade Pitágoras 
Unopar, para a disciplina fenómeno e transporte. 
 Prof. Tatiana Peres Vanzella Schreiner 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caruaru 
Outubro 2024 
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Sumário 
 1 
1. OBJETIVO ............................................................................................................ 4 
2. RESUMO................................................................................................................ 5 
3. INTRODUÇÃO TEÓRICA ............................................................................... 6 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .......................................................... 7 
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ..................................................................... 9 
6. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 16 
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. OBJETIVO 
Apresentar os resultados obtidos a partir do ensaio de torção realizado em 
corpos de prova cilíndricos de diferentes materiais metálicos, incluindo alumínio, 
latão, cobre, aço carbono e ferro fundido. 
 
O ensaio teve como finalidade determinar as propriedades mecânicas 
desses materiais quando submetidos a esforços de torção. Trabalho Realizado: 
No ensaio, os corpos de prova foram submetidos a uma carga rotativa até a 
ruptura, enquanto eram registrados o torque aplicado e o ângulo de torção. Esses 
dados foram essenciais para a análise das propriedades de resistência e 
deformação dos materiais. 
 
Método Experimental: Utilizou-se uma máquina específica para ensaio de 
torção, onde os corpos de prova foram fixados em uma extremidade e a outra 
extremidade foi rotacionada. A medição do torque aplicado e do ângulo de torção 
foi realizada até a fratura dos corpos de prova. A partir desses dados, foram 
calculadas as tensões e deformações cisalhantes, gerando gráficos de tensão 
versus deformação. Por meio desses gráficos, determinaram-se propriedades 
mecânicas como o módulo de elasticidade, o limite de escoamento e a 
resistência à torção dos materiais testados. 
 
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2. RESUMO 
 
Este relatório apresenta os resultados do ensaio de torção realizado em 
corpos de prova cilíndricos de alumínio, latão, cobre, aço carbono e ferro fundido, 
visando determinar suas propriedades mecânicas sob esforços de torção. 
Utilizando uma máquina específica, os corpos de prova foram fixados em uma 
extremidade e rotacionados na outra até a ruptura, enquanto se registravam o 
torque aplicado e o ângulo de torção. Os dados obtidos permitiram calcular as 
tensões e deformações cisalhantes, gerando gráficos de tensão versus 
deformação. Esses gráficos possibilitaram a determinação de propriedades 
mecânicas como módulo de elasticidade, limite de escoamento e resistência à 
torção. As análises revelaram diferenças significativas nas propriedades 
mecânicas dos materiais testados, contribuindo para a seleção adequada de 
materiais em aplicações sujeitas a torção. 
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3. INTRODUÇÃO TEÓRICA 
 
O ensaio de torção é fundamental para a determinação das propriedades 
mecânicas dos materiais metálicos, como resistência e deformação, quando 
submetidos a esforços rotativos. 
A motivação para a realização deste ensaio reside na necessidade de 
compreender o comportamento dos materiais sob condições que simulam 
aplicações reais em engenharia, como eixos de transmissão e componentes 
estruturais. 
Historicamente, estudos sobre torção remontam ao século XIX, com 
trabalhos pioneiros de Coulomb e Navier, que estabeleceram as bases teóricas 
da mecânica dos materiais. Atualmente, o ensaio de torção é amplamente 
utilizado para avaliar a resistência ao cisalhamento e a ductilidade dos materiais, 
parâmetros essenciais para a seleção e o design de componentes mecânicos. 
O procedimento experimental envolve a fixação de um corpo de prova 
cilíndrico em uma extremidade, enquanto a outra extremidade é rotacionada, 
aplicando-se um torque até a ruptura do material. As medições do torque 
aplicado e do ângulo de torção permitem a construção de gráficos de tensão 
versus deformação, a partir dos quais se derivam propriedades como o módulo 
de elasticidade e o limite de escoamento. Modelos matemáticos pertinentes 
incluem a equação de torção de Timoshenko e a fórmula de tensão cisalhante, 
 
onde τ é a tensão cisalhante, T é o torque, R é o raio do corpo de prova e J é o 
momento polar de inércia. Estes modelos são essenciais para a análise dos 
resultados e a validação das propriedades mecânicas dos materiais testados. 
 
 
 
 
 
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4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
O ensaio de torção foi realizado utilizando uma máquina específica para este 
tipo de teste, com o objetivo de determinar as propriedades mecânicas dos 
corpos de prova cilíndricos de diferentes materiais (alumínio, latão, cobre, aço 
carbono e ferro fundido). 
Os corpos de prova foram inicialmente posicionados na mesa e, utilizando 
um paquímetro, foram medidas as dimensões iniciais de diâmetro e 
comprimento. 
Em seguida, os corpos de prova foram movidos para a máquina de ensaio, 
acoplando o carro deslizante e ligando o sistema de medição. Para aplicar o 
torque, uma pré-carga foi inicialmente aplicada girando o volante da máquina até 
que o sistema de medição registrasse valores mínimos para o momento torsor e 
ângulo. 
O sistema de medição foi zerado para garantir precisão, e o torque foi então 
aplicado até que o corpo de prova se rompesse. Durante este processo, foram 
anotados os valores do momento e do ângulo em intervalos regulares, 
proporcionando dados essenciais para a análise das propriedades de resistência 
e deformação dos materiais. 
Após a ruptura dos corpos de prova, os valores de momento e ângulo foram 
novamente zerados, e os corpos de prova rompidos foram removidos e 
descartados. Este procedimento foi repetido para cada material, garantindo a 
obtenção de dados comparáveis. 
Com os dados coletados, foram construídos gráficos de Tensão (MPa) x 
Deformação (γ), permitindo a determinação do módulo de elasticidade, limite de 
escoamento e limite de resistência à torção de cada material. Estes passos 
asseguram que o leitor possa replicar o experimento e obter resultados 
semelhantes. 
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5. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
 
Os resultados obtidos dos ensaios de torção demonstram a variabilidade das 
propriedades mecânicas entre diferentes materiais metálicos. O módulo de 
elasticidade, que indica a rigidez do material, variou significativamente, com o 
aço carbono apresentando o maior valor (478 MPa) e o alumínio o menor (306.4 
MPa). Esta variabilidade está em concordância com as características típicas 
desses materiais, onde materiais como o aço carbono são conhecidos por sua 
alta rigidez em comparação com metais mais dúcteis como o alumínio. Os limites 
de escoamento e de resistência à torção também refletem as propriedades 
inerentes dos materiais testados. 
 
O cobre e o aço carbono apresentaram altos limites de resistência à torção, 
indicando sua capacidade desuportar grandes cargas antes de fraturarem. Por 
outro lado, o alumínio, embora tenha apresentado boa resistência, fraturou em 
tensões menores comparado aos outros materiais. Ao comparar os resultados 
experimentais com a teoria, observamos uma boa concordância na maior parte 
dos casos. 
 
As discrepâncias menores podem ser atribuídas a fatores como imperfeições 
nos corpos de prova, precisão dos equipamentos de medição e condições 
ambientais durante os ensaios. Por exemplo, pequenas variações nos valores 
do módulo de elasticidade podem surgir devido a diferenças na composição do 
material e na homogeneidade dos corpos de prova. 
 
A teoria assume condições ideais e materiais perfeitamente homogêneos, o 
que nem sempre é o caso nos experimentos práticos, os ensaios de torção 
realizados forneceram uma visão clara das propriedades mecânicas dos 
materiais testados, confirmando tanto as expectativas teóricas quanto as 
características práticas observadas em aplicações reais. O entendimento dessas 
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propriedades é crucial para a seleção de materiais em projetos de engenharia, 
garantindo segurança e eficiência nas estruturas e componentes fabricados. 
 
Resultados do ensaio de torção com Alumínio: 
 
 
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Resultados do ensaio de torção com Latão: 
 
 
 
 
 
 
 
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Resultados do ensaio de torção com Cobre: 
 
 
 
 
 
 
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Resultados do ensaio de torção com Aço Carbono: 
 
 
 
 
 
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Resultados do ensaio de torção com Ferro Fundido: 
 
 
 
 
 
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Conclusões e cálculos finais: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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6. CONCLUSÃO 
 
O ensaio de torção realizado em corpos de prova cilíndricos de diferentes 
materiais metálicos (alumínio, latão, cobre, aço carbono e ferro fundido) forneceu 
insights valiosos sobre as propriedades mecânicas desses materiais. 
Os resultados obtidos permitiram determinar os valores do módulo de 
elasticidade, limite de escoamento e limite de resistência à torção para cada 
material, confirmando suas características típicas documentadas na literatura. 
 O aço carbono destacou-se por sua elevada rigidez e resistência à torção, 
enquanto o alumínio, mais dúctil, apresentou menor resistência. O cobre 
mostrou-se como um material com excelente resistência à torção, rivalizando 
com o ferro fundido. 
Essas informações são cruciais para a seleção de materiais em aplicações 
que envolvem esforços de torção, garantindo a segurança e a eficiência das 
estruturas e componentes. O método experimental empregado mostrou-se eficaz 
para a caracterização das propriedades mecânicas dos materiais. 
No entanto, para aprimorar a precisão dos resultados, sugere-se a utilização 
de corpos de prova com maior homogeneidade e controle mais rigoroso das 
condições de ensaio. A adoção de técnicas avançadas de medição, como 
sensores digitais de alta precisão, também pode contribuir para a redução das 
variabilidades observadas. 
Em suma, este trabalho reforçou a importância dos ensaios de torção na 
caracterização dos materiais e forneceu dados essenciais para a aplicação 
prática dos mesmos em projetos de engenharia, contribuindo para a segurança 
e a eficiência das estruturas e componentes projetados. 
 
 
 
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
CALLISTER, W. D., & Rethwisch, D. G.. Materials Science and 
Engineering: An Introduction. Wiley, 2014. 
 
DIETER, G. E. Mechanical Metallurgy. McGraw-Hill. 1986. 
SHIGLEY, J. E., & Mischke, C. R. Mechanical Engineering Design. 
McGraw-Hill, 1989. 
 
ASTM International. STANDARD Test Method for Shear Modulus at 
Room Temperature, 2013. 
 
https://cogna.grupoa.education/sagah/object/default/89762339