Desenvolvimento de um dispositivo automatizado para ensaios de flexão instrumentado por rastreamento óptico de deslocamento

Abstract

A determinação precisa das propriedades mecânicas de materiais é essencial para o desenvolvimento de componentes estruturais, sensores e filmes finos na engenharia moderna. No entanto, a caracterização desses materiais enfrenta desafios logísticos e econômicos, uma vez que máquinas universais de ensaios comerciais possuem custos elevados, restringindo o acesso em laboratórios de ensino e pesquisa com recursos limitados. Diante deste cenário, este trabalho teve como objetivo desenvolver e validar um protótipo automatizado de valor mais econômico para a medição de tensões mecânicas, utilizando o método de flexão em três pontos. A metodologia baseou-se na integração de uma estrutura mecânica rígida, fabricada em alumínio, com um sistema de atuação controlado eletronicamente. O hardware utiliza um parafuso micrométrico acoplado a um motor de passo e gerenciado por um microcontrolador Arduino, garantindo a aplicação de deslocamentos com resolução micrométrica. Para o controle e processamento de dados, desenvolveu-se um software em linguagem Python que realiza a automação do sistema e a aquisição de imagens para análise de deformação por rastreamento óptico de deslocamento. Os resultados experimentais validaram a eficácia do sistema demonstrando alta correlação entre a curva de deslocamento comandado pelo motor e a deformação real mensurada opticamente. O dispositivo provou ser capaz de monitorar o comportamento de materiais flexíveis em tempo real, utilizando modelos elásticos teóricos para validar a integridade dos ensaios e alertar sobre limites operacionais de força, oferecendo uma alternativa de baixo para o estudo da engenharia garantindo qualidade de aprendizado.