Projeto e construção de um freio de Prony para bancada de medição de torque

Introdução

O freio de Prony é um dispositivo mecânico empregado na determinação experimental do torque e da potência de máquinas rotativas, baseando-se na aplicação de uma força de atrito sobre um elemento solidário ao eixo e na medição da força de reação por meio de um braço de alavanca. Em ambientes de ensino, equipamentos desse tipo possibilitam relacionar conceitos teóricos de mecânica a atividades experimentais. Nesse contexto, o desenvolvimento de uma solução simples, funcional, de baixo custo e de fácil manutenção pode ampliar as possibilidades de realização de ensaios didáticos com motores de pequeno porte e outros sistemas rotativos.

Objetivo

Projetar, construir e avaliar um freio de Prony funcional para determinação do torque resistivo e da potência mecânica, visando sua aplicação em experimentos didáticos com máquinas rotativas de pequeno porte em laboratórios de Engenharia Mecânica.

Método

O trabalho compreendeu revisão bibliográfica, concepção e dimensionamento mecânico, modelagem computacional, simulações estruturais pelo método dos elementos finitos, fabricação, instrumentação, calibração e ensaios experimentais. Inicialmente, foi construído um protótipo em madeira para avaliação da geometria e do mecanismo. Após alterações de concepção, foi fabricado o dispositivo final utilizando pastilhas de freio como elementos de contato com o eixo. O sistema de aquisição empregou célula de carga, módulo conversor e microcontrolador. A calibração foi realizada mediante aplicação de massas previamente aferidas e ajuste por regressão linear. O equipamento final foi ensaiado em três faixas de rotação, sendo os dados convertidos em força e torque e posteriormente analisados.

Resultados e discussão

O protótipo inicial permitiu avaliar a geometria do mecanismo, enquanto as simulações estruturais indicaram capacidade para suportar as cargas consideradas. A solução inicialmente proposta, na qual o próprio braço de alavanca envolveria diretamente o eixo, apresentou limitações relacionadas à necessidade de tolerâncias estreitas de fabricação e à dificuldade de adaptação e manutenção. Por isso, o projeto final incorporou um par de pastilhas de freio como elementos de contato, favorecendo a montagem, a substituição de componentes e a padronização da fabricação. Após a construção, a calibração da célula de carga por regressão linear possibilitou converter o sinal adquirido em valores de massa, força e torque. Nos ensaios realizados em três faixas de rotação, o torque resistivo permaneceu aproximadamente constante. Esse comportamento indica que, nas condições avaliadas, a variação da potência esteve relacionada principalmente à velocidade angular. Os resultados demonstraram, portanto, a funcionalidade do dispositivo para a finalidade proposta.

Conclusão

O desenvolvimento resultou em um freio de Prony funcional, integrado a um sistema de aquisição de dados capaz de determinar o torque resistivo em diferentes condições de rotação. Os ensaios demonstraram a viabilidade do equipamento para aplicações didáticas. Como continuidade, recomenda-se ampliar os ensaios experimentais e avaliar de forma mais abrangente a precisão e a repetibilidade do sistema.

Palavras-chave

• Freio de Prony
• Torque
• Potência mecânica
• Instrumentação
• Engenharia Mecânica