UNIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA POLITCNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM MECANISMO DE IMPRESSO BRAILLE POR MEIO

DE AR COMPRIMIDO

Kelvin Yuso Tamura

Vitor Zago de Almeida Paciello

So Paulo

2010

2

UINIVERSIDADE DE SO PAULO ESCOLA POLITCNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

ESTUDO DE VIABILIDADE DE UM MECANISMO DE IMPRESSO BRAILLE POR MEIO

DE AR COMPRIMIDO

Trabalho de formatura apresentado Escola

Politcnica da Universidade de So Paulo para

obteno do ttulo de Graduao em Engenharia

Kelvin Yuso Tamura

Vitor Zago de Almeida Paciello

Orientador: Ral Gonzales Lima

rea de Concentrao:

Engenharia Mecnica

So Paulo

2010

3

Ficha catalogrfica

Tamura, Kelvin Yuso e Paciello, Vitor Zago de Almeida

Estudo de viabilidade de um mecanismo de impresso Braille por meio de ar

comprimido, por K.Y. Tamura e V.Z.A. Paciello. So Paulo : EPUSP, 2010.

23p.

Trabalho de formatura Escola Politcnica da Universidade de So Paulo.

Departamento de Engenharia Mecnica.

1. Impresso Braille por ar comprimido 2. Mtodo dos elementos finitos

3. Mecanismo de liberao de ar comprimido |. Universidade de So Paulo.

Escola Politcnica. Departamento de Engenharia Mecnica |||. t .

4

Resumo

O presente trabalho apresenta um estudo de viabilidade de um mecanismo de

impresso em Braille por ar comprimido. Tal mecanismo deve ser capaz de

conformar o papel por meio de uma rpida liberao de ar comprimido, sobre um

pino fixo, obedecendo norma de padronizao da escrita Braille NBR9050. Para

isto, o texto apresenta uma anlise por elementos finitos de uma simulao da

conformao do ponto Braille na folha de papel. Um estudo detalhado de um

mecanismo capaz de promover uma rpida liberao de ar comprimido, assim como,

um do pino fixo. Alm disto, este texto apresenta uma descrio da construo do

prottipo desenvolvido para se comprovar as anlises tericas apresentadas neste

escopo, e o projeto do mecanismo adaptado para a utilizao em impresso.

5

Abstract

This paper presents a viability study for a mechanism for printing in Braille by

compressed air. Such mechanism must be capable of conforming a sheet of paper,

on a fixed pin, by rapidly releasing compressed air and following the Standard of

standardization of Braille NBR9050. For this, the text provides an analysis by finite

elements of a simulation of the conformation of Braille point on a sheet of paper. A

detailed study of a mechanism capable of promoting a rapid release of compressed

air, as well as, one of the fixed pin. Moreover, this text also provides a description of

the construction of the prototype that will be developed to verify the theoretical

analysis presented in this scope, and a design mechanism adapted for use in printing.

6

Lista de Figuras

Figura 1- Cela Braille.........................................................................................................................12

Figura 2 Foras atuantes no papel....................................................................................................13

Figura 3 Foras resultantes na regio do papel em contato com o pino...........................................14

Figura 4 - Pino a ser simulado. Linha tracejada delimita possveis reas para aplicao de

presso........................................................................................................................................15

Figura 5- Slido criado por extruso de um retngulo......................................................................17

Figura 6 - Circunferncias criadas no "partition face: sketch"...........................................................18

Figura 7 - Presso aplicada na regio compreendida entre as duas circunferncias..........................19

Figura 8- Slido com carregamentos e condies de fronteira..........................................................20

Figura 9 - Malha criada pelo comando mesh part instance............................................................21

Figura 10 - Resultado obtido na anlise do experimento de Kaihami [3]..........................................22

Figura 11 - Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 8,0 mm.....................24

Figura 12 Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 5,0 mm....................25

Figura 13 Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 3,4 mm.....................25

Figura 14 - Funcionamento do mecanismo de liberao de ar comprimido: a)- mecanismo travado

em sua posio inicial; b)-Configurao do mecanismo aps a liberao do martelo; c)-

Mecanismo recarregado.............................................................................................................29

Figura 15 - Localizao do reservatrio de ar, do corpo da vlvula e da cmara de

coliso.........................................................................................................................................30

Figura 16 Disposio das peas do gatilho para o marcador na posio no

carregada.....................................................................................................................................30

Figura 17 Disposio do conjunto do gatilho na posio carregada................................................31

Figura 18 Posio do conjunto ao se puxar o gatilho.......................................................................32

Figura 19 Dimenses do pino...........................................................................................................34

Figura 20- Foto do pino de teste.........................................................................................................37

Figura 21 - Foto do disparo do marcador sobre o papel.....................................................................37

Figura 22 Croqui da base do prottipo. ..........................................................................................40

Figura 23 Croqui da barra lateral.....................................................................................................40

7

Figura 24 Croqui da barra superior.................................................................................................41

Figura 25 Imagem do prottipo construdo.....................................................................................42

Lista de tabelas

Tabela 1 - Valores dos dimetros do bocal e presso do pino ensaiados....................................... 23

Tabela 2 - Resultados obtidos pelo teste do prottipo........................................................................38

Tabela 3 Composio dos anis de vedao e o tipo de lubrificante apropriado............................48

Tabela 4 Falha nos componentes do marcador................................................................................48

8

Sumrio

1. INTRODUO..............................................................................................................................9

2. REVISO BIBLIOGRFICA.................................................................................................... 10

2.1 Norma NBR9050 ..................................................................................................................... 11

3. -MATERIAIS E MTODOS ...................................................................................................... 12

3.1 Estudo dos esforos sobre o papel ......................................................................................... 12

3.2 Anlise por elementos finitos ................................................................................................ 14

3.2.1 - Anlise do experimento de Fbio J.K. ............................................................................ 15

3.2.2. - Resultado das simulaes .............................................................................................. 21

3.2.2.1 - Anlise do experimento realizado por Kaihami .......................................................... 21

3.2.2.2 - Determinao do dimetro do bocal ............................................................................ 22

3.2.2.3 - Caso dimetro do bocal =8,0mm ................................................................................. 23

3.2.2.4 - Caso dimetro do bocal =5,0mm ................................................................................. 24

3.2.2.5 - Caso dimetro do bocal =3,4mm ................................................................................. 25

3.2.3. - Discusso dos resultados da anlise por elementos finitos ............................................ 26

3.3 - Estudo preliminar do mecanismo de liberao do ar comprimido ........................................ 27

3.3.1 - Funcionamento do sistema ............................................................................................. 28

3.3.2 - Mecanismo do gatilho..................................................................................................... 30

3.3.3 - Dimensionamento do bocal ............................................................................................ 32

3.3.4 - Estudo do pino ................................................................................................................ 33

3.3.5 - Estudo do sistema de deslocamento vertical .................................................................. 34

3.4 - Testes preliminares do prottipo ........................................................................................... 35

3.4.1 - Descrio do equipamento .............................................................................................. 36

3.4.2 - Procedimentos experimentais ......................................................................................... 36

3.4.3 - Resultados obtidos no experimento ................................................................................ 37

3.4.4 - Discusso dos resultados dos testes preliminares ........................................................... 39

3.5 - Construo do prottipo ........................................................................................................ 40

3.6 Projeto do mecanismo de liberao de ar comprimido ......................................................... 42

3.6.1 Lubrificao do mecanismo .............................................................................................. 46

3.6.2 Possveis locais de falha no componente .......................................................................... 48

4. CONCLUSES ............................................................................................................................ 49

5. APNDICE...................................................................................................................................51

6. ANEXO ......................................................................................................................................... 65

7. LISTA DE REFERNCIAS ....................................................................................................... 67

9

1. INTRODUO

Louis Braille, nascido em 1809, em uma pequena cidade da Frana, perdeu a viso com trs

anos de idade em um acidente enquanto brincava na oficina do pai. Aos seus quinze anos, foi

responsvel pela criao e desenvolvimento de um sistema de leitura e escrita para deficientes

visuais. O sistema constitudo por um arranjo de seis pontos em relevo (cela Braille), dispostos em

duas colunas de 3 pontos cada, que combinados entre si, representam as letras do alfabeto. Em

1837, o sistema foi definido como estrutura padro, sendo utilizado mundialmente e conhecido por

sistema Braille.

Atualmente, os pontos em relevo so feitos por meio de impressoras Braille, as quais

utilizam pinos movidos por solenides que so lanados contra o papel para, assim, conform-lo.

Este processo, porm, apresenta um alto custo, devido ao elevado preo dos pinos, que, por serem

extremamente delicados e pequenos, sofrem muito desgaste, o que faz com que tenham que ser

substitudos com certa freqncia.

Por meio de pesquisas de mercado, foi determinado que o valor mdio de venda deste tipo

de impressora no pas de R$ 24.000,00, e, caso o pino responsvel pela conformao do papel seja

danificado, a nica maneira de se consertar o mecanismo por meio da troca completa do carro

(que consiste do sistema de solenide e pino), cujo custo gira em torno de R$ 1500,00. Tal fato

torna o valor de venda dos livros em Braille elevados, e em alguns casos pode comprometer o

acesso de deficientes visuais a tal material.

O presente trabalho ser baseado no trabalho de concluso de curso de Kaihami F.J., o qual

tinha como objetivo a conformao de um ponto Braille sem a utilizao dos pinos movidos por

solenides. Aps diversas tentativas de conformar um ponto no papel, foi verificada a possibilidade

de conformar um ponto de uma cela Braille pela a utilizao de um mecanismo a ar comprimido. O

mecanismo baseado em um marcador de paintball, usualmente conhecido como arma de

paintball, que tem como funo disparar ar comprimido sobre a folha de papel apoiada sobre um

pino esttico.

Diante desse fato, ser feito neste trabalho um estudo de viabilidade do mecanismo capaz de

conformar os pontos em relevo no papel, por meio da utilizao de ar comprimido, de acordo com o

experimento realizado no trabalho de Kaihami F.J.. Tambm ser estudada a viabilidade de se

imprimir uma cela Braille obedecendo norma de escrita em Braille NBR 9050.

Inicialmente, ser realizado um estudo deste experimento por um software de elementos

finitos com a finalidade de se verificar as tenses geradas na folha de papel com a aplicao do ar

comprimido. Tambm, ser estudada a possibilidade de alterar a rea e o formato do bocal do

mecanismo, para a conformao de uma cela Braille.

10

2. REVISO BIBLIOGRFICA

Neste trabalho, alguns conceitos e propriedades de materiais da mecnica dos slidos

devero ser utilizados para determinar a presso de ar comprimido e as dimenses do mecanismo.

As propriedades mecnicas do papel utilizadas sero as obtidas por Fbio Junji Kaihami [3]

Neste trabalho, o autor determinou as propriedades mecnicas do papel para escrita em Braille com

gramatura aproximada de 125g/m2. Como mtodo para determinar o mdulo de elasticidade e o

limite de escoamento, Junji prendeu o papel borda de uma mesa e fotografou a deformao

resultante no papel quando eram colocadas massas de testes sobre ele, tendo como referncia uma

linha no plano da mesa.

Por este procedimento foram obtidos os seguintes valores para o papel:

Tenso limite de escoamento - mx = 39,8 Mpa

Mdulo de elasticidade - E = 2,6 Gpa

Outros valores pertinentes encontrados por Junji so:

Espessura da folha de papel - t = 0.155mm

Densidade do papel - = 40.27kg/m

Para a simulao em elementos finitos o coeficiente de Poisson do papel utilizado ser 0,14

(Paulo G. Magalhes; Paulo R. de A. Figueiredo; Franco G. Dedini, 2006).

Para a determinao da presso de ar comprimido, deve-se utilizar a relao entre presso (P), rea

(A) e fora (F):

A

FP

No dimensionamento do bocal temos a seguinte relao pela teoria de vasos de presso de

parede espessa:

Sendo :

a - raio interno do cilindro

b - raio externo do cilindro

Pi presso interna ao cilindro

Po presso externa ao cilindro

11

tenso no cilindro na direo tangencial

r raio

oiP

r

a

ab

bP

r

b

ab

a

2

2

22

2

2

2

22

2

11

Por esta frmula percebe-se que a maior tenso obtida quando o r = a, ou seja, na parte

interna do cilindro. Assim, para o dimensionamento do bocal a equao se reduz a:

oiescP

ab

bP

a

b

ab

a22

2

2

2

22

2

21

Sendo esc a tenso limite de escoamento do material do bocal.

Substituindo a razo entre o raio externo e o interno por :

oiesc

PP1

21

12

2

2

2

2.1 Norma NBR9050

No sistema Braille, utiliza-se o tato para o reconhecimento dos pontos em uma cela Braille,

portanto, a fim de facilitar a compresso do texto por deficientes visuais, existe a necessidade de

uma padronizao nas dimenses e distncias dos pontos. Esta padronizao descrita pela norma

NBR9050 Acessibilidade a edificaes, mobilirio, espaos e equipamentos urbanos, de

31/06/2004.

De acordo com essa norma, os pontos devem seguir as seguintes dimenses:

Dimetro na base - 2,0mm

Altura do ponto - 0,65mm

Distncia vertical e horizontal entre pontos - 2,7mm

Tais medidas, bem como as referentes cela Braille podem ser visualizadas na figura 1.

12

Figura 1- Cela Braille.

Retirada da referncia bibliogrfica [3]

3. -MATERIAIS E MTODOS

3.1 Estudo dos esforos sobre o papel

Para ser possvel realizar um estudo da deformao do papel em um software de elementos

finitos necessrio conhecer as foras e distribuies de tenso na folha de papel. Nesta seo ser

mostrado um estudo dos esforos sobre o papel na conformao do ponto. Iremos determinar o raio

em que a presso do ar deve ter seu maior valor para que a tenso no papel atinja a tenso de

escoamento. Para isso, devemos considerar as seguintes variveis:

D1 - dimetro do pino

D2 - dimetro interno do bocal

r - raio da rea do papel em contato com o pino

t - espessura do papel

e - tenso de escoamento

13

F - fora que o pino exerce sobre o papel

P - presso do ar

Ap - rea do papel que no est em contato com o pino, 4

)( 212

2 DDAp

A figura 2 mostra um esquema do processo de conformao do papel.

Figura 2 Foras atuantes no papel.

Considerando que a presso do ar apenas compensada pela fora F do pino:

4

))2(( 222 rDPAPF p

(1)

Considerando apenas a parte do papel em contato com o pino, temos:

cos2 etrF (2)

14

Figura 3 Foras resultantes na regio do papel em contato com o pino.

Mas,

1

2cos

D

r

Igualando as equaes (1) e (2) e substituindo o valor de cos, temos:

1

22

2 224

))2((

D

rtr

rDPe

))2((

)2(4

22

21

2

rDD

rtP

e

Com isso, obtemos a funo P

12

4)(

2

21

r

DD

trP

e

(3)

Assim, como 2r < D2:

)2/()( 1DPrP mx

Desta forma, conclui-se que a tenso a ser observada na simulao a tenso do papel na

base do pino. A presso do ar comprimido deve ser capaz de impor uma tenso igual tenso de

escoamento do papel (39,8 MPa) na base do pino.

3.2 Anlise por elementos finitos

A partir das dimenses impostas pela norma NBR9050, deve-se estimar o menor dimetro

necessrio para conformar o papel. Para isso, ser utilizado um programa de elementos finitos, no

qual ser feita a simulao, a princpio, para um formato de pino com a cabea arredondada e

diferentes reas de aplicao da presso (conforme mostrado na figura 4), desta forma pode-se

determinar o menor dimetro do bocal capaz de conformar a folha de papel no formato do pino.

15

Figura 4 - Pino a ser simulado. Linha tracejada delimita possveis reas para aplicao de presso.

Devido grande complexidade deste tipo de simulao em elementos finitos, foram

adotadas algumas hipteses simplificadoras, com o intuito de reduzir a complexidade da simulao.

As hipteses simplificadoras adotadas foram:

O papel foi simulado com um comportamento istropo, ou seja, foi desconsiderado

o efeito das fibras do papel em sua deformao;

Foram desconsideradas as perdas de carga no escoamento do ar comprimido ao

longo do mecanismo;

Foi considerado desprezvel o escape de ar entre o bocal e a folha de papel no

momento da aplicao do ar comprimido sobre a folha;

A folha de papel foi simulada com um comportamento elstico, pois, as

deformaes de interesse para o estudo so as que esto localizadas na base do pino

(seo 3.1);

Escolhido o mecanismo, deve-se determinar os esforos ao qual o mecanismo est sujeito,

para assim, ser possvel o dimensionamento de seus componentes. Os principais esforos so os

devidos presso do ar comprimido e fora necessria para posicionar o bocal sobre o papel, que

tambm funo da magnitude da presso do ar comprimido.

3.2.1 - Anlise do experimento de Fbio J.K.

Nesta seo ser feita uma anlise do motivo do xito do experimento realizado por Kaihami

[3] em seu trabalho de formatura, que consistiu em utilizar um marcador de paintball para liberar

uma onda de ar comprimido sobre uma folha de papel de impresso Braille, a qual se encontrava

apoiada sobre um pino fixo de dimetro de aproximadamente 1 mm.

Para isto, inicialmente foi feita uma pesquisa sobre marcadores de paintball, e aps a visita a

uma empresa especializada na comercializao de equipamentos para a prtica de paintball, foram

obtidos os seguintes dados a respeito dos marcadores:

16

A presso do gs utilizada nos marcadores varia de 200 PSI a 500PSI;

O gs utilizado pode ser tanto o CO2, como o ar comprimido;

O calibre de um marcador pode variar de 0,5 polegadas a 0,72 polegadas;

A partir destes dados, foi elaborada uma simulao por elementos finitos, utilizando o

software Abaqus, para determinar a tenso na folha de papel que resulte em uma deformao

permanente.

Para a simulao, foram utilizados os dados de maneira a se simular o caso mais crtico, para

que assim se possa assegurar que para qualquer outro caso o experimento obtenha xito. Para o

experimento, o caso mais crtico o caso em que o dimetro do bocal do marcador seja de 0,5

polegadas ou 12,7mm, e a presso utilizada na arma seja de 200 PSI, ou 1,38 MPa.

Uma vez que o no possvel realizar no software uma simulao com dois corpos em

contato, sendo que um deles se deforma, o que altera os pontos de contato entre os objetos, foi

proposta uma simplificao do problema utilizando uma relao entre foras e reas, que consiste

em obter a presso que o pino fixo exerce sobre a folha, quando uma presso de 1,38MPa aplicada

sobre a outra face. Para isto, tem-se:

bocal

marcadorA

FP

bocalmarcador APF

pino

bocalmarcadorpino

A

APP

Mas como

2

bocalbocal rA e 2

pinopino rA , tem-se:

2

261038,1

pino

bocal

pinor

rP

MPaPpino 4,22

Para a anlise, por elementos finitos, da folha de papel recebendo presso na face superior,

foi utilizado o software Abaqus verso 6.8. Nesta parte ser apresentado o passo-a-passo de como

foram feitas a construo e simulao da folha de papel neste software, seguida dos resultados

obtidos na anlise.

17

Primeiramente no mdulo part foi criado um slido por meio do comando create part,

escolhendo-se a opo de extruso e formato slido, entrando assim no sketch, ferramenta que

permite criar a seo que posteriormente ser extrudada. Nele, foi selecionada a opo create lines:

rectangle (4 lines) e entrando-se com o ponto (-10;-10) como canto inicial, e o ponto (10;10) como

canto final para a criao do retngulo, de maneira que a origem do sistema de coordenadas fique

no centro do retngulo. Terminado o sketch, aberta uma caixa para a execuo da extruso, na

qual foi colocada a espessura de 0,155mm, espessura encontrada por Fbio J.K. para uma folha de

papel de impresso Braille. A escolha por um slido de dimenses 20 x 20 x 0.155 mm foi feita

com o intuito de se analisar no s o comportamento da regio onde ser aplicada a presso, mas

como tambm o comportamento de sua vizinhana, para servir como base para a anlise da

viabilidade de conformar diversos pontos dispostos em uma cela Braille.

Figura 5- Slido criado por extruso de um retngulo.

Aps a criao do slido, foi feita a definio do material, que no caso estudado o papel de

impresso Braille. Selecionando Materials no Abaqus, aberta uma caixa de dilogo, em

que na parte de comportamento do material foi selecionado um material mecnico e de

comportamento elstico. Em seguida inserido o mdulo de elasticidade do papel 2600MPa, e

tambm o coeficiente de Poisson 0,14. Novamente na parte de comportamento do material, foi

introduzido no comportamento geral a densidade do papel estudado 40.27kg/m3.

Feita a definio do material, no mdulo Property foi criada uma seo slida e

homognea, e em seguida selecionado o papel criado anteriormente como material. Criada a

seo, foi feita a atribuio desta seo ao slido extrudado, assign section, para que assim

este slido apresente comportamento semelhante ao do papel.

18

Em seguida, no mdulo Assembly foi utilizado o comando instance part e selecionado o

item independent, para que assim a malha, que ser construda futuramente, seja feita sobre a

instncia criada.

No mdulo Step, foi criado um step selecionando um tipo de procedimento esttico e

geral. Este step foi criado para que mais adiante seja possvel efetuar tanto carregamentos

como condies de fronteira, que sero aplicados sobre o slido que ser analisado.

No mdulo Load, foi utilizado o comando Partition face: sketch e selecionadas uma das

faces de dimenso 20x20 mm e em seguida uma aresta qualquer do quadriltero, para assim

entrar no menu do sketch. Em seguida foi selecionado o comando create circle: center and

perimeter que cria um crculo atravs da determinao de seu centro e um ponto de seu

permetro. Foi escolhido como centro da circunferncia o ponto (0;0), e como ponto pertencente

ao permetro, o ponto (0,6.35), sendo assim criada a circunferncia que representa o dimetro do

bocal. Em seguida, entrou-se com o ponto (0;0) como centro da circunferncia, e o ponto (0;0.5)

como ponto pertencente ao permetro, sendo criada a circunferncia que representa o dimetro

do pino fixo. Feito isto, foi selecionada a opo Done para sair do sketch, e em seguida, no

mesmo comando Partition face: sketch foi selecionada a outra face do slido e criadas as duas

circunferncias referentes ao bocal e ao pino. Este comando foi utilizado para se fazer uma

partio com o formato e as dimenses do bocal e do pino nas faces do slido criado, para que

assim seja possvel a aplicao da presso somente na regio delimitada pela atuao da presso

que o pino exerce sobre a folha e a regio que o bocal exerce sobre a folha. A figura 6 ilustra o

objeto estudado durante a utilizao do comando create circle: center and perimeter e uma das

faces do slido.

Figura 6 - Circunferncias criadas no "partition face: sketch"

19

Separadas as regies, foi utilizado o comando Create load para se criar um carregamento.

Na caixa de dilogo aberta pelo comando, no step foi selecionado o step criado

anteriormente, na categoria foi escolhida a opo mecnica, e no tipo de carga para o step

selecionado, foi escolhido o cone de presso. Em seguida foi selecionada a regio interna

circunferncia em uma das faces, que representa a rea de atuao da fora do pino, para a

aplicao da presso, e na magnitude foi colocada a presso de 222,4 MPa, que representa a

presso que o pino atua sobre o papel para um dimetro de bocal igual a 12,7 mm. Utilizando

ainda o comando Create load foi criado um outro carregamento, porm agora na face oposta

que foi criado o primeiro carregamento, e selecionada a regio compreendida entre o dimetro

do pino e o dimetro do bocal foi aplicada uma presso de magnitude igual a 200 PSI ou

1,38MPa. Um fator que deve ser levado em considerao o fato de a unidade da presso no

campo da magnitude estar expressa em Pa. Na figura 7 est representada esta ltima passagem

referente aplicao da presso na regio compreendida entre as duas circunferncias.

Figura 7 - Presso aplicada na regio compreendida entre as duas circunferncias.

Este segundo carregamento representado na figura 7 representa a presso que o ar

comprimido aplica na regio englobada pelo bocal na folha de papel.

Aps os carregamentos, foram selecionadas as condies de fronteira pelo comando

boundary condition. Na caixa de dilogo aberta pelo comando, foi selecionado novamente o

step criado, na categoria, escolhida a opo mecnica e no tipo de carga para o step

selecionado, foi escolhida a opo symmetry/antisymmetry/encastre. Em seguida foram

selecionadas as faces: superior e inferior em torno do crculo que representa o dimetro do

bocal, e as laterais, mantendo-se a tecla shift pressionada. Na caixa de dilogo aberta aps a

seleo das faces, foi escolhida a funo encastre ou engastada. Aps este passo o slido deve

ter um aspecto parecido com o apresentado na figura 8.

20

Figura 8- Slido com carregamentos e condies de fronteira.

O prximo passo a criao da malha de pontos, para a futura anlise de elementos.

Mudando para o mdulo Mesh, no menu superior selecionar a opo seed e em seguida

Edge by size, para que seja possvel escolher as faces em que se deseja criar a malha. Em

seguida foi selecionado o comando Seed edge: by size, e selecionadas as faces: laterais,

inferior e a superior externa circunferncia que representa o bocal. Na caixa element size

along the edges foi selecionado o valor 0.8. Novamente, utilizando-se o comando Seed edge:

by size, foi selecionada a face interior circunferncia que representa o bocal e escolhido um

valor de 0.1 na caixa element size along the edges.

Isto feito para que seja possvel criar uma malha com menos pontos nas regies perifricas,

e uma malha mais detalhada e com mais pontos na regio de maior solicitao, que no caso

estudado a regio interna circunferncia representativa do bocal, que determina a rea de

atuao de presso, para assim se reduzir os clculos efetuados pelo computador e,

conseqentemente, reduzir o tempo de anlise requerido.

Ainda no mdulo Mesh, foi utilizado o comando assign mesh controls e escolhida a

opo Tet na parte element shape, pois como o modelo foi dividido em duas partes, o gerador

de malha do Abaqus no consegue mais gerar a malha deste modelo em hexaedros, por isso a

opo por gerar a malha em tetraedros. Definido isto, foi utilizado o comando mesh part

instance para se gerar a malha de tetraedros. Aps este passo o slido deve estar de acordo com

o mostrado na figura 9.

21

Figura 9 - Malha criada pelo comando mesh part instance.

Criada a malha de tetraedros, no mdulo job, foi criado um job, que responsvel pela

execuo do step criado anteriormente. Na parte da descrio do job, foi escolhido o nome

anlise papel. Aps a criao do job, a pea j est pronta para ser analisada. No menu da

esquerda, foi expandida a raiz job e selecionando o item anlise papel com o boto direito do

mouse, selecionando o comando submit, que faz a anlise das condies impostas e verifica a

existncia de problemas efetuados ao longo da construo do slido.

Caso no haja nenhum problema, ao lado do item anlise papel aparecer a palavra

complete entre parentes, que significa que a anlise foi efetuada com sucesso. Para conferir os

resultados da anlise, foi selecionado o item anlise papel com o boto direito do mouse, e

escolhida a opo results.

Para observar as tenses obtidas, foi selecionado o comando plot contours on deformed

shape, que mostra o corpo deformado e uma escala de cores indicando os locais de maior

solicitao.

3.2.2. - Resultado das simulaes

Nesta seo sero apresentados os resultados obtidos atravs das simulaes executadas para

a anlise do experimento realizado por Kaihami e para a determinao do menor dimetro do

bocal capaz de conseguir uma conformao plstica no papel.

3.2.2.1 - Anlise do experimento realizado por Kaihami

Como resultados da anlise desse experimento, para uma simulao em que foram

simulados um bocal de dimetro 12,7 mm, um pino de dimetro 1mm, a presso exercida pelo

marcador de 200 PSI, e a presso calculada do pino de 222,4MPa, as tenses obtidas na folha de

papel foram:

22

PaVMmx9108,3

PaVMmn8102,7

A figura 10 ilustra o espectro de tenses na folha de papel obtido na anlise deste caso.

Figura 10 - Resultado obtido na anlise do experimento de Kaihami [3].

3.2.2.2 - Determinao do dimetro do bocal

Ainda utilizando o software Abaqus, foram realizadas simulaes bastante semelhantes s

executadas no item anterior para a anlise do experimento de Kaihami [3] em que, atravs das

relaes de reas do bocal e do pino e de seus respectivos dimetros, mais a presso que um

marcador de paintball capaz de fornecer, foram obtidas as tenses no papel. Nesta seo, porm,

para a determinao do dimetro do bocal, foram mantidos a presso de 200 PSI, provinda do

marcador de paintball, e o dimetro do pino de 1,0mm, e foi-se variando o valor do dimetro do

bocal, a fim de determinar o menor dimetro do bocal capaz de conformar plasticamente o papel de

impresso Braille. Com o dimetro de 1,0mm atribudo ao pino, espera-se alcanar as dimenses

impostas pela norma NBR9050 no papel, j que se soma a esse valor a espessura do papel de

0,155mm e o valor da deformao elstica do ponto quando a presso do ar deixar exercer fora

sobre o papel.

Para esta determinao, inicialmente foram selecionados diferentes dimetros para o bocal.

Em seguida foi calculada a presso que o pino exerce sobre a folha, pelo dimetro do bocal

escolhido, do pino e da presso do marcador atravs da expresso:

23

2

2

pino

bocalmarcador

pinor

rPP

Chegando assim aos valores apresentados na tabela 1.

Tabela 1 - Valores dos dimetros do bocal e presso do pino ensaiado

Dimetro do

bocal (mm)

Dimetro do

pino (mm)

Presso do

marcador (Mpa)

Presso do

pino (Pa)

8,0 1,0 1,38 88,2

5,0 1,0 1,38 34,5

3,4 1,0 1,38 15,9

J a opo pela simulao com um dimetro do bocal de 3,4 mm, foi dada pelo fato de esta

ser a distncia padro entre dois pinos de uma cela Braille.

Os resultados obtidos por meio das simulaes para determinao do dimetro do bocal, nas

quais o dimetro do pino foi mantido fixo e valores decrescentes para o dimetro do bocal foram

escolhidos, esto apresentados a seguir:

3.2.2.3 - Caso dimetro do bocal =8,0mm

O espectro de tenses obtido a partir desta simulao para o caso em que o dimetro do

bocal utilizado foi de 8,0 mm, o dimetro do pino de 1,0 mm, a presso aplicada pelo pino, de

88,2MPa e a presso aplicada pelo bocal, de 1,38MPa, est apresentado na figura 11, em que a

regio de colorao vermelha a regio com maior concentrao de tenso e a azul, a de menor

concentrao de tenso.

24

Figura 11 - Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 8,0 mm.

Para esta simulao as tenses na folha de papel obtidas foram:

PaVMmx9100,1

PaVMmn8102,2

3.2.2.4 - Caso dimetro do bocal =5,0mm

O espectro de tenses obtido a partir desta simulao, para o caso em que o dimetro do

bocal utilizado foi de 5,0 mm, o dimetro do pino de 1,0 mm, a presso aplicada pelo pino, de

34,5MPa e a presso aplicada pelo bocal, de 1,38MPa, est apresentado na figura 12, em que a

regio de colorao vermelha a regio com maior concentrao de tenso e a azul, a de menor

concentrao de tenso.

25

Figura 12 Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 5,0 mm.

Para esta simulao as tenses na folha de papel obtidas foram:

PaVMmx9108,3

PaVMmn8101,1

3.2.2.5 - Caso dimetro do bocal =3,4mm

Para este caso em que o dimetro do bocal de 3,4 mm, que representa a maior distncia

entre dois pinos de uma cela Braille, o espectro de tenses obtido a partir da simulao, com o

dimetro do pino igual a 1,0 mm, a presso aplicada pelo pino, de 15,9MPa e a presso aplicada

pelo bocal, de 1,38MPa, est representado na figura 13 em que a regio de colorao vermelha a

regio com maior concentrao de tenso e a azul, a de menor concentrao de tenso.

Figura 13 Espectro de tenses para a simulao com um bocal de dimetro 3,4 mm.

26

Para esta simulao as tenses na folha de papel obtidas foram:

PaVMmx8105,1

PaVMmn7105,2

3.2.3. - Discusso dos resultados da anlise por elementos finitos

Analisando todos os procedimentos realizados, assim como os resultados obtidos para as

simulaes de um experimento que consiste em aplicar uma onda de presso sobre uma folha de

papel apoiada sobre um pino fixo, pde-se notar que as tenses, na folha de papel, obtidas so

suficientemente elevadas para conseguir uma deformao plstica no papel de impresso Braille.

As simplificaes executadas, a fim de facilitar a construo do modelo a ser simulado,

foram feitas de forma a se conseguir uma mxima aproximao do modelo real e, assim, obter

resultados o mais prximo dos reais possvel. Tais simplificaes, porm, certamente faro com que

o modelo simulado no ilustre exatamente o modelo real, o que faz com que se deva considerar que

as tenses reais no papel possam ser diferentes do que as obtidas pela simulao virtual.

Outros fatores que devem ser considerados para esta diferena na tenso real no papel, so o

vazamento de ar comprimido no contato entre o bocal e a folha de papel, o que gera uma perda na

presso final que conforma o papel, o fato de o papel ser um material constitudo por fibras

orientadas, o que altera o seu comportamento frente s deformaes e o fato de as propriedades do

papel utilizadas na simulao serem propriedades obtidas experimentalmente, o que gera algumas

incertezas.

Fazendo-se uma anlise dos resultados obtidos para a simulao do experimento executado

por Kaihami, pode-se notar que as tenses na folha de papel obtidas foram extremamente elevadas,

ou seja, foram muito superiores tenso de escoamento do papel, o que faz com que o papel, no

caso real, seja conformado, ou at rasgado, mesmo quando consideradas as incertezas descritas

anteriormente. Isto pode ser afirmado pelo fato de as tenses obtidas pela simulao no software

Abaqus apresentarem uma ordem de grandeza duas vezes maior do que a da tenso de escoamento

do papel.

Para os resultados obtidos nas simulaes para a determinao do dimetro do bocal no

possvel afirmar que o papel ser conformado nos trs casos. Para os casos em que os dimetros do

bocal foram de 8,0mm e 5,0mm as tenses obtidas no papel so da mesma ordem de grandeza das

27

obtidas no experimento de Fbio J.K., o que pode significar o possvel rasgamento do papel no caso

real.

A simulao feita com bocal de dimetro de 3,4mm pode ser considerada como o caso limite

para a conformao do papel, uma vez que, as tenses obtidas no papel forma prximas a de

escoamento do papel. No contorno do pino, as tenses obtidas foram inferiores a de escoamento, o

que pode ser atribudo s incertezas na escolha dos valores dos parmetros utilizados nas

simulaes.

Aps a anlise das simulaes e das possveis alteraes a serem feitas tanto no pino quanto

no mecanismo de liberao do ar comprimido, percebe-se a viabilidade na construo de uma

impressora de ar comprimido. A impresso de uma cela Braille seguindo a norma NBR9050

possvel ao se utilizar um bocal com 3,4mm de dimetro, que pode imprimir um ponto sem que, no

processo, seu dimetro interfira em outros pontos j impressos.

Considerando que este dimetro o caso limite para a conformao do papel, espera-se

conseguir a conformao correta do papel utilizando os resultados obtidos na simulao com este

bocal acrescidos de um fator de segurana, ou seja, com um pequeno aumento na rea deste bocal.

Apesar da comprovao da viabilidade por este estudo, a viabilidade do mecanismo dever ser

comprovada por testes com um prottipo, descrito na 3.6.

3.3 - Estudo preliminar do mecanismo de liberao do ar comprimido

Para a liberao de ar comprimido ser utilizado como base o mecanismo de disparo de uma

arma de paintball semi-automtica. Tais armas operam com presses que podem variar de 200psi a

400psi e podem disparar de 8 a 20 bolas por segundo, no caso dos marcadores semi-automticos, ou

seja, possuem a presso de ar necessria para conformar o papel e velocidade de disparo, certas

vezes maiores que a velocidade dos mecanismos de impressoras Braille existentes no mercado.

Como mecanismo base ser utilizado o de uma arma Spyder Victor 2009 cujo esquema e

lista completa de componentes podem ser vistos nos anexos A e B. Uma lista com os principais

componentes do marcador mostrada a seguir:

- Corpo do marcador o qual abriga os principais componentes, constituindo o reservatrio

de ar, o cano do marcador e a cmara de coliso. Nele so acoplados o conjunto do gatilho, o cano

de disparo e a entrada do ar comprimido.

- Corpo da vlvula que direciona o ar comprimido do reservatrio de ar para o cano do

marcador e para a cmara de coliso.

- Retentor responsvel por vedar uma das aberturas do corpo da vlvula, impedindo que

o ar comprimido saia do reservatrio de ar.

28

- Pino da vlvula Pino acoplado ao retentor que, ao receber a coliso do martelo, empurra

o retentor, liberando assim o fluxo de ar comprimido para o resto do marcador.

- Mola da vlvula mola que pressiona o retentor contra o corpo da vlvula para impedir

que o ar comprimido vaze da cmara de ar.

- Martelo a pea que colide com o pino da vlvula liberando o ar comprimido do

reservatrio de ar para o cano de disparo e a cmara de coliso.

- Mola do martelo mola que fornece fora ao martelo para se chocar contra o pino da

vlvula.

- Guia da mola e ajustador de velocidade pea que serve como guia para a mola do martelo

e ajuste da velocidade de disparo.

- Amortecedor do martelo anel de plstico que serve como um amortecedor de impactos,

que ajuda a proteger o martelo e o selador do martelo de possveis danos.

- Tampo do martelo pea responsvel por selar a cmara de coliso.

- Tampo frontal responsvel por vedar o reservatrio de ar.

- Conjunto do gatilho responsvel por travar e liberar o martelo para assim disparar o

marcador.

3.3.1 - Funcionamento do sistema

Um marcador dito semi-automtico, quando, aps carreg-lo uma vez, ao puxar o gatilho,

o marcador ir disparar uma vez e recarreg-lo automaticamente, o que permite que o usurio

consiga disparar com mais velocidade. Esse processo pode ser visualizado na figura 14.

Para se comear a utilizar o marcador, inicialmente, necessrio que este esteja na posio

carregada. Isto feito puxando-se o pino de recarga para trs. Ao se fazer isto, o martelo puxado

para trs, engatando-se no mecanismo do gatilho e contraindo a mola. Feito isso, o marcador est

carregado e pronto para disparar. Nesta posio, o reservatrio de ar est cheio de ar comprimido,

sendo ele selado do resto do marcador pelo conjunto do retentor e pino da vlvula. Esta selagem

dada por meio da ao da mola da vlvula que pressiona o conjunto contra o corpo da vlvula.

Ao se pressionar o gatilho, este libera o martelo, fazendo com que a mola do martelo

empurre o mesmo para frente. Com isso, ele colide com o pino da vlvula, o que faz com que seja

liberada a passagem de ar comprimido para impulsionar a bola de paintball.

29

Figura 14 - Funcionamento do mecanismo de liberao de ar comprimido: a)- mecanismo travado

em sua posio inicial; b)-Configurao do mecanismo aps a liberao do martelo; c)-Mecanismo

recarregado. As setas indicam o deslocamento do ar.

Parte do ar liberado desviada, pela vlvula, para a cmara de coliso e empurra o martelo

para trs fazendo com que o marcador volte para a posio carregada. Neste momento, a mola da

vlvula empurra o conjunto do retentor e pino da vlvula contra o corpo da vlvula fazendo com

que o reservatrio de ar comprimido volte a ficar selado, interrompendo o fluxo de ar comprimido

pelo marcador.

O ar que entrou na cmara de coliso durante o processo de recarga do marcador, no

momento do prximo disparo, fica livre para escoar para o cano de disparo atravs do corpo da

vlvula, uma vez que a nica extremidade do corpo da vlvula que fica selada a do reservatrio de

ar. Um ponto importante a se ressaltar, que todo o processo, desde o acionamento do gatilho, at o

marcador retornar posio inicial, ou recarregada, ocorre em menos de um segundo.

A figura 15 mostra a localizao do reservatrio de ar, do corpo da vlvula e da cmara de

coliso em um marcador de paintball da marca Spyder modelo Victor 2009.

30

Figura 15 - Localizao do reservatrio de ar, do corpo da vlvula e da cmara de coliso.

3.3.2 - Mecanismo do gatilho

O conjunto do gatilho utilizado para fornecer ao usurio o controle de quando o marcador

realizar o disparo, pela liberao do martelo. Quando o marcador no est na posio carregada, as

partes do conjunto do gatilho ficam dispostas de acordo com a figura 16.

Figura 16 Disposio das peas do gatilho para o marcador na posio no carregada

31

Nesta figura, possvel perceber que a mola do gatilho o fora a ficar na posio no

pressionada, quando nenhuma outra fora atua sobre ele. A mola que atua na trava, fora a trava

para a direita, fazendo com que o pino, ao se puxar o gatilho, no encoste na trava, impedindo que o

marcador seja disparado.

Ao se colocar o marcador em sua posio carregada, o martelo engata no mecanismo do

gatilho, fazendo com que a trava fique presa ao gatilho conforme visto na figura 17.

Figura 17 Disposio do conjunto do gatilho na posio carregada.

Quando o gatilho puxado, a trava gira ao redor do pino liberando o martelo, que

impulsionado pela mola, dispara o marcador. Esta etapa do processo pode ser verificada na figura

18.

32

Figura 18 Posio do conjunto ao se puxar o gatilho.

Uma vez puxado o gatilho, este retorna para a posio inicial mostrada na figura 13, at que

o marcador se recarregue automaticamente.

3.3.3 - Dimensionamento do bocal

Para o funcionamento adequado do pino, o bocal deve possuir espessura suficiente para

suportar as tenses geradas pelo uso de ar comprimido. O bocal tambm deve suportar o impacto

proveniente de seu movimento vertical para o posicionamento sobre o pino, porm, como este

movimento depende do dimensionamento de partes do mecanismo de disparo, bem como da

borracha de vedao a ser colocada entre o papel e o bocal, as cargas geradas sero consideradas

como um acrscimo na presso interna do ar comprimido. Pelo mesmo motivo, a fadiga relacionada

a esse movimento no ser estudada.

Levando em conta esses fatores e os resultados obtidos nas simulaes por elementos

finitos, o bocal ser dimensionado para uma presso interna de 300psi. Portanto, pela teoria de vaso

de presso de parede espessa, temos:

Tenso limite de escoamento - esc = 210Mpa

Raio interno - a = 5,0mm

Presso interna - Pi = 300psi = 2070kPa

Presso externa - Po = 1atm = 100kPa

33

oiesc

PP1

21

12

2

2

2

1001

220701

1210000

2

2

2

2

01,1

Portanto,

mmab 05,50,501,1

Pelo mtodo a cima a espessura do bocal (b-a) que suporta a presso do ar comprimido de

0,05mm.

3.3.4 - Estudo do pino

Em impressoras Braille com pino movido por solenide, os pinos so dispostos em uma

matriz com fileiras de at 10 pinos cada, somando um total de 90 pinos. O papel se move sobre essa

matriz enquanto os pinos so acionados imprimindo at 90 caracteres por segundo.

Um outro tipo de impressor Braille, responsvel pela impresso de livros e outros matrias

que precisam de um grande nmero de cpias, imprime o texto em uma placa de metal. Esta placa

posteriormente prensada junto ao papel conformando os pinos referentes ao texto.

Tendo em vista esses dois tipos de impressora, a impressora Braille por ar comprimido

utilizar uma placa de metal com pinos pr-moldados, dispostos em uma matriz semelhantes a da

impressora por solenides, que funcionaro como os pinos fixos.

O pino fixo deve conformar o papel segundo a norma NBR 9050, para tal, deve apresentar

as dimenses mostradas na figura 16. O problema apresentado neste tipo de processo a presena

de ar entre a base o pino e a folha de papel. Este ar, conforme o papel deforma sobre o pino, tem seu

volume diminudo, com isso, sua presso aumenta. Assim que esta presso atinge um valor igual ao

da presso de ar no bocal, o papel para de se deformar ao redor do pino, podendo fazer com que as

dimenses exigidas pela norma no sejam alcanadas. Tendo em vista esse problema, duas solues

sero apresentadas e analisadas:

1- Pequenos furos so adicionados na base ao redor do pino para possibilitar o

escoamento do ar;

34

2- Tornar o pino uma pea independente da base. Neste caso, um furo com dimetro

ligeiramente superior ao do pino seria feito na base e o pino seria encaixado nesse

furo. O ar, ento, seria capaz de escoar pelo vo entre o pino e a base. Esta soluo

reduz o custo de manuteno caso uma das peas seja danificada e ainda elimina a

concentrao de tenses causadas pelos furos na base do pino que existem na

primeira soluo proposta;

Figura 19 Dimenses do pino.

3.3.5 - Estudo do sistema de deslocamento vertical

Para se realizar o movimento de descida e subida do marcador de paintball com a finalidade

de se conformar o papel de leitura Braille, ser utilizado, como atuador, um cilindro pneumtico, o

qual ser posicionado ao centro de uma guia linear.

A escolha de um cilindro pneumtico como atuador foi dada pelo fato de o deslocamento do

marcador no necessitar grande preciso em seu deslocamento vertical, o cilindro ser um

mecanismo de rpida ao, baixo custo, e utilizar ar comprimido como fluido de trabalho. Como o

marcador de paintball j utiliza um sistema de ar comprimido e necessitar de um compressor e um

vaso de presso para o armazenamento do ar comprimido, a utilizao de um cilindro pneumtico

para movimentar o marcador na vertical, torna-se uma vantagem, pois poder se utilizar o mesmo

compressor, para acionar o mecanismo de conformao do papel e para acionar o mecanismo de

deslocamento vertical.

35

O tipo de cilindro a ser utilizado ser o cilindro de dupla ao, que so cilindros que utilizam

a ao do ar comprimido nos dois sentidos de movimento, o de avano e o de retorno. Uma vez que

a presso do ar comprimido atua nos dois lados do mbolo, quando a presso atua no lado da haste a

fora resultante menor, pois a rea de atuao menor devido a rea da haste do cilindro. A opo

pelo cilindro de dupla ao foi dada pelo fato de, com ele, se conseguir um rpido deslocamento

tanto na subida quanto na descida do marcador de paintball, o que otimiza o processo de impresso

Braille, conseguindo um maior nmero de pinos conformados para um mesmo perodo de tempo.

Ser acoplado ao cilindro um mecanismo que o conectar ao gatilho do marcador, de forma

que quando o cilindro chegar ao seu fim de curso, este mecanismo aciona o gatilho, fazendo o

marcador disparar. Desta forma, tem-se a garantia de que o mecanismo somente atuar quando o

bocal estiver localizado sobre o pino.

Ser utilizada uma guia linear, em que o sistema de conformao do papel ser acoplando no

corpo desta guia, que o guiar em seu deslocamento vertical. Nela tambm ser acoplado o cilindro

pneumtico, que ser o atuador responsvel movimentao vertical do corpo da guia.

Como o marcador, da marca Spyder e modelo Victor, pesa aproximadamente 1,5 kg, que em

Newtons d aproximadamente 15N, a fora que o cilindro pneumtico dever exercer sobre o corpo

da guia linear a fim de promover o deslocamento do conjunto na vertical pequena. Isto implica

que um cilindro padro com 12 mm de dimetro e um curso de 50 mm disponvel no mercado,

trabalhando com uma presso de aproximadamente 10 bar, consegue-se, facilmente, suprir as

necessidades de movimentao do mecanismo. Executando-se um clculo da fora de atuao de

um cilindro com 12mm de dimetro trabalhando a uma presso de 10bar, chega-se a:

APF

Em que F a fora em [N], P a presso em [Pa] e A a rea do cilindro em [m].

Executando-se os clculos com os dados citados acima, obtm-se que a fora que o cilindro

executar nestas condies de trabalho de aproximadamente 115N.

3.4 - Testes preliminares do prottipo

Antes da montagem do equipamento, foram realizados testes preliminares do equipamento,

sem o mecanismo de deslocamento vertical, para verificar a eficcia, ou no, do mecanismo para a

impresso de um pino Braille.

36

3.4.1 - Descrio do equipamento

O equipamento utilizado nesta primeira fase de testes foi composto por:

Um marcador de paintball;

Um cilindro de CO2 de 12 oz, que corresponde a uma massa de 373,24g de CO2;

Pregos de ao, de dimetros 1,1 ; 1,3 e 1,5 mm;

Duas placas de madeira de 3 mm de espessura;

Para a construo do equipamento para esta primeira fase de testes, foi necessria a

utilizao de ferramentas como um martelo, uma serra para madeira, uma lima para metais, uma

furadeira, uma broca de 2 mm de dimetro e um alicate.

A construo do equipamento foi realizada da seguinte maneira, inicialmente, foram

selecionados cinco pregos de cada dimetro, totalizando 15 pregos, e utilizando um alicate, cada

conjunto de cinco pregos de dimetro semelhante foi cortado de maneira que cada prego do

conjunto ficasse com altura variada. Em seguida foram pregadas trs fileiras de pregos em uma das

placas de madeira, sendo a primeira fileira composta por pregos de 1,1 mm de dimetro, a segunda

por pregos de 1,3 mm, e a terceira composta por pregos de 1,5 mm, todos em ordem crescente de

altura. Feito isso, utilizando uma lima para metais, cada um dos 15 pregos fixados madeira

tiveram suas pontas limadas, sendo algumas com uma ponta abaulada, outros sem ponta, ou seja

com a face superior fazendo um ngulo de 90 em relao face lateral, e outros com uma ponta

mais fina.

Na outra tbua de madeira, com a serra para madeira, foi feito um recorte retangular de

dimenso menor que a distncia mnima entre os pregos fixados outra tbua. Em seguida foi feito

um furo no centro do retngulo com a broca de 2mm.

3.4.2 - Procedimentos experimentais

Para iniciar o experimento, o recorte de madeira com um furo de 2 mm de dimetro foi

posicionado sobre um dos pregos fixados placa (figura 20), de maneira que o prego ficasse dentro

do furo do recorte. Isso foi feito para que na base do pino se tenha um local de escape do ar que fica

entre a folha de papel e o pino.

37

Figura 20- Foto do pino de teste.

Posicionado o recorte de madeira sobre o prego, o cilindro de CO2 foi acoplado ao marcador

e este destravado, para poder se iniciar a sua utilizao. Em seguida, foi posicionada a folha de

papel para impresso Braille sobre a ponta do prego, e o bocal do marcador de paintball sobre a

folha de papel. Posicionados todos os elementos do mecanismo, foi feito um disparo do marcador

sobre a folha de papel, figura 21.

Figura 21 - Foto do disparo do marcador sobre o papel.

Este procedimento foi repetido para os demais pinos com a finalidade de se verificar a

influncia do dimetro, da altura e do formato da ponta do pino durante o processo de conformao

do papel.

3.4.3 - Resultados obtidos no experimento

Na tabela a seguir so mostrados os resultados obtidos no experimento.

38

Tabela 2 - Resultados obtidos pelo teste do prottipo.

Dimetro do

pino(mm)

Altura do

pino (mm) Tipo de ponta Resultado da conformao

1,1

2,0

Abaulada Rasgou o papel

Sem ponta Rasgou o papel

1,0

Abaulada Rasgou o papel

Sem ponta Rasgou o papel

0,5 Abaulada Pino conformado, porm com

dimetro inferior ao exigido pela

norma

1,3

1,0

Abaulada Rasgou o papel

Sem ponta Rasgou o papel

0,5

Sem ponta Rasgou o papel

Abaulada Pino conformado, porm com

dimetro inferior ao exigido pela

norma

1,5

1,0

Sem ponta Rasgou o papel

Abaulada Rasgou o papel

0,5 Abaulada Pino conformado com dimetro

exigido pela norma

Conforme os testes eram realizados, percebeu-se que os pinos sem ponta e com altura maior

que 1,0mm rasgavam o papel. Por este motivo, o teste de alguns pinos com essas caractersticas no

foi realizado.

Sendo o pino com 1,5mm de dimetro e 0,5mm de altura o nico que atingiu o dimetro

exigido pela norma e no rasgou o papel, um novo teste foi realizado em pinos com essas

caractersticas.

39

Neste teste, foram analisadas as influncias do formato da ponta do pino e do escape de ar

entre o pino e a base. Para isso, os pregos foram encaixados em um pedao de madeira com furos de

1,5mm (feito por pregos com este dimetro), eliminando, assim, o escape de ar. No processo de

limagem dos pregos, foram realizados testes intermedirios para obter a influncia do formato do

pino na conformao do papel.

Como resultado deste segundo experimento, percebeu-se que o papel se conformava

exatamente no formato do pino independente da existncia ou no do escape de ar entre o pino e a

base.

Por fim, no pino com 1,5mm de dimetro 0,5mm de altura e ponta abaulada, foram

realizados disparos com o mecanismo em alturas diferentes, ou seja, sem que o bocal encostasse no

papel. Como resultado, percebeu-se que o papel se conformava igualmente com o bocal a distncias

de at 5cm do papel.

Outros fatores importantes observados durante os testes foram a formao de gelo seco

sobre o papel devido a expanso do CO2, cujo tempo mximo observado at sua sublimao

completa de 5segundos, e a fora de reao do gs comprimido no mecanismo, fazendo com que

este saltasse, uma vez que no estava preso base.

3.4.4 - Discusso dos resultados dos testes preliminares

Com os resultados das simulaes por elementos finitos foi possvel obter os parmetros

iniciais para a determinao da presso de ar comprimido e das dimenses do pino. Porm, uma vez

que o software no realiza a analise de deformao plstica necessria para o problema e como

algumas hipteses simplificadoras foram feitas, no foi possvel prever para quais dimenses do

pino o papel rasgaria durante os testes realizados. Esse fenmeno ocorreu quando a altura do pino

era elevada, fazendo com que o papel ultrapassasse sua deformao mxima, ou quando o formato

da ponta possua cantos vivos, como no caso do pino sem ponta, fazendo com que toda a

deformao do papel ficasse concentrada em apenas uma pequena regio.

O fato do bocal no precisar estar encostado ao papel para conformar o pino elimina a

necessidade de um mecanismo de deslocamento vertical. Desta forma, pode-se reduzir o tempo

gasto em impresso, pois ar pode ser liberado sem que seja necessrio esperar o posicionamento do

bocal e elimina-se o possvel problema de deformar pinos previamente marcados com o bocal. Pelo

mesmo motivo, pode-se estudar uma reduo na presso do ar comprimido at uma presso em que

o limite de impresso do pino seja a uma distncia mnima do mecanismo ao papel. Esta analise,

contudo, no possvel de ser realizada pelo software de elementos finitos nem por alteraes no

mecanismo utilizado, uma vez que seus componentes foram dimensionados de forma torna-lo semi-

40

automtico com a presso de 1,38MPa. Caso essa presso seja diminuda, o ar desviado para a

cmara de coliso no ser capaz de mover o martelo e recarregar o mecanismo.

3.5 - Construo do prottipo

Com o resultado positivo dos testes preliminares do prottipo, partiu-se para a etapa de

construo de um primeiro prottipo, com a finalidade de produzir pontos semelhantes, eliminando

as principais causas responsveis pela gerao de pontos com dimenses variveis, como a variao

da distncia entre o marcador de paintball e o papel, a ausncia de fixao do papel no momento do

disparo, e a variao na altura do pino fixado base do mecanismo.

Para isto, foi utilizado, como o mecanismo de liberao de ar comprimido, o marcador de

paintball, sendo este fixado a uma estrutura para que se obtenha uma distncia constante entre o

marcador e o papel de impresso. Esta estrutura consiste de uma base retangular cuja largura

semelhante largura da folha de papel (315 mm), isto para que o papel no apresente deslocamento

lateral durante o processo de conformao sobre o pino. O suporte do marcador composto por

duas barras laterais e uma horizontal, formando um perfil em U, sendo as barras laterais fixadas

base por meio de parafusos M5-35 mm. As barras laterais possuem trilhos para permitir o

deslocamento vertical do marcador, tornado possvel ajustar a distncia entre o marcador e a folha

de papel A fixao da barra horizontal s barras verticais, feita por meio de uma barra de seo

transversal em forma de L, de alumnio.

Figura 22 Croqui da base do prottipo.

Figura 23 Croqui da barra lateral.

Figura 24 Croqui da barra superior.

Assim como nas barras verticais, a barra horizontal tambm possui um trilho, para permitir o

deslocamento linear do marcador de uma lateral do papel outra. A fixao do marcador barra

horizontal dada da seguinte maneira: o marcador prensado de um lado por uma placa de material

TS e do outro, por um L de alumnio, sendo este L fixado ao conjunto por meio de dois parafusos

barra horizontal. Feita a estrutura do sistema de liberao de ar comprimido, partiu-se para a

construo do pino.

Uma das dificuldades, na fase de testes preliminares do mecanismo, foi a fixao do pino

base, pois ao se disparar o marcador algumas vezes, o prego fixado placa de madeira comeava a

descer, variando a altura do pino. Para a soluo deste problema, como base, foi utilizada uma placa

de material TS, de maior espessura, e como pino, um parafuso M3.

Para a manufatura do perfil arredondado da cabea do pino, foi utilizado um esmeril,

desgastando-se a ponta do parafuso de forma manual, de maneira que a ponta apresentasse um perfil

arredondado na ponta. Em seguida, para a fixao do parafuso base, foi feito um furo passante de

2,7 mm, e em seguida foi aberta uma rosca para um parafuso M3. Feito isso, abriu-se um furo no

passante com dimetro 7,5mm para que fosse possvel a passagem da cabea do parafuso, de

maneira que o mesmo ficasse alojado no interior da placa da base. Com este procedimento, foi

possvel no apenas a fixao do pino base, eliminando o recuo do mesmo ao se disparar o

marcador, como tambm foi possvel a variao da altura do pino atravs do rosqueamento ou

desrosqueamento do parafuso na base. Outra vantagem desse tipo de fixao a possibilidade de

troca do pino, caso este seja danificado.

No prottipo construdo, foi utilizado um parafuso M3 pela maior disponibilidade e

facilidade de se trabalhar a ponta. Porm, para que seja possvel a impresso de uma cela Braille de

acordo com a norma NBR 9050, o parafuso utilizado dever ser de dimetro menor, e sem cabea,

pois neste prottipo o dimetro da cabea do parafuso impossibilita a impresso de dois pinos

42

vizinhos em uma cela Braille, devido ao seu dimetro ser maior do que a mxima distncia

permitida entre dois pinos em uma cela.

A figura 25 mostra uma imagem do prottipo construdo.

Figura 25 Imagem do prottipo construdo.

3.6 Projeto do mecanismo de liberao de ar comprimido

Diante dos resultados satisfatrios obtidos na conformao do papel Braille pelo prottipo

construdo, foi elaborado o projeto de um mecanismo, semelhante ao marcador de paintball, porm

j adaptado para a utilizao em conformao de papel. Neste projeto, foram estudados cada um dos

componentes do marcador, para que assim fosse possvel elaborar possveis modificaes,

necessrias ao projeto.

No estudo dos componentes, peas como o martelo, o corpo da vlvula, o retentor, molas e

outras peas responsveis pela rpida liberao do ar comprimido foram mantidas, uma vez que a

presso do ar a mesma. As partes que sofreram alteraes foram as peas estruturais, como o

corpo do marcador (cano), e as partes responsveis pelo posicionamento e recarga de bolinhas de

tinta do marcador.

Nesta adaptao, toda a parte de posicionamento e recarga das bolinhas foi removida, o que

acarretou em uma mudana no cano do mecanismo. O ar, ao sair pela parte superior do corpo da

vlvula, ao invs de ser direcionado para impulsionar a bola de paintball pelo cano, diretamente

direcionado para o papel. Com esta adaptao, a perda de carga ao longo do trajeto ser menor, uma

vez que existiro menos curvas, os gastos com matria prima sero menores, pois metade da

estrutura do cano ser descartada, e o mecanismo ficar mais comparto, assim, facilitando a

43

portabilidade do mesmo e possibilitando o posicionamento de mais de um mecanismo na estrutura

da impressora, tornando-a capaz de imprimir mais de um pino simultaneamente.

Para as peas que no sofreram adaptaes, foram elaborados desenhos de fabricao de

cada uma individualmente, assim como, foi feita uma descrio mais detalhada das funes destas

peas no mecanismo. Os desenhos das peas podem ser visualizados nos apndices.

Lista de peas:

Pea Martelo

Funo

Pea responsvel por colidir com o pino da vlvula liberando o ar comprimido do reservatrio de ar

para o cano de disparo e a cmara de coliso.

Condies de projeto

Pea deve apresentar grande resistncia a impactos.

Dimetro externo deve ser menor do que o dimetro interno do cano, para que o martelo possa

se deslocar dentro dele.

O dimetro do furo, na parte traseira da pea deve ser maior do que o dimetro externo da mola

helicoidal do martelo, para que assim ela possa se alojar dentro dele.

A reduo do dimetro externo na parte traseira da pea deve ser tal que, ao retornar para a

posio carregada, o martelo consiga passar sobre a trava do gatilho.

O furo na parte superior da pea deve estar posicionado a uma distncia da face frontal, tal que o

rasgo no cano para o deslocamento do pino de recarga no permita o escape de ar da cmara de

coliso antes que o martelo esteja travado no gatilho.

A pea deve ser de alumnio devido a densidade deste material ser baixa, o que faz com que a

pea tenha um peso baixo, reduzindo-se assim o repuxo do mecanismo.

A pea deve apresentar um anel de vedao o mais prximo possvel da face que se impacta com

o pino, de para evitar que o ar passe na folga entre o martelo e a superfcie interna do cano.

Pea Corpo da Vlvula

Funo

Pea responsvel por direcionar o ar comprimido do reservatrio de ar para o cano do marcador e

para a cmara de coliso.

Condies de projeto

Dimetro externo deve ser menor do que o dimetro interno do cano, para que ela possa ser

alocada dentro dele.

Deve conter um furo no passante na parte inferior para fixao da pea no cano.

O furo passante na parte superior da pea deve ter um dimetro tal que se reduza ao mximo a

perda de carga na vlvula.

O dimetro da abertura do corpo da vlvula que selada pelo retentor deve ser maior do que o

dimetro do pino da vlvula de maneira que exista uma folga radial para a passagem do ar.

O dimetro da abertura da face oposta a do retentor deve ser maior do que o dimetro do pino

44

da vlvula, de maneira que o ar passe para a cmara de coliso apenas pelo espao do rasgo do

pino.

O corpo da vlvula deve conter um anel de vedao perto de cada extremidade, para impedir que

o ar comprimido escape atravs da folga entre a pea e a superfcie interna do cano, evitando-se

assim que o ar presente na cmara de ar escape para a cmara de coliso diminuindo assim a

eficincia do mecanismo.

Pea Pino da vlvula

Funo

Pea responsvel por, ao receber a coliso do martelo, empurrar o retentor para trs, liberando

assim o fluxo de ar comprimido para o resto do marcador.

Condies de projeto

Deve possuir uma rosca para possibilitar seu encaixe ao retentor

A pea deve apresentar alta resistncia a impactos, por ser constantemente impactada pelo

martelo.

O comprimento total desta pea deve ser maior do que o comprimento do corpo da vlvula para

que assim, a ponta da pea fique na cmara de coliso e sofra impacto do martelo.

Pea Retentor

Funo

Pea responsvel por vedar a abertura do corpo da vlvula que fica voltada para o reservatrio de

ar, impedindo que o ar comprimido saia do reservatrio.

Condies de projeto

constitudo de Nylon, para que assim tenha uma boa aderncia ao corpo da vlvula, evitando o

escape de ar comprimido da cmara de ar.

Deve possuir dimetro que possibilite seu encaixe com a mola.

Deve possuir uma rosca interna para que se encaixe ao pino da vlvula.

Pea Guia do retentor

Funo

Pea responsvel por servir de guia para o deslocamento do retentor, evitando que este saia da

linha de centro do cano.

Condies de projeto

A pea deve ter a menor espessura possvel de maneira que suporte os esforos solicitados, para

diminuir o atrito entre o guia do retentor e a superfcie interna do cano.

Deve apresentar vos em sua borda para que o ar possa escoar pela pea.

O furo passante no centro da pea deve apresentar dimetro que possibilite seu encaixe ao

retentor.

45

Pea Tampo frontal

Funo

Pea responsvel por permitir a entrada do ar na cmara, assim como pela vedao do cano.

Condies de projeto

Deve possuir um dimetro externo menor do que o dimetro interno do cano, de maneira que a

pea entre justa no cano para assim se evitar ao mximo o escape de ar na cmara.

O furo na parte inferior deve apresentar uma rosca para fixar o tampo ao cano..

A profundidade do furo no passante na direo da linha de centro da pea deve ser tal,

que ele encontre o furo roscado da parte inferior, formando assim um caminho para o ar

comprimido.

Deve possuir um rebaixo para possibilitar o encaixe da mola.

Pea deve possuir um anel de vedao entre a face externa ao cano e o furo roscado para

evitar a sada de ar da cmara.

Pea Amortecedor do Martelo

Funo

Pea responsvel por amortecer o choque do recuo do martelo com o tampo do martelo.

Condies de projeto

O dimetro do furo do amortecedor deve ser maio do que o dimetro externo da mola do

martelo de maneira que ela passe por dentro do furo.

Pea Guia da mola e ajustador de velocidade

Funo

Pea responsvel por ser uma guia para a mola do martelo e permitir o ajuste da velocidade de

disparo.

Condies de projeto

A parte com rosca da pea deve ter uma rosca com o mesmo dimetro da rosca do tampo do

martelo, para que assim ela possa ser rosqueada ao tampo.

A pea deve conter um anel de vedao no incio da parte roscada, para que se evite o escape de

ar comprimido pela folga entre o ajustador de velocidade e o tampo do martelo.

Pea Tampo do martelo

Funo

Pea responsvel por selar a cmara de coliso

Condies de projeto

46

Deve possuir uma rosca externa para que possa ser rosqueado ao cano.

Deve possuir rosca interna para ser encaixado ao guia da mola.

A pea deve ter um furo passante para que assim seja possvel o ajuste de velocidade de disparo

por meio do rosqueamento ou desrosqueamento do ajustador de velocidade na pea.

Pea Adaptador vertical

Funo

Pea responsvel por fazer a adaptao vertical entre o cano e o adaptador da mangueira, para

possibilitar a entrada de ar no cano.

Condies de projeto

A pea deve apresentar um raio de curvatura igual ao raio de curvatura da base do cano, de

maneira a se adaptar uma superfcie a outra.

A pea deve conter um furo passante de dimetro maior do que o do parafuso oco, de maneira

que o parafuso passe com certa folga, e devido a essa folga, utilizado um anel de vedao para

evitar o escape de ar pela folga entre o furo da pea, o parafuso e o cano.

Na parte superior deve haver um chanfro na lateral da pea de maneira que se eliminem os

cantos vivos do acoplamento entre a pea e o cano.

Na parte inferior, o dimetro da rosca interna para o adaptador da mangueira.

Outros componentes so necessrios, como o-rings para vedar todas as possveis sadas de

ar, adaptador para a mangueira de ar comprimido que deve ser especificada aps a escolha do

compressor de ar e de sua mangueira.

Alguns fatores que podem influenciar o projeto esto relacionados com a montagem da

impressora. Uma vez que o objetivo deste trabalho desenvolver apenas o mecanismo e no a

impressora completa, algumas alteraes podem ser necessrias quando esta for montada. Dentre

elas est a necessidade de girar na direo do eixo do cano alguns componentes do mecanismo a

fim de impedir que, por exemplo, o pino que possibilita carregar o mecanismo no primeiro disparo

fique com parte de seu corpo na rea de impresso.

3.6.1 Lubrificao do mecanismo

Para obter uma maior durabilidade do mecanismo so necessrias algumas aes de

manuteno, como o caso da lubrificao. Para isso, deve-se levar em considerao caractersticas

funcionais como a compatibilidade qumica, a lubricidade, a viscosidade, a faixa de temperatura e a

estabilidade de oxidao. E em adio s caractersticas funcionais, deve-se ainda considerar as

caractersticas de segurana, como a toxidade e a inflamabilidade.

47

Ao selecionar um lubrificante para este mecanismo, a questo da estabilidade qumica se

torna muito importante, uma vez que este mecanismo composto por partes plsticas, assim como

selos sintticos de borracha de vrios tipos. Estes componentes so suscetveis ao ataque qumico de

solventes, leos incompatveis e graxas, podendo ocasionar danos na forma de deformaes,

deteriorizaes, reduo da vida til, e ndices de falha acelerados. Estes tipos de danos levam o

mecanismo a desenvolver caractersticas anormais de operao como vazamento do ar comprimido,

enguio da vlvula.

A proposta inicial do lubrificante de reduzir o atrito e minimizar o desgaste separando as

superfcies atravs de um filme de lubrificante. A viscosidade uma medida da resistncia ao

escoamento do lubrificante, em que uma caracterstica presente em uma grande parte dos

lubrificantes a de diminuir a viscosidade, conforme a temperatura aumenta, assim como de

aumentar, quando a temperatura diminui. Logo, para a seleo do lubrificante deste mecanismo

deve-se lembrar que o CO2 armazenado a -52C no estado lquido.

A oxidao a reao qumica do leo com o oxignio, que uma forma de deteriorao na

qual todos os tipos de leo de petrleo esto sujeitos. Esta reao acelerada pelo aumento da

temperatura, na presena de gua e contaminantes slidos, em que ao oxidar, o leo forma produtos

de degradao como lodo e cidos orgnicos. Conforme o leo oxidado, a viscosidade do fluido

aumenta, assim como a presena dos produtos de degradao, em que o lodo ir se depositar nas

superfcies de deslizamento ocasionando uma maior resistncia ao deslocamento das peas, e os

cidos podem ser corrosivos para os componentes metlicos do mecanismo.

Um aspecto importante para a utilizao de lubrificantes derivados do petrleo, que para a

utilizao do mecanismo com ar comprimido ao invs de CO2, ao se utilizar o mecanismo, o leo

comea a aquecer, e com o excesso de ar na cmara, ele pode vir a inflamar e acabar ocasionando a

exploso do mecanismo.

Cada tipo de material que compe o anel de vedao apresenta uma caracterstica assim

como uma interao com o lubrificante distinta, como o caso dos anis que contm elevadas

quantidades de nitrila, que bastante utilizado neste tipo de mecanismo, por apresentar boa

resistncia qumica e poder ser projetado para resistir a diversas temperaturas. Para funcionar a

elevadas temperaturas, os anis de nitrila devem conter plastificantes. A utilizao de lubrificantes

de silicone com este tipo de anel tende a remover os plastificantes das nitrilas causando

endurecimento e/ou encolhimento do mesmo.

Uma tabela apresentando as diferentes composies dos anis de vedao, e o tipo de

lubrificante mais indicado para cada tipo de anel mostrada na tabela 3.

48

Tabela 3 Composio dos anis de vedao e o tipo de lubrificante apropriado.

Composio do anel S - Silicone

N - Nitrila

P - Poliuretano

T - PTFE

Lubrificante S P N T

Graxa de silicone 3 1 1 1

Vaselina 4 1 1 1

Semi lubrificante V.14 2 1 1 1

leo de motor 4 1 1 1

gua 4 1 2 1

Fluido de freio 3 4 3 X

1 Bom

4 Insatisfatrio 2 Razovel

X Dados insuficientes

3 Duvidoso

3.6.2 Possveis locais de falha no componente

Semelhante a qualquer outro mecanismo, o marcador de paintball pode apresentar desgaste

em suas peas devido ao impacto e o nmero elevado de ciclos em seu funcionamento, podendo

comprometer seu bom funcionamento. Estas falhas podem ser ocasionadas por erros na manufatura

ou mau uso do equipamento pelo usurio.

Tabela 4 Falha nos componentes do marcador.

Item Tipo de falha Efeito da falha Causa da falha

Cano

Perfurao ou

polimento

incompleto no

interior do cano

Quebra prematura

da bola de paintball

Imperfeies na

superfcie interna

Anel de vedao

do martelo Rasgo ou ruptura

Carga e recarga do

marcador incertos

Uso repetitivo do

anel de vedao

Mola do

mecanismo do

gatilho

Deformao

plstica ou fratura

Incapacidade para

disparar o marcador

Distribuio desigual

das foras e mtodos

de manufatura

imprprios

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4. CONCLUSES

Na primeira parte do trabalho, em que foram analisadas as tenses causadas pelo ar

comprimido no papel por meio do estudo por elementos finitos, pde-se concluir que analisando

todos os procedimentos realizados, assim como os resultados obtidos para as simulaes de um

experimento que consiste em aplicar uma onda de presso sobre uma folha de papel apoiada sobre

um pino fixo, pde-se notar que as tenses, na folha de papel, obtidas pela ao do ar comprimido

so suficientemente elevadas para conseguir uma deformao plstica no papel de impresso

Braille.

Fazendo-se uma anlise dos resultados obtidos para a simulao do experimento executado

por Kaihami, pode-se notar que as tenses na folha de papel obtidas foram extremamente elevadas,

ou seja, foram muito superiores tenso de escoamento do papel, o que faz com que o papel, no

caso real, seja conformado, ou at rasgado, mesmo quando consideradas as incertezas descritas

anteriormente. Isto pode ser afirmado pelo fato de as tenses obtidas pela simulao no software

Abaqus apresentarem uma ordem de grandeza duas vezes maior do que a da tenso de escoamento

do papel.

Para os resultados obtidos nas simulaes para a determinao do dimetro do bocal no

possvel afirmar que o papel ser conformado nos trs casos. Para os casos em que os dimetros do

bocal foram de 8,0mm e 5,0mm as tenses obtidas no papel so da mesma ordem de grandeza das

obtidas no experimento de Fbio J.K., o que pode significar o possvel rasgamento do papel no caso

real. J simulao feita com bocal de dimetro de 3,4mm pode ser considerada como o caso limite

para a conformao do papel, uma vez que, as tenses obtidas no papel forma prximas a de

escoamento do papel.

Na parte de experimentos, pde-se concluir que, na prtica, o mecanismo de liberao de ar

comprimido no precisa estar encostado na folha de papel para conseguir conform-lo, a presso do

CO2 comprimido j capaz de marcar o pino a uma distncia de aproximadamente 3 cm. O fato do

bocal no precisar estar encostado ao papel para conformar o pino elimina a necessidade de um

mecanismo de deslocamento vertical. Desta forma, pode-se reduzir o tempo gasto em impresso,

pois o ar pode ser liberado sem que seja necessrio esperar o posicionamento do bocal e elimina-se

o possvel problema de deformar pinos previamente marcados com o bocal. Pelo mesmo motivo,

anlises futuras podem estudar uma possvel reduo na presso do ar comprimido tal que o limite

de impresso do pino seja a uma distncia mnima do mecanismo ao papel. Esta anlise, contudo,

no possvel de ser realizada pelo software de elementos finitos nem por alteraes no mecanismo

utilizado, uma vez que seus componentes foram dimensionados de forma a torna-lo semi-

automtico com a presso de 1,38MPa. Caso essa presso seja diminuda, o ar desviado para a

50

cmara de coliso no ser capaz de mover o martelo e recarregar o mecanismo. Contudo, tal

anlise pode ser efetuada por simulaes em software de volumes finitos, observando a presso do

fluido na superfcie do pino, tendo como volume de controle um trecho reto do bocal e uma rea ao

redor do pino com dimetro suficiente para observar a expanso do ar neste trecho, a partir de um

pulso de presso no bocal ( distncia de 3cm da folha obtida experimentalmente) igual a presso

do mecanismo estudado neste trabalho. A partir da presso obtida no pino, podem-se realizar

simulaes com diferentes alturas e presses do bocal para ser possvel otimizar o mecanismo.

A dependncia direta da conformao do papel na preciso no formato do pino pode resultar

inicialmente em um encarecimento de impressoras Braille por ar comprimido, j que os pinos

possuem dimenses reduzidas. Em contrapartida, foi eliminada a necessidade de um mecanismo de

deslocamento vertical ao se notar nos testes que o bocal pode estar a uma distncia de at 5cm do

papel, diminuindo a complexidade e custo do mecanismo. Com isso, espera-se conseguir um preo

de fabricao e manuteno inferior as impressoras Braille existentes no mercado, uma vez que

estas tambm precisam de pinos fabricados com preciso, porm com um material de custo mais

elevado e vida til menor.

Como prximas etapas para a construo de uma impressora Braille de ar comprimido deve-

se: 1- desenvolver um mecanismo para possibilitar o primeiro carregamento, que puxe o pino do

martelo at sua posio carregada sem influenciar o funcionamento do mecanismo durante os

disparos; 2- desenvolver um mecanismo para efetuar o disparo pelo acionamento da alavanca do

gatilho, sendo acionado eletronicamente para possibilitar a programao de impresso; 3- Analisar a

possibilidade de reduo da presso do ar comprimido observada pela distncia do bocal folha de

papel nos testes com o prottipo. Caso esta anlise mostre a possibilidade de reduo da presso,

deve-se redimensionar as molas do martelo e do retentor do mecanismo para que este possa ser

recarregado pela nova presso de ar comprimido; 4- Projetar um mecanismo capaz de mover a folha

de papel sobre o pino para possibilitar a impresso; 5- Projetar uma matriz contendo mais de um

bocal a fim de aumentar a velocidade de impresso; 6- Escolher um compressor de ar capaz de

atingir a presso de ar necessria, assim como mangueiras e adaptadores para seu encaixe ao

mecanismo. 7- Desenvolver um software capaz de comandar a impresso.

51

5. APNDICE

Desenhos das peas do mecanismo de liberao do ar comprimido, do mecanismo de gatilho e do

pino fixo. Abaixo pode ser visualizado o esquema de montagem do mecanismo.

6. ANEXO

66

67

7. LISTA DE REFERNCIAS

[1] HOW STUFF WORKS - < http://entertainment.howstuffworks.com/paintball2.htm>; acesso

em 20 de outubro de 2009

[2] CIVIAM BRASIL - ; acesso

em 25 de outubro de 2009

[3] K