O documento apresenta as diretrizes para um projeto de construção e uso de uma célula de carga por alunos de engenharia mecânica. Os alunos deverão projetar, construir e testar uma célula de carga capaz de medir até 10kgf usando extensômetros. A célula deverá medir pesos e controlar um processo. O projeto será avaliado com base em relatórios, apresentações e nos testes de desempenho da célula.

1. Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia
Departamento de Engenharia Mecânica
Graduação em Engenharia Mecânica
168980 - INTRODUÇÃO A ENGENHARIA MECÂNICA
Prof. João Pimenta
PROJETO, CONSTRUÇÃO E USO DE UMA
CÉLULA DE CARGA
Aluno Matricula Nota
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Brasília, 3/Abril/2017

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OBJETIVO
Células de carga são instrumentos de medição de grande importância no campo da mecânica por
permitir conhecer a magnitude dos esforços aplicados sobre elementos de uma estrutura ou
dispositivo (Fig. 1).
Figura 1. Exemplo de uso de célula de carga para teste do empuxo de um foguete hibrido (Futek,
2017a e Bloodhound, 2017)
A Fig. 2 ilustra a variedade de formas construtivas nas quais as células de carga são encontradas,
com um ponto em comum: todas as células de carga fornecem um sinal elétrico de saída
proporcional ao esforço a que se encontram submetidos. Conhecidas sua caraterísticas esse sinal
elétrico é convertido na grandeza força.
Célula de carga

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Figura 2. Formas construtivas de células de carga (Aboutinstrumentation,2017)
Inúmeras aplicações de células de carga podem ser encontradas desde aplicações comerciais
(simples balanças, torquímetros, etc.) até aplicações industriais, laboratoriais e de pesquisa (Fig. 2).
Figura 3. Alguns exemplos de aplicaões de céluas de carga (Futek, 2017b).

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Uma célula de carga tem seu princípio de funcionamento comumente baseado no uso de um sensor
que fornece um sinal elétrico proporcional ao esforço aplicado. Em geral isso envolve o uso de um
extensômetro ou, na língua inglesa, strain gauge. (Fig. 4) Tal sensor consiste de um fino fio ou
filme condutor cuja resistência elétrica varia devido à deformação sofrida pelo mesmo. Essa
variação da resistência é proporcional à deformação que resulta diretamente da força aplicada e faz
variar o sinal elétrico de saída de uma Ponte de Wheatstone. Por meio de uma calibração adequada
é possível converter o valor do sinal elétrico em unidades de força.
Figura 4. Exempo de strain gauge montado a uma peça a ser testada (continuummechanics, 2017).
No presente semestre a turma de IEM deverá se organizar em grupos para projetar, construir, testar
e demonstrar a operação de uma célula de carga com capacidade de até 10 kgf baseada na aplicação
de extensômetros (strain gauges).
EXIGÊNCIAS
As seguintes diretrizes deverão ser respeitadas sob pena de desclassificação (menção final SR
aplicada à todo o grupo):
• O sensor do tipo strain gauge deverá ser confeccionado e calibrado pelo grupo;
• A célula de carga deverá ser fixada de alguma forma à uma estrutura fixa e dispor de meios
para aplicação de uma carga externa (peso) a qual deverá ser fixada a célula de carga por
meio de um gancho ou mosquetão (disponibilizado pelo grupo);

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• O sinal de saída da célula de carga construída deverá ser usado com dois propósitos:
1. Obter o valor do peso a qual a mesma se encontra submetida, e;
2. Exercer alguma ação de controle como resultado da carga aplicada.
O valor instantâneo do peso aplicado deve ser informado da “forma mais correta possível”.
Em relação à ação de controle, o sinal de saída da célula de carga deve ser comparado com
um valor de referência (setpoint) ajustável e, em função dessa comparação, uma ação deve
ocorrer. (por exemplo o acendimento de um led, acionamento de um pequeno buzzer, etc.)
• Uma peça qualquer, com função bem definida e relevante no projeto da célula de carga,
deverá ser produzida por prototipagem rápida utilizando-se a impressora 3D disponível no
laboratório da Profa. Dianne. Para que não ocorra um gasto de material excessivo ou um
tempo de uso da impressora muito elevado essa peça deverá ter dimensões reduzidas, o que
será avaliado pelo professor.
AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO
Durante a apresentação das células de carga desenvolvidas pelos grupos serão realizados os
seguintes testes:
• AD1 Desempenho da célula de carga quanto à medição:
• AD2 Ação de controle;
• AD3 Aspectos gerais
A avaliação de desempenho AD1 consistirá na aplicação de 3 pesos diferentes, obtendo-se as
indicações de cada célula de carga do sinal de saída (em Volts) e do peso correspondente a carga
(em kgf) afim de caracterizar precisão, exatidão e sensibilidade. Adicionalmente serão utilizados
pesos “padrões” de 1,0 até 500 gramas para avaliar a resolução da célula de carga desenvolvida. A
nota atribuída para AD1 será resultado direto desses testes, sendo maior nota para a menor
resolução, maiores valores de precisão, exatidão e sensibilidade.
A avaliação de desempenho AD2 levará em conta as características gerais da solução de controle
adotada pelo grupo, a capacidade de ajustar diferentes setpoints e a correção da ação de controle.
A avaliação de desempenho AD3 avaliará aspectos diversos como: originalidade, criatividade,
qualidade da montagem, eficiência da apresentação pelo grupo, etc.

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INSTRUÇÕES GERAIS
1. Entrega e apresentação do relatório técnico do projeto na data especificada para o seminário;
2. Desenvolver em grupo, com no mínimo 6 e no máximo 8 alunos;
3. A apresentação oral à turma deve ser realizada usando slides produzidos em MS Powerpoint
ou programa similar;
4. O tempo disponível para a apresentação é de 15 minutos para cada grupo;
5. Cada membro do grupo deve apresentar oralmente uma parte do projeto dentro de uma
sequência lógica e coerente de exposição;
6. Os membros do grupo poderão ser arguidos devendo estar preparados para responder
qualquer questão sobre o projeto e não apenas sobre a parte da qual esteve responsável;
7. Não serão aceitas “soluções prontas”, i.e., não poderão ser usados conjuntos que, sem
alterações significativas, cumpram a função pretendida;
8. Modificações durante os testes de desempenho não serão permitidas. Apenas pequenos
ajustes serão admitidos, à critério do professor;
9. Preferir a utilização de materiais de fácil obtenção.
ESTRUTURA PARA O RELATÓRIO
O projeto deverá ser apresentado em detalhe através de um relatório impresso e encadernado que
obedeça a seguinte estrutura:
• Capa (como a do presente documento);
• Índice;
• Introdução: Diretrizes e parâmetros de projeto, conceitos aplicáveis, simplificações, etc;
• Desenvolvimento;
• Anexos;
• Memoriais de cálculo: detalhamento de cálculos utilizados na definição da solução;
• Lista de materiais: planilha com quantitativos de itens necessários;
• Orçamento: lista detalhada com valores compatíveis com a realidade de mercado;
• Desenhos de conjunto e detalhes em escala, com tamanho de prancha adequado;
• Referências.

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FORMATAÇÃO DO RELATÓRIO
O relatório impresso deverá respeitar a seguinte formatação básica (o presente documento pode ser
usado como template):
• Usar papel A4 (outros formatos conf. necessário, por exemplo, pranchas de desenhos);
• Margens: Superior = 2 cm, Inferior = 2 cm, Esquerda = 2,5 cm, Direita = 1,5 cm;
• Corpo do texto com espaç. 1,5 linhas em TimesNewRoman 12, justificado entre margens;
• Títulos principais em fonte “Calibri” de 14 pt, negrito, maiúscula;
• Subtítulos em fonte “Arial” de 10 pt, negrito, maiúscula;
• Numerar páginas no canto inferior direito;
• Figuras e tabelas numeradas, com legendas e centradas entre margens.
NOTA FINAL DO PROJETO DE IEM
De acordo com o Plano de Ensino da Disciplina esta atividade tem peso de 100% sobre a menção
final. A nota resultará da avaliação considerando o relatório entregue, a defesa oral e o protótipo
apresentado, de acordo com o seguinte:
▪ Relatórios (0 a 3 pts):
▪ Adequação às exigências básicas de formatação e estrutura do relatório;
▪ Qualidade da análise de alternativas e definição da solução (criatividade,
inovação/originalidade, etc.)
▪ Qualidade das memórias de cálculo;
▪ Qualidade dos desenhos técnicos.
▪ Célula de carga (0 a 7 pts) de acordo com o seguinte:
▪ AD1 0 a 4 pontos;
▪ AD2 0 a 2 pontos
▪ AD3 0 a 1 ponto

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DATAS IMPORTANTES
08/Maio Reunião com o professor
15/Maio Reunião com o professor apresentando o seguinte:
• Sequência das partes do relatório apresentadas na reunião anterior com os devidos
ajustes, correções e complementações;
• Desenvolvimento do projeto incluindo:
o Análise das alternativas construtivas e definição do aparato a ser construído;
o Seleção de materiais considerando suas propriedades, facilidade de aquisição,
processo de confecção das partes, montagem, etc.;
o Dimensionamento das partes (principalmente do strain gage) com base nas
equações disponíveis e capacidade de carga pretendida;
22/Maio Reunião com o professor apresentando o seguinte:
• Sequência das partes do relatório apresentadas na reunião anterior com os devidos
ajustes, correções e complementações;
• Desenvolvimento do projeto incluindo:
o Fotos, desenhos técnicos e vídeos do aparato na condição de desenvolvimento
atual;
o Definição da peça a ser produzida por prototipagem 3D;
o Seleção de materiais considerando suas propriedades, facilidade de aquisição,
processo de confecção das partes, montagem, etc.;
o Dimensionamento das partes (principalmente do strain gage) com base nas
equações disponíveis e capacidade de carga pretendida;
o Resultados de testes preliminares realizados pelo grupo com o aparato;
05/Junho Apresentação do protótipo e resultados de testes iniciais;
12/Junho Entrega do relatório final e apresentação oral
03/Julho Testes de avaliação.

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REFERÊNCIAS
Aboutinstrumentation,2017
http://aboutinstrumentation.blogspot.com.br/2010_12_19_archive.html
Futek, 2017a
http://www.futek.com/application/load-cell/Rocket-Engine-Thrust-Stand
Futek, 2017b
http://www.futek.com/application/load-cell
Bloodhound, 2017
https://www.youtube.com/watch?v=Tk67Z_mai_k
Continuummechanics, 2017
http://www.continuummechanics.org/straingauges.html