Já lá vão os tempos em que os produtos eram lançados sem testes prévios. A produção moderna não lança nenhum produto sem testes específicos. Entre estes, os testes de choque térmico e de ciclos térmicos são dois dos mais comuns. No entanto, é frequente haver debate sobre a diferença entre os testes de choque térmico e os de ciclos térmicos.
Curiosamente, muitos acreditam que ambos os ensaios são iguais, uma vez que ambos envolvem o aquecimento de um material ou produto. No entanto, isso está errado, pois os dois ensaios são diferentes e fornecem informações específicas sobre os produtos. São utilizados em produtos que são submetidos tanto a altas como a baixas temperaturas, mas de formas totalmente diferentes. Neste artigo, irei abordar as diferenças entre os ensaios de choque térmico e de ciclos térmicos.
O que é o ensaio de choque térmico?
A realização de ensaios de choque térmico é comum numa vasta gama de indústrias. Todas as peças destinadas a serem utilizadas em condições de temperaturas variáveis são submetidas a estes ensaios.
Os ensaios de choque térmico consistem na exposição do material (amostra) a duas temperaturas extremas. A amostra é submetida a temperaturas muito elevadas. Em seguida, é submetida a temperaturas muito baixas (até -40 °C). Esta mudança repentina de temperatura, de muito elevada para muito baixa, pode causar tensões internas na amostra. Se o material for resistente, não irá rachar nem partir-se, comprovando assim a sua durabilidade e fiabilidade.
Como sabem, algumas peças estão sujeitas a temperaturas tanto muito elevadas como muito baixas. É fundamental que apresentem um bom desempenho nestas temperaturas extremas. Se o material não for submetido a ensaios prévios, poderá falhar quando exposto a temperaturas tão extremas. É aí que os ensaios de choque térmico se revelam extremamente úteis.
Este ensaio de choque térmico é realizado num câmara de choque térmico. Existem diferentes tipos de câmaras de choque térmico disponíveis. No entanto, as câmaras térmicas de duas zonas são as mais utilizadas nos ensaios. A peça ou o material a ensaiar é colocado no recipiente. Este recipiente transporta o material para uma zona onde a temperatura é demasiado elevada (até 150 °C).
Passado algum tempo, o balde desloca-se, transferindo o material para outra zona onde a temperatura é muito baixa. Esta temperatura pode ser negativa, rondando os -40 graus Celsius. Esta mudança repentina de temperatura, de extremamente alta para extremamente baixa, afeta o material. Este sofre tanto expansão a altas temperaturas como contração a baixas temperaturas.
Se o material for resistente, consegue suportar tanto a expansão como a contração sem rachar nem sofrer danos. O material é exposto a estas temperaturas extremas inúmeras vezes. Os materiais que passam no teste de choque térmico são considerados fiáveis e resistentes. Conseguem suportar mudanças bruscas de temperatura e estão prontos para serem utilizados em condições reais.
O que é o ensaio de ciclos térmicos?
Os ensaios de ciclos térmicos e de choque térmico diferem entre si. O choque térmico expõe o material a variações extremas de temperatura. No entanto, os ensaios de ciclos térmicos consistem em expor o material a tensão e fadiga.
Os ensaios de ciclos térmicos consistem em expor o material a temperaturas tanto muito elevadas como muito baixas. No entanto, a temperatura não é aumentada repentinamente, como acontece nos ensaios de choque térmico. Em vez disso, a temperatura é aumentada gradualmente e, em seguida, diminuída gradualmente. Este processo repete-se centenas de vezes. Um material frágil começa a rachar devido às flutuações contínuas de temperatura.
Em termos simples, este ensaio consiste em aquecer e arrefecer repetidamente os materiais. Este ensaio também expõe o material a temperaturas extremamente elevadas (120–125 °C) e a temperaturas extremamente baixas (-40 °C). No entanto, não se verifica uma variação brusca desta temperatura. Em vez disso, a temperatura sobe e desce lentamente, expondo o material à fadiga e à tensão.
Neste teste, um câmara de teste ambiental ou é utilizada uma câmara de ciclos térmicos. O produto ou material a testar é colocado nesta câmara. Em seguida, o operador aumenta gradualmente a temperatura. Este aumento da temperatura faz com que os materiais se expandam. Após um período definido, o operador reduz lentamente a temperatura e, em seguida, leva-a até aos -40 °C.
Este ensaio envolve centenas de milhares de ciclos de aumento e diminuição da temperatura. Estes pequenos aumentos e diminuições não expõem o material a choques térmicos. Em vez disso, provocam tensão e fadiga no material. Se o material for fiável, resiste à fadiga e não apresenta sinais de desgaste, mesmo após centenas de ciclos.
Assim que o teste estiver concluído, o engenheiro analisa cuidadosamente o estado do material. Qualquer sinal de fissuras indica que o material necessita de melhorias. Este teste é amplamente utilizado nos setores automóvel, aeroespacial, eletrónico e em muitas outras indústrias. As peças que passam neste teste são utilizadas na fabricação de vários produtos que se revelam muito fiáveis.
Diferenças entre o ensaio de choque térmico e o ensaio de ciclos térmicos
Conforme referido anteriormente, os ensaios de choque térmico e de ciclos térmicos são diferentes. Embora ambos envolvam temperaturas elevadas e baixas, isso não significa que sejam iguais. Na secção seguinte, irá conhecer as suas principais diferenças.
1- Taxa de variação da temperatura
A taxa de variação da temperatura é um aspeto importante destes dois ensaios. Nos ensaios de choque térmico, a temperatura varia muito rapidamente. Primeiro, o produto é exposto a temperaturas muito elevadas (extremas). De repente, a temperatura desce em poucos segundos, expondo o produto a uma temperatura muito baixa. Esta flutuação de temperatura ocorre em poucos segundos.
Por outro lado, os ensaios de ciclos térmicos envolvem variações graduais de temperatura. O produto é exposto gradualmente a altas temperaturas, atingindo o limite máximo. Após algum tempo, a temperatura é reduzida lentamente. Esta variação lenta e gradual da temperatura expõe os produtos à fadiga e ao esforço.
2- Objetivo do ensaio e exposição térmica
Os ensaios de choque térmico são realizados para determinar como um material se comporta quando exposto a variações bruscas e extremas de temperatura. Neste método, o produto é exposto a temperaturas extremas (tanto baixas como altas). Se um produto for frágil e for submetido a temperaturas extremas, a sua fragilidade torna-se evidente.
Por outro lado, realiza-se um ensaio de ciclos térmicos para avaliar a intensidade do esforço repetido a que o material é submetido. Quando a temperatura varia gradualmente, o material fica exposto a esforço. Este ensaio é realizado ao longo de centenas de ciclos, expondo o material a esforço repetido. Se o material apresentar fissuras, significa que não é fiável sob esforço repetido e necessita de melhorias.
3- Intensidade e duração do stress
Os ensaios de choque térmico e de ciclos térmicos diferem em termos de intensidade e duração da tensão. Nos choques térmicos, a temperatura varia muito rapidamente. Primeiro, sobe para uma temperatura muito elevada e, em seguida, desce para uma temperatura extremamente baixa. Desta forma, o material é exposto a uma elevada intensidade de tensão. No entanto, a duração da tensão é curta, uma vez que a temperatura varia rapidamente.
Por outro lado, a intensidade da tensão nos ensaios de ciclos térmicos é baixa. A razão para tal é que a variação de temperatura ocorre de forma lenta e gradual. Em contrapartida, a duração da tensão é longa no ensaio de ciclos térmicos.
4- Método de transferência e simulação na vida real
Os ensaios de choque térmico consistem na transferência repentina do material de uma temperatura extremamente elevada para uma temperatura baixa. Como referi acima, o ensaio é realizado numa câmara de choque térmico composta por duas câmaras. O material é colocado num balde que o transporta para uma câmara quente, de modo a que o material seja submetido a uma temperatura extremamente elevada. Em seguida, o balde desloca-se imediatamente e transporta o material para uma câmara de baixa temperatura.
Esta transferência do material de uma temperatura elevada para uma temperatura baixa ocorre em segundos. Isto simula a condição em que o material passa rapidamente de um valor extremamente elevado para um valor muito baixo. Um ensaio de ciclos térmicos é realizado numa única câmara, onde a temperatura aumenta e diminui. Não é necessário transferir o material de uma câmara para outra. Isto simula a condição em que o material é submetido a temperaturas extremas que oscilam lentamente.
5- Velocidade de ensaio e número de ciclos
Um ensaio de choque térmico é mais adequado para testar a rapidez. Porquê? A razão é que este ensaio envolve uma mudança repentina de temperatura, passando de valores extremamente elevados para valores extremamente baixos. Se o produto for frágil, começa a apresentar sinais de fissuras logo nos primeiros ciclos. Por isso, este ensaio de choque térmico é concluído rapidamente. Além disso, este ensaio envolve menos ciclos.
Por outro lado, um ensaio de ciclos térmicos demora mais tempo, uma vez que envolve uma variação gradual da temperatura. A temperatura aumenta lentamente no início e, em seguida, diminui ainda mais lentamente. Além disso, o ensaio de ciclos térmicos envolve mais ciclos, ou seja, centenas. Não é possível prever o resultado com base apenas em alguns ciclos neste método de ensaio.
6- Tipo de equipamento utilizado e conceção da câmara
Os ensaios de choque térmico são realizados em câmaras de choque térmico específicas. Estas câmaras estão disponíveis em diferentes tipos. Entre elas contam-se as câmaras de choque térmico de duas zonas, câmaras de choque térmico de três zonas, e assim por diante. Estas câmaras dispõem de secções ou compartimentos específicos tanto para o aquecimento como para o arrefecimento.
Consistem num recipiente que contém o material e que se desloca do compartimento quente para o frio. Por outro lado, os ensaios de ciclos térmicos são normalmente realizados numa câmara ambiental de zona única. Tanto os aumentos como as diminuições de temperatura ocorrem nesta única câmara ambiental. Em termos de conceção, uma câmara de choque térmico é composta por dois ou três compartimentos.
perguntas frequentes
O que é uma câmara de choque térmico?
A câmara de choque térmico é uma máquina de ensaio. É composta por duas zonas destinadas ao aquecimento e ao arrefecimento do produto em ensaio. Estas máquinas conseguem atingir temperaturas extremas com facilidade.
Qual dos ensaios é mais exigente: o choque térmico ou os ciclos térmicos?
O ensaio de choque térmico é, normalmente, mais exigente do que o ensaio de ciclos térmicos. A razão prende-se com o facto de este ensaio envolver a exposição repentina da peça a temperaturas muito elevadas. Esta variação repentina de temperatura torna o ensaio de choque térmico mais exigente.
Qual é a diferença entre o ensaio de choque térmico e os ciclos térmicos?
Estes dois ensaios térmicos diferem em muitos aspetos. O choque térmico consiste em analisar o comportamento do material perante variações bruscas e extremas de temperatura. Os ensaios de ciclos térmicos avaliam o comportamento do material quando exposto repetidamente a variações de temperatura.
Conclusão
Em conclusão, tanto os ensaios de choque térmico como os de ciclos térmicos são igualmente importantes. Ambos os ensaios consistem em avaliar o comportamento de um material face a flutuações de temperatura. Os ensaios de choque térmico avaliam o comportamento de um material quando este é submetido a temperaturas extremas repentinas.
Por outro lado, os ensaios de ciclos térmicos testam os materiais através de alterações repetidas de temperatura. Ambos têm o mesmo objetivo: verificar a qualidade do material. Os materiais que passam nestes ensaios são considerados mais fiáveis para utilização em condições reais. É possível ver estes dois tipos de ensaios a serem utilizados nos setores aeroespacial, eletrónico, automóvel e noutros.