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Trabalho de Conclusão de Curso de Graduação de Engenharia Mecânica de Tiago Horstmann Nunes Florêncio na Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). O trabalho possui um vasto levantamento bibliográfico e os desdobramentos para o desenvolvimento de protótipos de canhões disruptores.
Citation preview
UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE (UFCG)
CENTRO DE CINCIAS E TECNOLOGIA (CCT)
UNIDADE ACADMICA DE ENGENHARIA MECNICA (UAEM)
TIAGO HORSTMANN NUNES FLORNCIO
DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA
NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA
MILITAR EM CAMPINA GRANDE
Campina Grande PB
Maro de 2015
2
TIAGO HORSTMANN NUNES FLORNCIO
DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA
NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA
MILITAR EM CAMPINA GRANDE
Trabalho de concluso de curso
apresentado Unidade Acadmica de
Engenharia Mecnica, Universidade
Federal de Campina Grande como
requisito parcial a obteno ao ttulo de
graduado pleno em Engenharia
Mecnica.
Orientador: Professor Wanderley Ferreira de Amorim Jnior Dr.
rea: Projeto Mecnico.
Campina Grande PB
Maro de 2015
3
DESENVOLVIMENTO DE UM CANHO DISRUPTOR PARA
NEUTRALIZAO DE ARTEFATOS EXPLOSIVOS PARA USO DA POLCIA
MILITAR EM CAMPINA GRANDE
Monografia Defendida e ___________________ em ___/___/___
____________________________________________________
Orientador de TCC - Professor Wanderley Ferreira de Amorim Jnior, DSc.
UFCG
____________________________________________________
Convidado Professor Marco Antonio dos Santos, DSc.
UFCG
____________________________________________________
Convidado Professor Joo Baptista da Costa Agra de Melo, DSc.
UFCG
4
Dedico este Trabalho de Concluso de
Curso aos meus pais, Rosana e Jos Augusto, que
sempre me incentivam e que me proporcionaram
todos os meios para me tornar um profissional de
excelncia.
5
AGRADECIMENTOS
Agradeo aos meus pais, Rosana e Jos Augusto, por terem forjado minha
personalidade e carter, por fazerem de tudo para que eu possa crescer na vida, por
serem exemplo de honestidade, simplicidade e responsabilidade e que, apesar da
distncia, nunca deixaram o sentimento de solido se tornar presente.
Agradeo minha irm, Carolina, por dividir este sentimento de famlia e ser um
exemplo de criatividade.
Agradeo minha namorada, Camila, que mesmo distncia, consegue ser minha
melhor amiga e minha maior fonte de apoio e motivao.
Agradeo aos meus amigos Matias e Ramon pela amizade e pelas caronas
imprescindveis.
Agradeo a Mrio pela pacincia, pela disponibilidade e pelos ensinamentos nas
prticas de usinagem e afins.
Agradeo ao Prof. Dr. Wanderley Ferreira de Amorim Junior pela amizade, pela
confiana e pela orientao primordiais no desenvolvimento deste trabalho.
Agradeo a todos os policiais do Grupo de Aes Tticas Especiais de Campina
Grande, especialmente na figura do Cabo Joclio, pela oportunidade de realizar um
projeto to interessante e expressivo e por todo o apoio na realizao do mesmo.
Agradeo aos professores da Unidade Acadmica de Engenharia Mecnica pela
formao profissional.
Agradeo aos meus amigos de curso e de repblica, que compartilharam das
mesmas dificuldades ao longo destes anos, e sem o companheirismo dos quais a jornada
teria sido ainda mais rdua.
Agradeo a todos que contriburam de forma direta ou indiretamente para a
realizao deste trabalho.
6
SUMRIO
CAPTULO I .............................................................................................................. 15
1 INTRODUO ................................................................................................... 15
1.1 Definio do Problema.................................................................................. 15
1.2 Objetivo Geral .............................................................................................. 17
1.3 Objetivos Especficos .................................................................................... 17
CAPTULO II ............................................................................................................. 18
2 REVISO BIBLIOGRFICA ............................................................................. 18
2.1 Bombas e Explosivos .................................................................................... 18
2.1.1 Definies ............................................................................................. 18
2.2 Tcnicas de Desativao de Artefatos Explosivos ......................................... 19
2.3 Canho disruptor ........................................................................................... 21
CAPTULO III ........................................................................................................... 25
3 Metodologia de projeto ........................................................................................ 25
CAPTULO IX ........................................................................................................... 28
4 RESULTADOS E DISCUSSES ........................................................................ 28
4.1 Projeto Informacional ................................................................................... 28
4.1.1 Definio do problema e dos requisitos .................................................. 31
4.1.2 Canho Disruptor do GATE de Joo Pessoa ........................................... 32
4.1.3 Canho Disruptor Lighweight-Heavyweight .......................................... 33
7
4.1.4 Canho Disruptor Water Dragon do Exrcito Americano ....................... 34
4.1.5 Canho dgua da Polcia Federal ......................................................... 37
4.1.6 Patentes ................................................................................................. 39
4.1.7 Pesquisa e anlise de mercado ................................................................ 41
4.2 Projeto Conceitual......................................................................................... 50
4.2.1 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 1 .............................. 50
4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2 .............................. 56
4.2.3 Canho Munido de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3............................ 58
4.3 Projeto Preliminar ......................................................................................... 60
4.3.1 Projeto Preliminar do Canho de PETN - Prottipos 1 e 2 ...................... 61
4.3.2 Projeto Preliminar do Canho de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3....... 63
4.3.3 Simulao dos Esforos nas Paredes dos Canhes .................................. 66
4.4 Projeto Detalhado ......................................................................................... 68
4.5 Fabricao Dos Prottipos ............................................................................ 68
4.5.1 Prottipo 1 ............................................................................................. 68
4.5.2 Prottipo 2 ............................................................................................. 70
4.6 Testes ........................................................................................................... 72
4.6.1 Prottipo 1 ............................................................................................. 72
CAPTULO V............................................................................................................. 85
5 CONCLUSES E SUGESTES ......................................................................... 85
5.1 Concluses ................................................................................................... 85
5.1.1 Sugestes ............................................................................................... 86
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ......................................................................... 87
ANEXOS .................................................................................................................... 89
ANEXO A .................................................................................................................. 90
ANEXO B .................................................................................................................. 97
8
RESUMO
Na rotina de um esquadro antibombas, muitas vezes no possvel determinar a
natureza do artefato suspeito, sendo mais prudente a sua neutralizao. Uma das
tcnicas mais eficientes nestes casos o emprego de canhes disruptores dgua. Ao
propelir um jato dgua a velocidades que podem chegar a mais de 1000 m/s, destri o
mecanismo de acionamento antes que este detone o explosivo. Assim, o objetivo deste
trabalho de desenvolver um prottipo de canho disruptor que possa ser utilizado pela
Polcia Militar de Campina Grande na neutralizao de artefatos explosivos. Foi
utilizada uma metodologia de projeto e um amplo banco de dados foi gerado. Dois
prottipos foram construdos e testes de campo foram construdos com o suporte da Polcia
Militar. O prottipo foi capaz de desmantelar um simulacro ao disparar 65 mL de gua a
uma distncia de 25 mm do alvo e utilizando uma carga propelente de PETN. Um pequeno
recuo de 110 mm foi observado.
Palavras-chave: Canho de jato dgua, Artefato explosivo, IED, EOD, Bomba caseira.
9
ABSTRACT
From time to time, bomb squads face occasions where one cannot determine the
nature of a suspect device, being more prudent its neutralization. One of the most
efficient techniques employed in these cases is to use a Water Disruptors. It shoots a jet
of water at speeds that can reach more than 1000 m/s and destroys the trigger
mechanism before it can detonate the explosive. The purpose of this work is to develop
a prototype of a Water Disruptor so that it can be used by the Military Police to disarm
explosive devices. A design methodology was adopted and a wide database was
assembled. Two prototypes were manufactured and field tests were conducted with the
support of Military Special Forces. The prototype developed was capable of disabling a
fake bomb by shooting 65 mL of water from a distance of 25 mm to the target and using
a propellant charge of PETN. A small recoil of 110 mm was produced.
Keywords: Water jet Disrupter, Water Cannon, IED, EOD, Bomb disposal.
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Agente do CORE/RJ efetuando treinamento com canho disruptor. ......... 16 Figura 2.1 Tcnica ativa com garrafa pet para desativao de artefato. ..................... 19 Figura 2.2- Tcnica ativa do funil com preservativo para desativao de artefato. ....... 20 Figura 2.3 Pigstick: modelo tpico de canho disruptor de jato dgua. ..................... 21 Figura 2.4 Esquema de formao de ejeo do jato de gua. ..................................... 22 Figura 2.5 Simulao de desmantelamento de maleta. Ajuste do canho disruptor (a), disparo da carga dgua (b) e resultado do disparo (c). ................................................ 23 Figura 2.6 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho. ................................................................................................................................... 24
Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia de projeto adotada no trabalho. .................... 26 Figura 4.1 Exemplos de munies para canho disruptor. Cartucho eltrico (1), de percusso mecnica (2), frangible (3) e slido (4). ...................................................... 29 Figura 4.2 Desenho esquemtico de um canho disruptor e seus componentes tpicos. ................................................................................................................................... 29 Figura 4.3 Acessrios para canho disruptor. Bocal convergente (a) e Freio-de-boca (b). .............................................................................................................................. 30 Figura 4.4 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b). ........................ 31 Figura 4.5 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP. .................................... 32 Figura 4.6 Esquema de montagem do disruptor Lightweight-Heavyweight (a) e seus componentes (b). ......................................................................................................... 34 Figura 4.7 Vista em corte do canho diruptor do Exrcito Americano (a) e sua vista explodida (b). .............................................................................................................. 35 Figura 4.8 Simulao numrica das tenses no cano do canho (a) e Curva de presso no tempo para o canho Water Dragon. ....................................................................... 36 Figura 4.9 Vista lateral e em corte de modelo de canho disruptor proposto pela PF. 37 Figura 4.10 Desenho detalhado das Bases de Alumnio. ........................................... 38 Figura 4.11 Sequncia de abertura de paraquedas. .................................................... 39 Figura 4.12 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua. ....................... 40 Figura 4.13 Vista em corte do canho modular proposto na Patente US8276495B1. . 40 Figura 4.14 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 45
11
Figura 4.15 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes disruptores. ................................................................................................................. 46 Figura 4.16 Modelos bsicos de canho disruptor. .................................................... 47 Figura 4.17 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso usada no canho RADC-2 da Royal Arms (b). ............................................................ 48
Figura 4.18 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo Pessoa (a) e do Pigstick da Chemring (b). ............................................................................... 48
Figura 4.19 Modelo de espoletopim apresentado pelo GATE. .................................. 50 Figura 4.20 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 51 Figura 4.21 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a
vista em corte do mesmo (b). ...................................................................................... 52 Figura 4.22 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do Espoletopim (b), do acoplamento cano (c) e da culatra e seus componentes (d). .......... 54 Figura 4.23 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte
do mesmo (b). ............................................................................................................. 55 Figura 4.24 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do
acoplamento entre o cano e o prolongamento (b). ........................................................ 57 Figura 4.25 - Concepo aperfeioada do Prottipo munido de espoleta (a) e vista em
corte do mesmo (b). .................................................................................................... 58 Figura 4.26 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).
................................................................................................................................... 59 Figura 4.27 - Concepo montada do Canho de cartucho (a) e vista em corte da
montagem (b). ............................................................................................................. 60 Figura 4.28 Resultado da simulao da Concepo 2. Observa-se a deformao do canho e o grfico do teste de convergncia. ............................................................... 66 Figura 4.29 Campo de tenses no cano da Concepo 2. .......................................... 67 Figura 4.30 Detalhe do campo de tenses ao longo da parede do cano. ..................... 67 Figura 4.31 Detalhe do campo de tenses na culatra da Concepo 2. ...................... 68 Figura 4.32 Componentes do canho (a) e sequncia de montagem (b). .................... 69 Figura 4.33 Detalhe do Prolongamento do Prottipo 2.............................................. 70 Figura 4.34 Detalhe do Cano modificado para o Prottipo 2. .................................... 71 Figura 4.35 Detalhe da Culatra modificada para o Prottipo 2. ................................. 71 Figura 4.36 Montagem final do Prottipo 2. ............................................................. 72 Figura 4.37 Sequncia de montagem do primeiro disparo. ........................................ 75 Figura 4.38 Danos no alvo causados pelo primeiro disparo com o Prottipo 1. ......... 76 Figura 4.39 Montagem do segundo disparo com o Prottipo 1. ................................. 77 Figura 4.40 Resultado do disparo com bucha frontal de nylon. ................................. 77 Figura 4.41 Aspecto do alvo aps segundo disparo do Prottipo 1. ........................... 78 Figura 4.42 Bucha encontrada intacta dentro da caixa (a) e detalhe da canho aps segundo disparo do Prottipo 1. .................................................................................. 79
Figura 4.43 Detalhe da preparao do Prottipo 1 (a) e montagem do terceiro disparo. ................................................................................................................................... 80 Figura 4.44 Detalhe da transfixao do alvo, com espalhamento do contedo. Terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................ 81 Figura 4.45 Detalhe do recuo do canho e da regio de impacto do jato aps terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................ 81 Figura 4.46 Aspecto do desmantelamento do alvo aps terceiro disparo do Prottipo 1. ................................................................................................................................... 82
12
Figura 4.47 - Sequncia de imagens do disparo. O pavio queima instantes antes da
detonao (a). Ento, o jato desmantela a caixa e o pisto ricocheteia no solo (b) e o
contedo da caixa lanado para fora (c). ................................................................... 83
Figura A.1 Vista explodida do Prottipo 1. ............................................................... 90 Figura A.2 Culatra do Prottipo 1............................................................................. 90 Figura A.3 Cano do Prottipo 1. ............................................................................... 91 Figura A.4 Pisto usado no Prottipo 1 e 2. .............................................................. 91 Figura A.5 - Vista explodida do Prottipo 2. ............................................................... 92 Figura A.6 Culatra modificada para o Prottipo 2. .................................................... 92 Figura A.7 Cano modificado para o Prottipo 2. ....................................................... 93 Figura A.8 Prolongamendo do Prottipo 2................................................................ 93 Figura A.9 Cano do Prottipo 3. ............................................................................... 94 Figura A.10 Culatra do Prottipo 3. .......................................................................... 94 Figura A.11 Vista explodida do Prottipo 3. ............................................................. 95 Figura A.12 Pisto utilizado no Prottipo 3. ............................................................. 95 Figura A.13 Pisto para o Prottipo 3. ...................................................................... 96 Figura B.1 Propriedades fsicas e mecnicas do Nitanyl. .......................................... 97
13
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1 Resultados dos testes de Lavoix em seu canho modular. ........................ 41 Tabela 4.2 Principais informaes dos canhes encontrados no mercado. Dados retirados dos catlogos dos fabricantes. ....................................................................... 42 Tabela 4.3 Outras informaes obtidas na pesquisa de mercado. .............................. 43 Tabela 4.4 Valores estatsticos dos principais dados. ................................................ 44 Tabela 4.5 Avaliao mdia sobre a presena de sistemas anti-recuo e o uso de projteis slidas nos canhes analisados. ..................................................................... 46
Tabela 4.6 - Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado. .................... 49 Tabela 4.7 Resumo dos trs disparos efetuados. ....................................................... 84
14
NOMENCLATURA
CORE/RJ Coordenadoria de Recursos Especiais do Estado do Rio de Janeiro
EOD Explosive Ordnance Disposal
GATE/CG Grupo de Aes Tticas Especiais de Campina Grande
UFCG Universidade Federal de Campina Grande
GATE/JP Grupo de Aes Tticas Especiais de Joo Pessoa
PETN Tetranitrato de Pentaeritrina
PF Polcia Federal
15
CAPTULO I
1 INTRODUO
1.1 Definio do Problema
Infelizmente, apesar dos esforos do Estado, no so raros os casos em que
pessoas mal-intencionadas utilizam-se de explosivos para aes criminosas. Via de
regra, os criminosos fazem uso de armamentos de fabrico artesanal ou industrializados,
tais como granadas, rojes e bananas de dinamite, adquiridos por meio de contrabando
ou roubo. Os principais delitos envolvendo armamento explosivo so: roubo de valores,
crimes passionais, vandalismos, casos de vingana, violncia em escolas e outros crimes
contra o patrimnio pblico e privado.
Apesar de acreditarmos ser um pas pacfico (livre de terrorismo), tambm
estamos sujeitos a tais ameaas. Alm de quase no serem divulgados na grande mdia,
episdios envolvendo ameaas explosivas no Brasil tambm no tm registro adequado
e, por isso so mais comuns que aparentam. Este tipo de delito vem aumentando nos
ltimos anos e se d principalmente em cidades do interior, onde o contingente policial
pequeno e pouco equipado1. A Paraba, inclusive, um dos Estados brasileiros com o
maior nmero de aes criminosas envolvendo o uso de explosivos. A exemplo, em
1Disponvel em: , Acesso em: 10/01/2015
16
2014 foram 53 ocorrncias de exploso em bancos de todo o estado, mais de 20% de
crescimento em relao ao ano anterior2.
Em virtude do despreparo tcnico dos criminosos no trato de explosivos, muitas
vezes as aes so frustradas e explosivos no detonados so encontrados no local do
crime. H tambm ocasies em que volumes ou objetos estranhos so abandonados em
lugares pblicos e devem ser tratados com cautela3 4. Devido o potencial danoso destes
artefatos, necessrio que seja acionado o Esquadro Antibombas, local para que se
confirme a periculosidade do objeto, prossiga com sua remoo para um lugar seguro e
se efetue a neutralizao do mesmo. Contudo, nem sempre se dispe de um aparelho de
raio-X porttil para caracterizar o contedo do volume suspeito e sua manipulao pe
em risco a vida do explosivista. Uma simulao de desmantelamento de artefato
explosivo pode ser visto na Figura 1.1.
Figura 1.1 Agente do CORE/RJ efetuando treinamento com canho disruptor.
Fonte: http://www.ioerj.com.br/portal/modules/news/article.php?storyid=1488
2 Disponvel em:< http://www.bancariospb.com.br/index.php/notcias-mainmenu-138/ocorrncias-violncia-
mainmenu-165/22213-mapa-da-violencia-contra-bancos-na-paraiba-em-2014>, Acessado em:
10/01/2015. 3Disponvel em:< http://g1.globo.com/sp/vale-do-paraiba-regiao/link-
vanguarda/videos/t/edicoes/v/esquadrao-anti-bomba-detona-artefato-explosivo-em-jacarei-sp/2302665/>,
Acessado em: 10/01/2015. 4Disponvel em:< http://oglobo.globo.com/rio/esquadrao-antibombas-retira-pacote-suspeito-do-aeroporto-
santos-dumont-14854776>, Acessado em: 10/01/2015.
17
Nesta e em outras ocasies faz-se necessrio o desmantelamento do artefato, ou
seja, a destruio do mesmo, de preferncia sem que haja a detonao. A depender da
anlise feita pelo especialista, escolhe-se o mtodo neutralizao que melhor se adequa
situao, considerando-se o local, o material disponvel, o tamanho do volume, o tipo
de explosivo, etc. Um equipamento amplamente usado o canho disruptor, ou canho
dgua. Trata-se de um e canho porttil que dispara uma massa de gua a velocidades
que podem passar dos 1000 m/s, de tal forma que em 90% das vezes a bomba
neutralizada sem que seu mecanismo de acionamento consiga deton-la.
Na Paraba, o GATE requisitado para atender principalmente a ocorrncias de
exploso a caixas eletrnicos, sendo responsvel pela segurana de quase todo o interior
do Estado. De acordo com o site da empresa especializada em EOD, Royal Arms, um
kit completo de canho disruptor tem preo que varia de 2.395,00 a 3.895,00 dlares,
algo em torno de 6.000,00 a 11.000,00 reais. Assim como o GATE de Joo Pessoa
fabricou o prprio canho, o batalho de Campina Grande resolveu fazer o mesmo.
Valorizando o papel cientfico exercido pela UFCG na sociedade, o GATE/CG
requisitou o desenvolvimento de tal equipamento que dever integrar-se como mais uma
ferramenta disposio da polcia no combate ao crime em Campina Grande e regio.
1.2 Objetivo Geral
O principal objetivo deste trabalho desenvolver um canho disruptor que sirva
demanda do GATE/CG. Para tanto, o canho deve produzir um jato de gua de alta
energia que consiga efetuar a destruio de artefatos explosivos, evitando a sua
detonao e, consequentemente, danos s pessoas e s propriedades.
1.3 Objetivos Especficos
- Compreender os princpios de funcionamento de armamentos, explosivos e de
todos os componentes envolvidos.
- Aplicar metodologia de projeto na resoluo do trabalho.
- Fazer anlise mercadolgica para compreenso dos fatores envolvidos no
desenvolvimento de um canho disruptor.
- Realizar simulao em ambiente virtual para anlise comparativa com o
valores tericos calculados no dimensionamento do canho.
18
CAPTULO II
2 REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 Bombas e Explosivos
2.1.1 Definies
Deflagrao: a autocombusto de um corpo que ocorre na direo normal
superfcie, por camadas, devido transferncia de calor da zona de chama que se
encontra na fase gasosa adjacente superfcie. Normalmente ocorre a velocidades
subsnicas.
Detonao: o fenmeno no qual uma onda de choque autossustentada, de alta
energia, percorre o corpo de um explosivo causando a sua transformao em produtos
mais estveis com a liberao de grande quantidade de calor. As velocidades de
detonao geralmente so supersnicas, variando de 1.000 m/s a 8.500 m/s.
Exploso mecnica: o resultado do aumento da presso interna num recipiente
hermeticamente fechado. Quando a resistncia do invlucro superada, resulta na
ruptura do mesmo e no lanamento de fragmentos.
Bomba: qualquer artefato confeccionado com uma carga explosiva, sendo
capaz de provocar destruio ou danos atravs da formao de ondas de choque.
Explosivos: So substncias ou misturas capazes de se transformar
quimicamente em gases, produzindo elevadas presses e considervel trabalho devido
ao do calor liberado sobre os gases produzidos ou adjacentes.
19
2.2 Tcnicas de Desativao de Artefatos Explosivos
A neutralizao de artefatos explosivos dividida em dois tipos: tcnicas
passivas e ativas. As primeiras so aquelas que no provocam, em tese, alteraes
fsico-qumicas no objeto suspeito capazes de acion-lo. Alguns exemplos so: barreiras
de proteo, auscultao, exame de Raios-X e detectores de metais, inciso no pacote
para exame visual interno via endoscpio e resfriamento drstico e rpido para
desativao da fonte eltrica.
O aparelho de Raio-X deve ser usado na maioria dos casos. O seu uso no
necessrio quando o suposto artefato muito evidente. Sua importncia se d pela
possibilidade de fornecer informaes valiosas do interior de um volume se h
necessidade de abri-lo ou toc-lo. Caso o item seja muito suspeito, dispensa-se o uso do
Raio-X e atira-se com o canho dgua ou cordel detonante pois melhor que se destrua
o artefato e se conclua que no era uma ameaa do que se aproximar e o artefato
explodir.
Por sua vez, as tcnicas ativas de desativao so aquelas que podem provocar
alteraes fsico-qumicas previsveis no artefato, ativando-o. O principal objetivo
interromper o circuito de fogo. Alguns exemplos so explicados em seguida.
Figura 2.1 Tcnica ativa com garrafa pet para desativao de artefato.
Fonte: Neto et al.(2002)
20
Garrafa plstica: O cordel detonante ao ser iniciado, ir lanar a massa de gua
contida na garrafa na direo radial e atingir o artefato explosivo provocando a
separao dos seus componentes (Neto et al., 2002). O esquema pode ser visto na
Figura 2.1.
Figura 2.2- Tcnica ativa do funil com preservativo para desativao de artefato.
Fonte: Neto et al.(2002)
Funil: o cordel, ao ser iniciado, gera uma onda de presso ao longo do funil e
arrasta a massa de gua contra o alvo (Neto et al., 2002). O esquema pode ser visto na
Figura 2.2.
21
2.3 Canho disruptor
Figura 2.3 Pigstick: modelo tpico de canho disruptor de jato dgua.
Fonte: http://www.mondial-defence.com/ProductDetails.aspx?ProductID=53
O canho disruptor trata-se de um equipamento de suma importncia que deve
compor o arsenal de todo esquadro antibombas. Ele acionado remotamente e lana
um jato, geralmente de gua, a grandes velocidades que destri o mecanismo de
acionamento ou o artefato por completo. A sua grande vantagem que, apesar de ser
uma tcnica ativa de neutralizao, estatsticas alems apontam que em 90% dos casos
no h detonao do artefato. Assim, pode-se recuperar e analisar os componentes, tais
como a carga principal, o mecanismo de ativao e outros, no intudo de se determinar a
autoria do atentado.
22
Figura 2.4 Esquema de formao de ejeo do jato de gua.
Fonte: Neto et al. (2002)
Como visto na Figura 2.4, o princpio de funcionamento do canho bastante
simples. A carga propelente deflagra na cmara de combusto e expande ao longo do
cano, acelerando a bucha interna que est sua frente. Esta, por sua vez, impulsiona a
carga de gua contida no restante do cano, que arrasta a bucha de fechamento. Na boca
do cano, a massa de gua apresenta aspecto cilndrico, mas conforme o jato se propaga,
h disperso e conificao do mesmo. Ao entrar em contato com o alvo, o jato rompe o
invlucro e arrasta seu contedo. A velocidade do jato geralmente maior que a de
acionamento do artefato, impossibilitando sua exploso. Ainda, o jato dgua oferece
pequeno coeficiente de atrito e nenhuma possibilidade de fasca, alm de outras
caractersticas inerentes como alto coeficiente de calor especfico e baixa condutividade
trmica, se comparado a projteis metlicos. Um exemplo de aplicao e do poder de
destruio do jato dgua pode ser visto na Figura 2.5.
23
(a)
(b)
(c)
Figura 2.5 Simulao de desmantelamento de maleta. Ajuste do canho disruptor (a),
disparo da carga dgua (b) e resultado do disparo (c).
Fonte: http://tinyurl.com/lbl3huf
Russel (2014) mostra que a acelerao do jato dgua oriunda da troca de
momento com os gases gerados pela munio. Da mesma forma, o recuo do canho
devido troca de momento entre o canho e o projtil. Russel mostra que a velocidade
mxima terica do projtil (v1) depende diretamente da energia potencial (E)
armazenada no cartucho e das massas do canho (m2) e da massa de gua (m1), segundo
a equao a seguir:
1 (2) = 22
12+12 Eq.(2.1)
24
Percebe-se atravs da Eq. (2.1) que uma reduo na massa do disruptor causa
uma reduo na velocidade de disparo do projtil. A relao no linear e possui um
limite no qual um incremento grande de m2 cause um incremento pouco significante em
v1. Por outro lado, h igualmente uma regio em que uma reduo pequena da massa
causa redues mais significativas na velocidade. A Figura 2.6 mostra a curva de
velocidade do projtil em funo da massa do canho que utiliza um cartucho calibre
.50 com 6.8 BTU de energia. Observa-se que, para uma diminuio de 50% da massa do
disruptor, tem-se uma perda de aproximadamente 6% na velocidade final do projtil.
Figura 2.6 Relao da velocidade mxima terica de disparo com a massa do canho.
Fonte: Russel (2014)
Em Semko (1997), o autor desenvolve modelo fsico-matemtico que se
aproxima bastante dos disruptores aqui estudados, mas deve-se atentar que a
compressibilidade da gua considerada. Muitos outros trabalhos sobre a balstica
interna e temas relacionados a canhes de jato de alta velocidade foram desenvolvidos
por A. N. Semko, pesquisador da Universidade Nacional de Donetsk. Contudo, tais
canhes so muito mais robustos, podendo ter at 1 metro de comprimento e jatos
atingindo 3000 m/s so empregados no desmonte de rochas duras, por exemplo.
25
CAPTULO III
3 METODOLOGIA DE PROJETO
O projeto de um componente ou um sistema apresenta em cada caso
caractersticas e peculiaridades prprias. Mas medida que um projeto iniciado e
desenvolvido desdobra-se uma sequncia de eventos, numa ordem cronolgica,
formando um modelo, o qual quase sempre comum a todos os projetos (Back, 1983).
Desta forma, a Figura 3.1 representa o fluxograma da metodologia de projeto que foi
usada como referncia para a execuo deste trabalho.
26
Figura 3.1 - Fluxograma da metodologia de projeto adotada no trabalho.
Definio do Problema
Tambm chamado de Projeto Informacional, a fase de interpretao e limitao
dos requisitos disponveis de forma clara e objetiva. Para tanto, rene-se todas as
possveis informaes necessrias ao desenvolvimento do trabalho. So realizadas
pesquisas buscando informaes referentes aos requisitos do projeto do dispositivo a
ser desenvolvido.
O levantamento bibliogrfico feito em publicaes, revistas, livros, e sites
especializados. Tambm se faz um levantamento de equipamentos j existentes
(pesquisa de mercado), assim como patentes, buscando os aspectos funcionais e de
projeto.
Projeto Conceitual
Busca-se apresentar na forma de croquis, diagramas, desenhos esquemticos a
visualizao da(s) ideia(s) que melhor atendem a demanda de projeto.
27
Projeto Preliminar
Busca-se estabelecer materiais e dimenses que promovam um comportamento
adequado frente s solicitaes esperadas.
Projeto Detalhado
Com os processos de fabricao e as normas vigentes no pas, quanto segurana
operacional e a confiabilidade do produto, detalhando a documentao para a
construo do prottipo.
Construo do prottipo
Faz-se uso dos recursos disponveis em termos de fabricao e montagem, para a
obteno da forma fsica estabelecida e dimensionada nas fases anteriores.
Teste de Validao
Para saber se atende s especificaes de projeto e, consequentemente, a demanda
inicial.
28
CAPTULO IX
4 RESULTADOS E DISCUSSES
4.1 Projeto Informacional
Os canhes disruptores representam geralmente armas de mdio calibre (20 a 40
mm) com canos de comprimento relativamente curto, de dez a vinte vezes o valor do
calibre, (Radomski, 2010). Como o espectro para seu uso variado, as munies que
podem ser utilizadas tambm so. Quanto munio, geralmente utilizado um
cartucho de festim, cujo propelente deflagra e gera gases que impulsionam a gua.
Tambm se encontra alguns cartuchos em que a gua pr-carregada junto ao
propelente, como na Patente US51369205. Pode-se tambm utilizar uma massa slida
como projtil para abrir fendas em invlucros mais resistentes ou outras aplicaes
especiais (Figura 4.1).
5 BREED, A. K, STOECKLE, H., TUTTLE, D. JR. Water cannon for neutralizing explosive devices, and
replaceable cartridge therefore. US5136920 (1992).
29
Figura 4.1 Exemplos de munies para canho disruptor. Cartucho eltrico (1), de
percusso mecnica (2), frangible (3) e slido (4).
Fonte: http://www.proparms.com/site/product_8.html
O projtil no fica restrito aos exemplos da Figura 4.1. Tambm pode ser usada
areia pura ou misturada com gua, porm haver um desgaste do interior do cano. Uma
anlise sobre a utilizao e eficincia de outros lquidos com relao gua pode ser
observada em (Loktiushina e Semko, 2014).
(a)
(b)
Figura 4.2 Desenho esquemtico de um canho disruptor e seus componentes tpicos.
1 2 3 4
30
Na Figura 4.2 (a), pode-se observar os componentes bsicos do disruptor. O
cano (2) um simples tubo de parede que suporta a presso interna gerada pelos gases
propelentes. Alm disto a massa dgua (7), e o direciona ao alvo. O cano tambm serve
de estrutura para posicionamento dos demais componentes, inclusive os opcionais,
como o trip. Em seguida inserida a carga propelente (5) ao fundo do cano. Esta carga
costumeiramente um cartucho de festim caibre 12 ou .50. Ao fundo do cano tambm
rosqueada a culatra (6), responsvel pela vedao da parte de traseira do canho,
impedindo que tanto o cartucho quanto os gases escapem. Como a expanso dos gases
propelentes fica limitada no sentido da boca do cano, a energia cintica transferida
preferivelmente para a massa de gua. Ainda, insere-se uma bucha interna, chamada de
pisto (3), que posiciona-se entre a massa de gua e a munio. A funo deste de
otimizar a transferncia de energia cintica para a massa de gua e proteg-la da
combusto do propelente (4), evitando que aquela se vaporize. Por fim, a massa dgua
(7) introduzida pela boca do cano e insere-se uma segunda bucha para vedao da
boca do cano, chamada de diafragma (1). Este componente impede que a gua ou areia
vazem e devem ser de material frgil para que rompa facilmente. No caso de projteis
slidos, no se fazem necessrias as buchas. Na Figura 4.2 (b), o elemento (8) um
acessrio para o canho e varia segundo o fabricante e a necessidade do usurio. No
caso da Figura 4.3 (a), trata-se de um bocal convergente, utilizado para obter
velocidades de ejeo muito elevadas. Outra possibilidade para (8) um freio-de-boca
ou outro dispositivo de antirecuo Figura (b).
(a)
(b)
Figura 4.3 Acessrios para canho disruptor. Bocal convergente (a) e Freio-de-boca
(b).
31
4.1.1 Definio do problema e dos requisitos
Inicialmente foi realizada uma reunio com alguns policiais do GATE/CG com a
finalidade de ter uma definio mais precisa do problema e alinhar expectativas. Nesta
ocasio pde-se apresentar os dados obtidos em uma pesquisa preliminar, indicando
alguns modelos encontrados no mercado e suas caractersticas principais. Com isto,
teve-se um ponto de partida para debater a concepo do canho de acordo com os
requisitos de projeto apresentados concomitantemente.
Outro ponto importante foi que esta reunio pde dar-nos uma viso mais
realista do problema, dado que tais policiais so os mesmos que abordam estas
ocorrncias envolvendo ameaas de bombas, ou seja, possuem conhecimento de causa.
Desta ocasio, foram notados alguns requisitos:
O canho deve ser projetado para ser usado principalmente em ambientes
fechados, pois se sabe que o maior nmero de ocorrncias est
relacionado a exploses a bancos.
A munio utilizada deve ser compatvel com a realidade do GATE.
Teoricamente, pode-se usar qualquer munio, desde que se trate de um
cartucho de festim.
Portanto, o canho dever ter o mnimo de recuo possvel, de forma a no
danificar o ambiente nem a si mesmo, e o calibre do canho fica em funo da munio
disponvel no batalho da PM.
(a)
(b)
Figura 4.4 Espoletopim Imbel (a) e bala de borracha calibre 12 (b).
Espoleta de Alumnio
com carga de PETN
Estopim
de plvora
32
Em relao munio, inicialmente foi apresentada a possibilidade de usar um
cartucho de festim calibre 12 e adapt-lo para ser acionado por um pavio de plvora,
visto na Figura 4.4 (b). Frente a esta dificuldade de preparao dos cartuchos, levantou-
se a hiptese de usar um espoletopim em virtude de ser um material de maior
disponibilidade e de pronta utilizao. O espoletopim consiste numa espoleta de
Alumnio contendo 550 mg de Tetranitrato de Pentaeritritol (PETN) e 250 mg de Azida
de Chumbo que crimpado num estopim (pavio de plvora), visto na Figura 4.4 (a). O
uso de um alto explosivo como propelente para o canho pode acarretar danos na
estrutura devido onda de choque. Contudo, a praticidade e a inovao do emprego de
espoleta ao invs de cartucho foram consideradas.
Alm disto, foi levantado um amplo banco de dados com artigos, patentes,
catlogos, imagens e vdeos sobre o tema e outros assuntos relacionados. No que
concerne s normas, no se encontrou nada relacionado ao tema.
4.1.2 Canho Disruptor do GATE de Joo Pessoa
Figura 4.5 - Canho disruptor d'gua utilizado pelo BOPE/JP.
Em outra ocasio, teve-se a oportunidade de avaliar o canho disruptor usado
pelo GATE em Joo Pessoa. As principais caractersticas deste canho so:
Munio: cartucho de festim calibre 12;
Comprimento do cano: 400 mm;
Dimetro interno: 24 mm, sendo 21 mm na cmara de combusto;
Dimetro externo: 38 mm;
Acoplamento: rosca quadrada Q36x2 de 8 filetes;
Material: Ao
Cano Anis de conteno Culatra
33
Volume mximo de gua: 150 mL;
Na Figura 4.5, observa-se a existncia de anis de conteno, que servem para
fixar o canho no suporte. Em geral, estes anis so soldados para que se possa partir de
uma barra de dimetro menor na usinagem do cano. Observa-se tambm o fato de a
parede do cano ser menor justamente na regio traseira, onde a solicitao maior
devido cmara de combusto e rosca, que diminui a rea efetiva de resistncia. Estes
detalhes indicam que o projeto superdimensionado, sendo possvel uma diminuio de
sua massa.
4.1.3 Canho Disruptor Lighweight-Heavyweight
Russel (2014) prope um novo modelo de canho desmontvel, ou modular. O
intuito que a maior parte da massa do canho seja dividida entre o cano e a luva,
facilitando seu carregamento, Figura 4.6 (b). Este na verdade uma sugesto de
aprimoramento para o disruptor modelo MK 2 e possibilita duas montagens: uma mais
leve, sem a luva, e com menor poder de destruio; e uma mais pesada, com a luva, e
com potncia mxima. Este modelo se baseia na troca de movimento entre o jato e o
canho, como foi apresentado na discusso sobre a Eq. (2.1) e Figura 2.6.
(a)
34
(b)
Figura 4.6 Esquema de montagem do disruptor Lightweight-Heavyweight (a) e seus
componentes (b).
4.1.4 Canho Disruptor Water Dragon do Exrcito Americano
(a)
35
(b)
Figura 4.7 Vista em corte do canho diruptor do Exrcito Americano (a) e sua vista
explodida (b).
Neste trabalho de Smith et al. (2014) foi feita um estudo sobre a possibilidade de
diminuio do peso do Canho Disruptor Water Dragon atravs de mudanas no perfil
do cano, ou seja, atravs de alteraes de espessura ao longo de sua parede. A Figura
4.7 mostra os componentes do canho e sua montagem. Tal equipamento utiliza a
plvora contida num cartucho calibre .50 como propelente para impulsionar um pisto
de formato particular que conduz a gua at a sada do bocal, produzindo um jato a
altssima velocidade. O autor afirma ainda que este canho capaz de destruir artefatos
com tamanho mximo de um tambor de 55 gales, ou 208 litros. Dentre os resultados
obtidos, tem-se o perfil de tenses na parede no cano obtido por elementos finitos
(considerando o efeito do bocal) e a curva de presso interna gerada pelo cartucho.
Pode-se ver na Figura 4.8 (a) que as presses mximas no cano encontram-se na regio
do bocal, com pico de 55,724 ksi (384,31 MPa) visto na Figura 4.8 (a). Quanto
presso interna, verifica-se que esta mxima nas proximidades do cartucho e atinge 15
ksi (103,4 MPa), Figura 4.8 (b), j com algumas consideraes como um fator de
segurana de 10%.
Bocal
Diafragma
Pisto
Cano
O-ring
(pisto)
Culatra
36
(a)
(b)
Figura 4.8 Simulao numrica das tenses no cano do canho (a) e Curva de presso
no tempo para o canho Water Dragon.
Ademais, os autores discutem opes de design para o canho. Dentre as
recomendaes, sugere-se o uso de roscas tipo dente-de-serra ao invs de ACME, pois
oferece melhor vedao e menor fadiga, de ao 4340 ou outro com tenso de
escoamento mnima de 1.103 MPa e resistncia a impacto de Charpy de 20 J, para que
no haja margem para falha catastrfica. Tambm recomendado cromar a superfcie
Acoplamento
da culatra
Acoplamento
do bocal
103,4 MPa
37
interna do tubo para evitar oxidao e fragilizao por hidrognio no caso de aos
ligados de alta resistncia.
4.1.5 Canho dgua da Polcia Federal
Figura 4.9 Vista lateral e em corte de modelo de canho disruptor proposto pela PF.
Em Neto et al. (2002), os autores fornecem o projeto detalhado, o
funcionamento e os resultados dos testes feitos de um canho dgua para ser utilizado
pelas polcias brasileiras, como visto na Figura 4.9. O equipamento composto por um
canho e um freio de boca feitos em ao SAE 1045, buchas de Polietilleno de alta
densidade, cartucho calibre 12 e bases de alumnio B515 T-6 (Figura 4.10).
Base de Alumnio
Freio-de-boca
Cmara de
Combusto
Culatra
Cano
38
Figura 4.10 Desenho detalhado das Bases de Alumnio.
As principais caractersticas deste canho so:
Munio: cartucho de festim calibre 12;
Comprimento do cano: 380 mm;
Dimetro interno: 27,6 mm, sendo 20,4 mm na cmara de combusto;
Dimetro externo: 50 mm;
Acoplamento: rosca quadrada Q35x2 de 8 filetes;
Material: Ao SAE 1045;
Volume mximo de gua: 150 mL;
O acionamento feito por um squib eltrico e o propelente 4,5 gramas de
plvora de base simples vedada com parafina no tero inferior do cartucho. Vale
observar que o acoplamento da culatra praticamente idntico ao do canho do
GATE/JP, apresentado na Seo 4.1.2.
Em um dos testes, efetuou-se um disparo contra uma caixa metlica de
40x15x15 cm completa de serragem e localizada a 15 mm de distncia da boca do cano.
Verificou-se a destruio desta e que o espalhamento dos seus pedaos concentrou-se
num crculo de 5 m ao redor do alvo. No mesmo terreno de cascalho, verificou-se a
diminuio do recuo de 4,5 para 1 metro ao utilizar-se o freio-de-boca. Ficou clara a
necessidade do mesmo, ou de um sistema parecido, em operaes em ambientes
pequenos.
39
4.1.6 Patentes
Aps pesquisa feita online constatou-se que h uma variedade significante de
patentes relacionadas ao tema. A maioria das patentes refere-se aos canhes
propriamente ditos, inclusive de modelos comercializados, mas h tambm aquelas
relacionadas a outros componentes. Na Patente US20100224054A16, o autor defende o
desenvolvimento de um freio-de-boca (muzzle breaker) para reduo do recuo em
disruptores. Outra patente relacionada diminuio do recuo a US8413570B27, do
mesmo autor, que se refere a um sistema de ejeo e recuperao de um paraquedas. O
uso de paraquedas ou freios-de-boca como soluo para o recuo tambm foi observado
em vdeos comerciais de alguns modelos de disruptores (Figura 4.11).
Figura 4.11 Sequncia de abertura de paraquedas.
Outras solues relacionadas ao recuo podem ser estudadas em US7997179B1 e
US6408731B1, por exemplo. Ambas as patentes utilizam reservatrios secundrios de
gua na parte traseira do canho com a finalidade de parte do recuo seja amortecido pela
expulso dessa massa secundria de gua na direo oposta do jato principal.
6 LANGNER, F. R. Muzzle breake and method. US20100224054A1 (2010). 7 LANGNER, F. R. Disrupter ejection and recovery system and method therefore. US8413570B2 (2013).
Paraquedas
fechado
Paraquedas
abrindo
40
Figura 4.12 Sistemas de amortecimento de recuo por ejeo de gua.
Fonte: https://www.pinterest.com/kirintec/eod-tools-and-equipment/
Igualmente Seo 4.1.3, as patentes US8276495B18 e EP0539639A1
9 tratam
de canhes disruptores modulares. No primeiro, o canho munido de um cartucho
calibre .50 e composto por um cano principal e um conjunto de culatras que podem
disparar cargas slidas simples, aletadas e gua (Figura 4.13). Alm de ser dito leve,
tambm pode comportar um bocal convergente na boca do cano. O pouco peso se deve
ao pequeno comprimento sugerido, de at 250 mm, com dimetro interno de at 25 mm.
Figura 4.13 Vista em corte do canho modular proposto na Patente US8276495B1.
J na segunda patente, Lavoix desenvolve um canho modular com
prolongamentos de tamanho diferenciado para o cano, por exemplo, L, 1,5L e 2L. Tais
8 CHIU, P., LUKMAN, H., FLORIO, L. A., DONAHUE, B., RUSSEL, K., TSUI, E. K. Modular
explosive ordnance disposal system. US8276495B1 (2012) 9 LAVOIX, P. Polyvalent barrel for neutralizing trapped parcels. EP0539639A1 (1993)
Furos para
ejeo de gua
Canais para ejeo de gua
Acoplamento para acessrios Culatra
Armazenamento de gua
41
prolongamentos podem ser associados entre si e com o cano principal, permitindo,
portanto, variar a massa de gua disparada. Alm de facilitar o transporte, a modulao
permite uma maior longevidade do equipamento. Lavoix tambm explica que a
quantidade de gua difere nas duas situaes: pouca quantidade de gua lanada a uma
velocidade alta ou grande quantidade de gua a uma velocidade menor. A escolha
feita de acordo com o material a ser desmantelado. Por fim, Lavoix apresenta os
resultados de testes realizados variando o comprimento do canho, a quantidade de gua
e o emprego do bocal. Os resultados podem ser vistos abaixo:
Tabela 4.1 Resultados dos testes de Lavoix em seu canho modular.
Configurao do canho Massa de gua Velocidade de ejeo
Canho + bocal,
Bocal repleto de gua
172 g 330 m/s
Canho + bocal,
Bucha entre o canho e o bocal
144 g 525 m/s
Canho + 1 prolongamento: A=50
Bucha entre A = 75
Canho e primeiro prolongamento A = 100
144 g 750 m/s
800 m/s
900 m/s
Canho + prolongamento de 75 e 50 mm,
Bucha fixada entre os prolongamentos
192 g 750 m/s
Observa-se que na terceira bateria de testes, variou-se apenas o prolongamento
total do canho, mantendo-se o volume de gua e obteve-se aumento significativo da
velocidade de disparo. Pode-se notar tambm que uma diminuio de aproximadamente
16% na massa de gua do primeiro teste em relao ao segundo gerou um aumento de
59% na velocidade do jato. Como ser visto na pesquisa de mercado, em geral, utiliza-
se 132 ml de gua. A Tabela 4.4. O valor empregado tambm coerente com os
canhes analisados nas Sees 4.1.2 e 4.1.5 e servir de embasamento para este projeto.
4.1.7 Pesquisa e anlise de mercado
Uma grande variedade de catlogos de canhes disruptores e relacionados est
disponvel on-line, assim como trabalhos cientficos. Algumas variveis apresentadas no
catlogo, tais como tipo de munio e percentual de recuo, foram filtradas desta tabela
42
porque acabaram no tendo grande utilidade no trabalho. Tambm foram
desconsiderados canhes do tipo Dearmer, que disparam apenas projteis slidos, com o
objetivo de penetrar armaduras. Alm disto, os dados do canho do GATE/JP (Seo
4.1.2) e da Polcia Federal (Seo 4.1.5) foram considerados por trazerem informaes
significantes ao trabalho. Ao todo analisou-se 36 canhes, dos quais apenas 23 so
mostrados na Tabela 4.2. Em seguida, fez-se um levantamento dos catlogos e montou-
se o banco de dados a seguir:
Tabela 4.2 Principais informaes dos canhes encontrados no mercado. Dados
retirados dos catlogos dos fabricantes.
Fabricante Modelo L De Di e Massa Material
Proparms
12.5mm
Recoilless 255 - 12,5 - 0,73 Ao inox
AB Precision Needle Precision 295 22 - 11 0,875 -
AB Precision Needle Plus 310 22 - 11 0,94 -
HOPE Scorpion* 330 - 30 - - -
Proparms
20mm Recoiless
MK3 380 - 20 - 2 Ao inox
Proparms 20mm Neutrex 380 - 20 - 2,4 Ao inox
Polcia
Federal Polcia Federal 382 50 27,6 11,2 - SAE 1045
AB Precision
Scorpion
Disposable 400 59 39 10 1,15 Elastmero
GATE/JP GATE/JP 400 38 24 7 - Ao
AB Precision ABL 2000l 437 78 - - 1,6 -
AB Precision ABL 2000l 437 - - - 1,6 -
AB Precision Mantis diposable 442 48 27 10,5 0,85 Elastmero
Chemring Wasp 445 - 27
0,86 -
Forceware
Water Disruptor
12.7 450 39 25 7 3,8 Ao
AB Precision ABL 2000 450 64 - - 3,2 -
AB Precision ABL 3000l 456 96 - - 3,2 -
Royal Arms RADC27 457 38 27 5,5 2,95
Ao inox
17-4
Royal Arms RADC18 457,2 38,1 18,54 9,77 3,74
Ao inox
17-4
AB Precision ABL 3000 460 78
- 4,2 Ao inox
Chemring Hotrod 465
27 - 3,5 -
AB Precision
Pigstick
lighweight
483
32
27
2,5
0,93 -
43
AB Precision Pigstick
disruptor
485 37 27 5 2,95 -
AB Precision ABL 1000 515
4,5 -
EOD Partner WD 12.7 609,6 31,7 18,54 6,60 -
Ao inox
17-4
Royal Arms RADC24 450 39 25 7 3,8 Ao
Onde:
L = Comprimento total do cano;
Di = Dimetro interno do cano;
De = Dimetro externo do cano;
e = Espessura da parede do cano;
Tabela 4.3 Outras informaes obtidas na pesquisa de mercado.
Fabricante Modelo
Volume de
gua (ml)
Sistema de
Recuo
Projtil
slido
Tamanho do
artefato
Proparms
12.5mm
Recoilless 25 SIM SIM
Volumes de at
10x15x24 cm
AB Precision
Needle
Precision - NO SIM
Cartas e pequenos
pacotes
AB Precision Needle Plus - NO SIM
Cartas e pequenos
pacotes
HOPE Scorpion* - NO NO
Alvos macios e
feitos em casa
Proparms
20mm
Recoiless MK3 - SIM SIM -
Proparms 20mm Neutrex 100 SIM SIM
Volumes de at
30x30x30 cm
Polcia
Federal Polcia Federal 150 SIM SIM
Caixa metlica de
40x15x15 cm e
lato de 20 l
AB Precision
Scorpion
Disposable 300 NO NO
Maletas ou
volumes menores
melhor protegidos
GATE/JP GATE/JP 150 SIM NO -
AB Precision ABL 2000l - SIM NO -
AB Precision ABL 2000l - SIM NO Pacotes e maletas
AB Precision
Mantis
diposable 140 NO NO -
Chemring Wasp 100 SIM NO Pacotes e maletas
Forceware
Water
Disruptor 12.7 37,5 SIM NO
Objetos suspeitos e
todos os tipos de
fechaduras
AB Precision ABL 2000 - SIM SIM Briefcase
44
AB Precision ABL 3000l - NO NO
Maletas ou
volumes menores
melhor protegidos
Royal Arms RADC27 200 NO NO -
Royal Arms RADC18 90 SIM NO -
AB Precision
ABL 3000
-
NO
NO
Maletas ou
volumes menores
melhor protegidos
Chemring Hotrod - NO NO
Grande variedade
de artefatos
AB Precision
Pigstick
lighweight - NO NO Maletas
AB Precision
Pigstick
disruptor - NO NO Pacotes e maletas
AB Precision ABL 1000 - SIM SIM -
EOD Partner WD 12.7 - SIM NO -
Royal Arms RADC24 160 SIM NO -
Alguns itens esto incompletos, pois a informao no foram cedida pelo
fabricante. As colunas sobre sistema de recuo e projtil slido foram selecionadas
somente a ttulo de informao sobre a relevncia destes itens num projeto de canho
disruptor, sem a obrigao de atender a tais necessidades. Para um melhor entendimento
dos resultados, criou-se a Tabela 4.4.
Tabela 4.4 Valores estatsticos dos principais dados.
L
(mm)
Di
(mm)
e
(mm)
Massa (kg) Volume de
gua (ml)
Mdia 424,2 24,8 8,0 2,3 132,0
Desvio Padro 62,9 5,2 2,7 1,2 71,4
Coeficiente de Variao
(%)
14,8 21,0 34,2 54,3 54,1
O coeficiente de variao uma medida de disperso e oferece a razo entre o
desvio padro e a mdia. Os resultados mais representativos foram encontrados para o
comprimento total e o dimetro interno, j que tm valores mais baixos de coeficiente
de variao, o que indica que o conjunto de dados em ambos mais homogneo. Assim,
pode-se tomar as mdias como valores seguros. J no caso do volume de gua usado,
sabe-se que a grande disperso dos dados devido falta de padronizao dos
catlogos, que nem sempre informam este valor, e pela diversidade de canhes, j que a
quantidade de gua est relacionada com o poder de destruio do canho. Por sua vez,
45
a mdia dos valores para a massa apresenta uma baixa representatividade por depender
diretamente dos materiais e opes de design utilizados. Como h alguns canhes do
tipo disposable (descartveis), base de polmeros, e lighweight (verses mais leves),
h uma disperso dos valores. Assim, os valores para o volume de gua e a massa do
canho podem ser usados apenas como base. Por outro lado, percebe-se pela Tabela 4.2
que os canhes de cano mais curtos e, consequentemente, mais leves, so os que tm o
menor poder de destruio.
Figura 4.14 Grfico da anlise mercadolgica sobre o comprimento tpico de canhes
disruptores.
Quanto ao comprimento do canho, foi traado um grfico de disperso para
facilitar a visualizao dos dados. Na Figura 4.14, pode-se ver uma clara tendncia do
mercado em fabricar os canhes com duas faixas de comprimento preferenciais. Os
canhes do primeiro patamar, entre 380 e 400 milmetros, so os primeiros que
aparecem cuja finalidade est alm do desmantelamento de alvos macios e pequenos,
como cartas. J no segundo patamar, entre 437 e cerca de 465 milmetros, h mais
exemplares e representa canhes que comportam uma grande variedade de aplicaes.
Quando se desconsiderar aqueles quatro primeiros exemplares, a mdia dos
comprimentos cai para 449,5 mm, valor no centro do segundo patamar. Portanto, o
grfico indica claramente uma tendncia entre os fabricantes em relao ao
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
0 5 10 15 20 25
Comprimento (mm) vs Modelo nico
Comprimentos
437
465
380
400
46
comprimento dos canhes para desmantelamento de objetos pequenos e cuja carcaa
no oferece nenhuma resistncia.
Figura 4.15 Grfico da anlise mercadolgica sobre o dimetro tpico de canhes
disruptores.
Quanto aos dimetros, a Figura 4.15 oferece uma viso mais ampla do que
utilizado no mercado. A figura mostra que h uma tendncia a se utilizar canhes de
calibre 27 mm assim como, em geral, o dimetro externo tende a estar entre 37 e 39
mm. Contudo, sabe-se que no dimensionamento do cano o essencial determinar a
espessura da parede, que depende tambm do material. Por isso, o grfico serve mais
como uma orientao para no se fazer um projeto extravagante.
Tabela 4.5 Avaliao mdia sobre a presena de sistemas anti-recuo e o uso de
projteis slidas nos canhes analisados.
Sistema de Anti-Recuo Projtil slido
Mdia (%) 56% 32%
Na Tabela 4.5, nota-se pelas mdias que um sistema anti-recuo desejvel. Isto
se d pela prpria aplicao do canho, que geralmente usado em ambientes fechados.
Alm do mais, o recuo pode chegar a vrios metros, o que torna o canho um perigo s
pessoas e pode inclusive danific-lo. O projtil slido usado para abrir um acesso em
alvos mais resistentes. Todavia, a anlise mostra que este no se mostra to necessrio.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20
Dimetro Interno
Dimetro externo
37 39
27
47
Quanto forma, no h muita variao entre os modelos do mercado. Isto se
deve simplicidade do equipamento. Uma anlise geral indica que h trs modelos
tpicos de equipamento: um mais complexo com sistema antirecuo, outro intermedirio
com bocal e um bsico sem estes recursos, vistos Figura 4.16 (a), (b) e (c),
respectivamente.
(a)
(b)
(c)
Figura 4.16 Modelos bsicos de canho disruptor.
A culatra deve ter um furo para passagem dos componentes de acionamento da
munio (pavio, fios eltricos, etc). Por isso, a vedao feita em conjunto com o
prprio cartucho. No momento da deflagrao do propelente o cartucho recua e
bloqueia a sada dos gases pelo furo da culatra. As pesquisas realizadas indicaram que a
munio usada sempre um cartucho de festim calibre 12 ou .50. Quanto ao
acoplamento, a culatra pode ser interna (parafuso) (Figura 4.17) ou externa (Figura
4.18).
(a)
(b)
Culatra interna que
Comporta a munio.
Cano
Rosca Acme 11/8-5
Culatra Bocal
Bocal Sistema
antirecuo
Anis de
conteno
48
Figura 4.17 Modelo tridimensional da Patente US8276495B1(a) e culatra-parafuso
usada no canho RADC-2 da Royal Arms (b).
(a)
(b)
Figura 4.18 Detalhe do acoplamento cano-culatra do canho do GATE de Joo
Pessoa (a) e do Pigstick da Chemring (b).
Nos modelos comerciais, a culatra costuma ser externa ao acoplamento com o
canho. Neste acoplamento utilizam-se roscas do tipo dente de serra, quadrada, ou
ACME. A dente de serra o tipo mais encontrado, pois mais adequada para esforos
unidirecionais.
Nas Patentes US7997179B110
e US6408731B111
(Tabela 4.6) indica-se que o
pisto deve ter as faces cnicas a fim de aumentar sua resistncia e eficincia. Observa-
se na mesma tabela que o Diafragma uma espcie de plug plstico frgil, que serve
para vedao inicial da boca do cano mas que destrudo no momento do disparo. Por
10 NELSON, D. A., SMITH, D., STROHMAN, S., POE, K.. Hybrid water cannon. US7997179B1 (2011). 11 ELSENER, J. Liquid disrupter with reduced recoil. US6408731B1 (2002).
Rosca quadrada
Rosca dente de serra
49
outro lado, o Pisto pode ter formato variado. Exemplos de pistes e diafragmas
encontrados no mercado podem ser vistos na Tabela 4.6.
Tabela 4.6 - Exemplos de pistes e diafragmas encontrados no mercado.
Force Ware (WD 12.7)
Mondial Defense Systems (Pigstick)
Royal Arms
HOPE (Scorpion700712)
Royal Arms (todos os modelos)
EOD Partner (WD 12.7)
US6408731B1
US7997179B1
Pisto Diafragma
Buchas de
cortia
Diafragma
Pisto
Buchas de fibra resistente enceradas
Pisto Pisto duplo-convexo
50
4.2 Projeto Conceitual
O projeto conceitual dividido em trs etapas. Na primeira, concebeu-se um
prottipo de canho que comportasse o conjunto da espoleta de PETN e o pavio de
plvora. Na segunda, fez-se a concepo de um canho de acordo com o que est
disponvel no mercado. Finalmente, a terceira etapa se sucedeu dos testes realizados
com o primeiro prottipo e corresponde a ajustes que se mostraram necessrios. Esta
etapa foi realizada em ambiente virtual.
4.2.1 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 1
Assim, a concepo deste primeiro prottipo baseou-se no uso do Espoletopim
(Figura 4.19), de acordo com a realidade do GATE/CG.
Figura 4.19 Modelo de espoletopim apresentado pelo GATE.
Na Seo 2.3 mostrou-se que os componentes bsicos do canho disruptor so:
cano, culatra, buchas e munio. Como j se possua este ltimo (espoleta de PETN),
bastou determinar os demais. Uma das grandes vantagens do canho disruptor sua
concepo e construo simples, com poucos componentes.
Esta concepo baseou-se na modelo da Patente US8276495B1, visto na Figura
4.13 da Seo 4.1.6. Isto se deu graas caracterstica do acoplamento interno da
culatra no canho que permite que a cmara de combusto seja no interior da culatra.
Por sua vez, o cano serve apenas para o armazenamento e direcionamento da gua.
Espoleta
De PETN Estopim
51
Outra vantagem que se pode fabricar uma segunda culatra que comporte um cartucho,
como tambm o caso da Figura 4.17. Os componentes foram projetados em ambiente
virtual e podem ser vistos nas Figuras 4.20 e 4.21. As cores servem meramente para
melhorar o contraste entre os componentes.
(a)
(b)
Figura 4.20 Concepo do cano para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a
vista em corte do mesmo (b).
Acoplamento cano-culatra
Comprimento de armazenamento de gua
52
(a)
(b)
Figura 4.21 - Concepo da culatra para o prottipo munido de espoleta de PETN (a) e a
vista em corte do mesmo (b).
Observa-se na Figura 4.21 que tambm foi adicionado um furo roscado com
acesso cmara de combusto. Sua finalidade abrigar um parafuso de presso que
evite que a espoleta seja lanada para trs no momento da detonao. Apesar de saber
Cmara de combusto
Insero do
parafuso
Insero da espoleta
53
que no se teria esforos axiais significativos, optou-se pela rosca fina por uma melhor
vedao. Tambm foi adicionado um O-ring para aperto da rosca e vedao da mesma.
Optou-se pelo Pisto cilndrico simples sem conicidade graas a facilidade de
fabricao e reposio. Quanto ao diafragma, optou-se por utilizar uma camada de silver
tape na boca do cano, como j feito pela polcia. A concepo final e os detalhes de
sua montagem so mostrados na Figura 4.22 e 4.23.
(a)
(b)
Culatra
Espoletopim
Parafuso de presso
O-ring
Bucha (Pisto)
Cano
54
(c)
(d)
Figura 4.22 Vista explodida do Prottipo de PETN (a), detalhes das montagens do
Espoletopim (b), do acoplamento cano (c) e da culatra e seus componentes (d).
55
(a)
(b)
Figura 4.23 - Concepo do prottipo munido de espoleta montado (a) e vista em corte
do mesmo (b).
Estopim
Parafuso
De presso
Espoleta
O-ring Culatra
Pisto
Cano
56
4.2.2 Canho Munido de Espoleta de PETN Prottipo 2
No decorrer do trabalho, concebeu-se (Seo 4.2.1), fabricou-se (Seo 4.5.1) e
testou-se (Seo 4.6.1) o Prottipo 1. Todavia, os testes indicaram alguns problemas,
discutidos nesta ltima seo. Com o propsito de aperfeioar este primeiro prottipo,
realizaram-se algumas modificaes que culminaram no Prottipo 2, que tambm usa
como munio espoletas de PETN . De forma geral, aumentou-se a capacidade de
armazenamento de gua atravs do aumento dos dimetros internos da culatra e do
cano. Ademais, acrescentou-se um prolongamento roscvel para o cano com o mesmo
propsito. Detalhes da montagem e dos componentes podem ser vistos nas Figuras 4.24
e 4.25.
(a)
Prolongamento
57
(b)
Figura 4.24 - Vista explodida do Prottipo de PETN aperfeioado (a) e detalhes do
acoplamento entre o cano e o prolongamento (b).
(a)
Modificao do
Cano do Prottipo 1
58
(b)
Figura 4.25 - Concepo aperfeioada do Prottipo munido de espoleta (a) e vista em
corte do mesmo (b).
4.2.3 Canho Munido de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3
Em vista do pouco tempo disponvel para realizar o projeto desde o Projeto
Informacional at os Testes e a aprovao do prottipo, foi-se necessrio executar
algumas tarefas em paralelo para assegurar que o trabalho fosse o mais completo
possvel. Neste sentido, preferiu-se projetar um canho de cartucho em paralelo ao de
espoleta para o caso deste ltimo no atingir as expectativas.
Conforme a pesquisa mercadolgica assinalou, os canhes disruptores
comerciais utilizam cartuchos de festim. Da mesma forma, na Seo 4.1.1 foi levantada
a hiptese de se usar um cartucho calibre 12 modificado para dispar-lo a partir de um
pavio, semelhantemente espoleta dos Prottipos 1 e 2.
Para o acoplamento, selecionou-se a rosca quadrada dos canhes da Polcia
Federal, Figura 4.9, e do GATE/JP, Figura 4.18 (a). Roscas no convencionais so
muito mais complexas de serem usinadas. Apesar de a pesquisa de mercado indicar a
rosca tipo dente-de-serra, seria necessrio fabricar a ferramenta apropriada. Portanto,
optou-se pela rosca quadrada, que mais simples de se usinar. No caso do pisto e
diafragma, mantiveram-se as justificativas dos Prottipos 1 e 2: pisto cilndrico sem
concavidades e diafragma feito com vedao de silver tape. Os resultados da concepo
podem ser vistos nos modelos virtuais das Figuras 4.26 e 4.27.
Estopim
Parafuso
de presso
Espoleta
O-ring Culatra
Pisto
Prolongamento
Cano
59
(a)
(b)
Figura 4.26 - Vista explodida do Canho de Cartucho (a) e detalhe do acoplamento (b).
Culatra
Cartucho com acionamento
por estopim de plvora.
Bucha
(Pisto)
Cano
60
(a)
(b)
Figura 4.27 - Concepo montada do Canho de cartucho (a) e vista em corte da
montagem (b).
4.3 Projeto Preliminar
Esta etapa do projeto visa definio dos materiais e dimenses. Para tanto,
embasou-se na teoria disponvel, simulaes para comparao e dados colhidos nas
pesquisas realizadas, de acordo com as possibilidades para cada componente. O
dimensionamento tambm leva em conta o material disponvel no mercado, a execuo
da fabricao e o fator de segurana desejado. No que concerne os clculos tericos,
estes foram feitos baseados na Teoria de Vasos de Presso de Paredes Grossas (Soluo
Espoletim
Culatra Cartucho
Pisto Cano
61
de Lam). Onde no se pde ou no se era necessrio calcular as espessuras, utilizou-se
os resultados apresentados na pesquisa informacional e comparao com simulao
computacional. O dimensionamento dividido por prottipo, pois segue a sequncia
lgica e agrupa as informaes.
4.3.1 Projeto Preliminar do Canho de PETN - Prottipos 1 e 2
Conforme j dito, este prottipo tinha apenas carter de avaliao da capacidade
da espoleta em gerar presso suficiente para formar o jato dgua. Resolveu-se ento
concentrar os esforos no desenvolvimento do prottipo final, que poderia usar espoleta
ou cartucho dependendo do que os testes com PETN indicassem. Neste caso, no se
achou necessrio seguir risca as indicaes da pesquisa de mercado.
O material selecionado para os componentes metlicos foi o Ao SAE 1020,
pois facilmente encontrado no mercado no formato de barras laminadas e possui boa
ductilidade, o que evita a fragmentao no caso de colapso.
Quanto presso interna, estima-se que seja menor significativamente menor
para a espoleta de PETN em comparao ao cartucho de plvora. Isto se d devido este
ltimo produzir cerca de 270 g/cm de gases enquanto o primeiro produz apenas
0,79g/cm. Contudo, sabe-se que o PETN produz uma onda de choque que pode causar
danos no material do canho. Portanto, foi-se cauteloso com o dimensionamento j que
no se tinha uma estimativa da presso mxima.
Cano
O dimensionamento do cano baseou-se nos valores encontrados no Projeto
Informacional. Os valores calculados foram:
Volume de gua: 65 mL;
Comprimento til do cano: 335 mm;
Dimetro interno: 19 mm;
Dimetro externo: 43 mm;
Optou-se por utilizar metade do volume mdio de gua, 132 mL (Tabela 4.4),
para que a espoleta consiga produzir energia suficiente para mover a massa de gua.
O dimetro externo foi o maior possvel dentro das tendncias apresentadas no
grfico da Figura 4.15 e de acordo com as bitolas comercializadas. O dimetro interno
62
foi um valor pequeno, seguindo a mesma lgica. O comprimento til do canho (sem o
acoplamento) foi calculado em funo deste volume de gua desejado.
Culatra
O dimensionamento da culatra foi estimado segundo os dados da espoleta e os
resultados do Projeto Informacional. As dimenses da espoleta foram obtidas na ocasio
citada na Seo 4.1.1:
Comprimento da cpsula: 32 mm;
Dimetro externo: 6,4 mm;
O dimetro interno da cmara de combusto igual ao dimetro externo da
espoleta. A especificao da rosca est relacionada a espessura da parede do cano e as
recomendaes do Provenza (1996). Optou-se uma mtrica fina pela maior rea efetiva
de resistncia. O posicionamento do parafuso de presso visa no danificar a espoleta
e correr o risco de detonao no momento do aperto. As principais variveis
dimensionadas para a culatra so:
Dimetro da cmara de combusto: 6,4 mm;
Comprimento da cmara de combusto: 45 mm;
Parafuso de presso: Allen M6;
Acoplamento: rosca mtrica fina MF32x1,5;
Pisto
As dimenses foram baseadas no Pisto modelo L2A1 do catlogo do Disruptor
Pigstick da empresa Mondial Defense Systems (Tabela 4.6). O dimetro do pisto
definido dado pelo dimetro interno do cano em que ser usado. O material definido
como polietileno, de acordo com as patentes. Contudo, por questes de disponibilidade
no mercado, optou-se por usar Nylon do tipo Nitanyl. Este um tipo resistente dentre os
tipos nylon e possui baixo coeficiente de atrito. Para avaliar a resistncia do nylon,
optou-se por dois modelos de pisto de comprimentos diferentes: 30 mm, em
conformidade com o L2A1, e 15 mm. As propriedades do Nitanyl podem ser vistas no
ANEXO B.
63
Prottipo 2
Este prottipo o aperfeioamento do Prottipo 1 a partir das mudanas
definidas aps a realizao dos testes deste ltimo (Seo 4.6.1) e justificadas na
Concepo 2 (Seo 4.2.2). Por fins comparativos e prticos, definiu-se o dimetro
interno igual do Canho de Cartucho da Concepo 3 (justificado na Seo 4.3.2). O
comprimento do Prolongamento foi determinado de forma que o canho armazenasse o
volume de gua desejado. Este valor de 150 mL, pois usado em vrios modelos
(Tabela 4.3) e o mesmo dos canhes do GATE/JP e da PM, Sees 4.1.2 e 4.1.5,
respectivamente.
4.3.2 Projeto Preliminar do Canho de Cartucho Calibre 12 Prottipo 3
No caso deste canho, partiu-se do princpio de uso de cartuchos de espingarda
calibre 12. Primeiro, definiu-se o material do cano e da culatra. De todos os materiais
mostrados no Projeto Informacional, optou-se pelo Ao SAE 1045. Esta escolha
reforada pelo do Canho da Polcia Federal (Seo 4.1.5) e pelos motivos j
apresentados para o Prottipo 1.
Cano
O dimensionamento do cano baseou-se nos dados do Projeto Informacional. Os
valores escolhidos foram:
Volume de gua: 150 mL;
Presso interna mxima: 103,4 MPa (15 ksi);
Comprimento total cano: 420 mm;
Dimetro interno do cano: 24 mm;
Dimetro externo do cano: 40 mm;
Acoplamento: rosca quadrada mtrica Q40x3;
Dimetro da cmara de combusto: 21 mm;
Comprimento da cmara de combusto: 70 mm;
A presso interna mxima esperada escolhida advm da recomendao feita no
trabalho apresentado na Seo 4.1.4, na Figura 4.8. Presses menores que 40 MPa so
citadas em alguns catlogos, como do canho Lightweight Disposable Disruptor da
DSE International. Porm, sabe-se que a presso interna depende de vrios fatores,
64
como o volume da cmara de combusto, massa do propelente e outros. Ento, optou-se
pela maior presso encontrada, 103,4 MPa.
O dimetro interno do cano foi definido de acordo com a tendncia apresentada
no grfico da Figura 4.15. Optou-se por um 24 mm, pois o igual ao do canho do
BOPE/JP e um valor prximo aos 27 mm indicados pela mesma figura. O dimetro
externo do cano e a rosca foram selecionadas como no Prottipo 1. As dimenses da
cmara de combusto so iguais ao do cartucho de festim a que se teve acesso.
Por fim, verificou-se a resistncia do cano atravs do mtodo apresentado por
Dos Santos e Filho (1993), que baseado na Soluo de Lam. Os clculos abaixo se
baseiam nos valores crticos das variveis citadas, ou seja, maior presso interna
esperada e maior dimetro interno do cano, pois tem-se o menor Fator de Segurana.
Dados utilizados:
e = 310 MPa (Tenso de escoamento SAE 1045);
Pi = 15 ksi = 103,4 MPa (Presso interna mxima);
Di = 24 mm (Dimetro interno do cano na regio de armazenamento de gua);
De = 40 mm (Dimetro externo do cano);
Anlise da resistncia do cano:
= (2.
22) (1 +
2
2) Eq. (4.1)
= (2.
) (1
) Eq. (4.2)
Onde:
t = Tenso Tangencial;
r = Tenso Radial;
r = Raio da seo onde o valor da tenso mximo;
A tenso tangencial mxima na parede interna do tubo, onde r = Di, logo:
= (2+
22) Eq. (4.3)
Dos Santos e Filho (1993), citam que devido a fatores variados, a curva das
presses pode sofrer alteraes, a saber, a temperatura da plvora, variao do peso do
projtil e a presso da plvora. Ele afirma que esta variao simultnea pode aumentar
65
em 25% a presso mxima terica no cano e que uma variao na massa da carga de
projeo acarreta em at 10% de variao. Assim, a Presso de Projeto (Pproj) 35%
maior que a presso mxima terica. A presso que utilizou-se at aqui foi uma
estimativa j extrapolada e no baseada na teoria. Por precauo, tambm se adotar
esta metodologia.
= 1,35 Eq. (4.4)
= 139,6
Alterando a presso interna pela presso de projeto e substituindo os valores das
demais variveis:
= 139,6 .106 (0,0242+0,040
0,0400,024)
= 296,3
A tenso radial mxima tambm na parede interna do tubo, r = Di, portanto:
= = Eq. (4.5)
= 139,6
Como a tenso tangencial menor que a tenso de escoamento do material e se
sobrepe tenso radial, tem-se para o fator de segurana:
=
Eq. (4.6)
= 310
296,3= 1,05
Portanto, tem-se um Fator de Segurana virtualmente nulo. Contudo, devido
velocidade da deflagrao, o pico de presso se d entre 1 milissegundos e 2
milissegundos, Figura 4.8 (b). Por conseguinte, a regio mais demandada est nas
proximidades do cartucho. Ainda, sabe-se que a carga de propelente situa-se no
primeiro tero do cartucho, mais prximo da culatra. Por isso, tem-se que o fator de
segurana maior que o calculado, j que o pico de presso se d na regio do cano de
maior parede. Seguindo a mesma metodologia acima e usando o dimetro da cmara de
combusto, tem-se um Fator de Segurana de 1,26, sem considerar os efeitos da rosca e
da culatra. Considerando agora a Presso mxima de 40 MPa, tem-se um Fator de
66
Segurana de 3,26. Como se espera que a presso seja significativamente menor que os
103,4 MPa, considerou-se o dimensionamento validado.
Culatra
Neste caso, baseou-se nas dimenses dos canhes aos quais se teve acesso
(Seo 4.1.2 e 4.1.5). O comprimento da rosca e da culatra foram determinados de
forma a se obter valores prximos dos canhes mencionados acima. O procedimento de
seleo da rosca tambm se baseou em Provenza (1996), conforme nos prottipos
anteriores.
4.3.3 Simulao dos Esforos nas Paredes dos Canhes
As simulaes foram feitas a partir do Mtodo dos Elementos Finitos. Realizou-
se a simulao para Prottipos 3 a fim de se verificar as tenses obtidas e observar os
campos de tenso e a deformao dos componentes. A presso interna de 103,3 MPa foi
aplicada ao longo de toda a superfcie interna do canho. Desconsidera-se na simulao
os elementos pequenos que possam trazer dificuldades para malha, a saber: a rosca e o
furo da culatra. O nmero de elementos gerados foi 35271 e o teste de convergncia
obteve uma taxa de 0,072%. Observa-se que os valores para as Tenses Von Mises
mximas esto alm do que foi calculado na Seo 4.3.2. As deformaes observadas
nas figuras a seguir esto exageradas para facilitar a visualizao.
Figura 4.28 Resultado da simulao da Concepo 2. Observa-se a deformao do
canho e o grfico do teste de convergncia.
Culatra Cano
67
Figura 4.29 Campo de tenses no cano da Concepo 2.
Observa-se que as deformaes e tenses so menores na regio da cmara de
combusto devido espessura de sua parede ser maior que no restante do cano e
tambm graas culatra que dificulta essa deformao. Nota-se tambm que o valor
para a tenso mxima no cano (Seo 4.3.2) com o mtodo de Dos Santos e Filho
(1993) difere em menos de 2% em relao simulao virtual. Na Figura 4.30 pode-se
observar as tenses ao longo do cano e na Figura 4.31 observa-se os resultados para a
culatra.
Figura 4.30 Detalhe do campo de tenses ao longo da parede do cano.
Boca do cano
Cmara de combusto
68
Figura 4.31 Detalhe do campo de tenses na culatra da Concepo 2.
4.4 Projeto Detalhado
O projeto detalhado para fabricao das trs concepes consta com desenhos e
dimenses, podendo ser consultado no ANEXO A.
4.5 Fabricao Dos Prottipos
Para a fabricao foi contratado um torneiro mecnico com o qual se discutiu a
exequibilidade do desenho e suas peculiaridades. Foi ento gerado o desenho tcnico
final e adquirido o material para usinagem. Infelizmente, o pouco tempo disponvel no
permitiu a fabricao da Concepo 3.
4.5.1 Prottipo 1
Na Figura 4.32 tem-se o canho (cano e culatra) e uma das buchas de nylon
fabricadas.
69
(a)
(b)
Figura 4.32 Componentes do canho (a) e sequncia de montagem (b).
Foram fabricados trs buchas de nylon para serem utilizadas como diafragma e
pisto. Aps usinadas, verificou-se as buchas apresentavam resistncias diferentes ao
serem socadas no interior do cano. Ento, lixou-se as trs buchas at que percorressem
facilmente o interior do cano, mesmo empurradas a mo. Verificou-se que a vedao
no fora comprometida.
BUCHA
CANO
CULATRA
PARAFUSO DE PRESSO
O-RING
70
Foi necessrio tambm usar um parafuso allen M8 ao invs de M6, pois no se
possua o macho para fabricao deste ltimo. O dimetro da cmara de combusto foi
aumentado para 6,65 mm, j que a espoleta no penetrou na cmara com o dimetro
original de 6,4 mm.
4.5.2 Prottipo 2
Este prottipo o aperfeioamento do Prottipo 1. Como ser visto na Seo
4.6.1, algumas modificaes no Prottipo 1 foram propostas na Concepo 2, Seo
4.2.2. Por isso, a fabricao do Prottipo 2 foi feita diretamente nos componentes do seu
antecessor. Alm disto, fabricou-se o Prolongamento a partir de uma barra de ao
semelhante utilizada no Prottipo 1 (Figura 4.33) . As figuras seguintes mostram os
componentes fabricados, assim como o Prottipo 2 montado.
Figura 4.33 Detalhe do Prolongamento do Prottipo 2.
Acoplamento com o Cano
71
Figura 4.34 Detalhe do Cano modificado para o Prottipo 2.
Figura 4.35 Detalhe da Culatra modificada para o Prottipo 2.
Dimetro interno aumentado
Acoplamento usinado
72
Figura 4.36 Montagem final do Prottipo 2.
4.6 Testes
4.6.1 Prottipo 1
Esta etapa foi realizada em conjunto com o GATE para preservar a segurana de
todos durante os testes. O experimento se deu no prprio batalho, onde h um terreno
aberto de vegetao rasteira que ofereceu boa visualizao do experimento e espao
suficiente no oferecesse perigo a ningum nem ao prprio canho no caso de um recuo
potente.
O objetivo deste experimento foi de avaliar a possibilidade de utilizao da
espoleta de PETN para projetar a gua com energia suficiente para desmantelar um
artefato explosivo. Um objetivo secundrio era de determinar o melhor modo de
execuo do disparo, avaliando a distncia de disparo (standoff) e o emprego do pisto e
diafragma. Assim, executaram-se trs testes com montagens especficas para tentar
abordar todos os quesitos acima mencionados.
Primeiro disparo
O objetivo principal era avaliar a viabilidade do uso da espoleta, e a capacidade
de desmantelamento do jato. Decidiu-se no usar nenhuma bucha neste disparo, de
modo a no aumentar a resistncia expanso dos gases devido ao atrito da bucha com
o cano.
Prolongamento
Cano
Culatra
73
Alm do canho e seus componentes, os materiais utilizados neste disparo
foram:
Silver tape para vedar do cano;
3 Caixas de papelo de 115x1