Torque de Ruptura (Breakaway Torque): A Força Rotacional Inicial

Em física e mecânica, torque é força rotacional, ou a força necessária para causar a rotação de um objeto em torno de um eixo. Na maioria dos casos, mais torque é necessário para iniciar o movimento rotacional do que para mantê-lo uma vez iniciado. Esta força inicial é chamada de torque de ruptura (breakaway torque).

Fatores Determinantes

A quantidade de torque de ruptura necessária para mover algo é determinada em parte pelo atrito estático. O atrito estático é a força que existe entre dois corpos físicos para mantê-los parados. Por exemplo, uma porca borboleta pode ter alto torque de ruptura porque há muito atrito estático entre a porca e o parafuso. Se, porém, o parafuso for lubrificado, o torque será menor porque o atrito estático foi diminuído.

Contextos Comuns

O torque de ruptura é quase sempre discutido em um de dois contextos: a potência de um motor ou a força necessária para girar um fixador roscado como uma porca. Se um mecânico quer remover uma porca de um parafuso, deve aplicar torque à porca usando uma chave. Como qualquer pessoa que já fez isso sabe, girar a chave exige muita força no início, mas geralmente fica mais fácil após algumas voltas.

Auditoria de Torque

Mecânicos e engenheiros frequentemente medem o torque de ruptura de fixadores roscados para garantir integridade do produto como parte de um processo chamado auditoria de torque. Se a força de ruptura de uma porca for muito baixa, a vibração do equipamento pode fazer a porca afrouxar; se for muito alta, as roscas podem desgastar e o parafuso tornar-se impossível de remover. Parte do teste inclui medir o torque no momento em que o fixador começa a mover-se, após o torque ter sido superado. A auditoria pode ser feita usando sensores para medir o torque ou por um operador treinado aplicando torque manualmente.

Motores de Cilindros

Outra área onde o torque de ruptura é importante é em motores de cilindros. Como com fixadores roscados, o torque de ruptura de um motor é maior que o torque de funcionamento. Em um motor, o torque é usado para girar um virabrequim. O virabrequim por sua vez faz os pistões moverem-se para cima e para baixo.

Um motor projetado com potência apenas suficiente para mantê-lo funcionando falhará. O motor também deve ter potência suficiente para iniciar o movimento. No entanto, é um equilíbrio delicado. Se o motor continuar funcionando com torque suficiente para causar ruptura, pode superaquecer. Uma vez alcançada a ruptura, o torque do motor deve ser reduzido a uma velocidade normal de operação.

Como Calcular o Torque de Ruptura

Calcular o torque de ruptura corretamente depende de cada situação diferente. Primeiro, há diferentes fatores a considerar para ações que um humano produz versus as que uma máquina faz. Há também muitas semelhanças. Em geral, descobrir o torque de ruptura baseia-se em descobrir todas as diferentes forças em jogo em um objeto para mudá-lo de repouso para movimento. Estas forças incluem tanto a força que a pessoa ou máquina exerce quanto as forças de atrito que trabalham contra ela.

Fórmulas Gerais

A versão mais simples da equação que determina força e atrito é F=ma, onde F é força, m é massa, e a é aceleração. Quando múltiplas forças diferentes estão envolvidas, como em situações de torque de ruptura, esta fórmula torna-se mais complexa. Precisa-se descobrir cada força diferente que existe em um objeto a qualquer momento e então aplicar uma força maior que a soma de todas essas forças juntas para romper o objeto e causar sua rotação.

O torque é um tipo especial de força rotacional que requer modificações específicas nesta equação. Para calcular forças de torque, use a equação T = rFsenθ, onde T é torque, r é raio (geralmente o comprimento da alavanca usada), F é força, e θ é o ângulo entre a força aplicada e o raio ou comprimento da alavanca. Geralmente, torque é medido em N·m (newton-metros).

Formas de Reduzir o Torque Inicial Necessário

Uma vez que se descobre a quantidade mínima de força necessária para causar movimento rotacional em um objeto estático, descobriu-se o torque de ruptura. Alguns fatores adicionais podem ajudar a alcançar o torque de ruptura. Alongar o objeto de alavanca pode ajudar a alcançar maior força descendente para encorajar um objeto a começar a mover-se. Para uma pessoa, esta alavanca pode ser uma chave; para uma máquina, geralmente é o virabrequim e pistões no motor.

Também pode-se aumentar a altura em que a alavanca começa, aumentando o ângulo e a força aplicada para criar maior torque geral. Conforme a equação acima, aumentar este ângulo multiplica seus efeitos na equação e aumenta a quantidade final de torque. No torque de ruptura, isso ajuda a aplicar mais força de torque sem aumentar peso, distância ou massa. Basicamente, pense nisso como uma forma de aumentar a aceleração da primeira fórmula, F=ma.

Lubrificar o objeto é outra forma de ajudar a alcançar o torque de ruptura necessário. Lubrificação faz as forças de atrito diminuírem. Reduzir as forças de atrito por sua vez reduz a quantidade de força necessária para iniciar a rotação. Alguns lubrificantes comuns são óleo e graxa.

Outra forma de afetar as forças de atrito é usar um pano ou almofada áspera para segurar o objeto e ajudar a movê-lo. As superfícies irregulares no objeto aplicam atrito adicional e podem ajudar a equalizar ou reduzir os efeitos das forças de atrito presentes no objeto estacionário. Este método é especialmente útil para torque aplicado por humanos, mas menos prático para torque aplicado por máquinas.

Conversor de Torque de Ruptura

Um conversor de torque de ruptura é uma peça especialmente projetada em um motor de máquina que ajuda a criar as forças de torque de ruptura necessárias. Um conversor de torque é uma forma adicional de ajudar a aplicar a força necessária para mover um objeto estacionário. Este dispositivo é geralmente um acoplamento de fluido em formato de donut em motores a combustão que ajuda a transferir forças rotacionais ou potência do motor para a carga que está tentando mover. Um exemplo comum encontra-se em automóveis. Conversores de torque de automóveis existem entre o motor e a transmissão especificamente em veículos de transmissão automática.