The Airgun from Trigger to Muzzle - Tradução Parte I

The Airgun from Trigger to Muzzle - Tradução Parte I

Mensagempor Mandarim » 19/06/2014 - 09:28:50

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“It is a surprising thing that very often a subjet that appears on first sight to be so simple, often, on further study, turns out to be very complicated. This statement is exceptionally true when applied to the spring air weapon, as we found out when we first began to investigate the subject some five years ago.”

“É uma coisa surpreendente que muitas vezes um assunto que à primeira vista parece ser tão simples, às vezes, em um estudo mais aprofundado, acaba por ser muito complicado. Esta afirmação é excepcionalmente verdadeira quando aplicada às armas de ar de ação por mola, como descobrimos quando começamos a investigar pela primeira vez este assunto há cerca de cinco anos atrás.”

G. V. Cardew


Links para download do original em inglês

http://www.4shared.com/office/QkW-iwszba/The_Air_Gun_From_Trigger_To_Mu.html

http://www.mediafire.com/download/5mcemcyutrm/The+Air+Gun+From+Trigger+To+Muzzle_s.pdf

Nota: é importante destacar que este livro se concentra no estudo de um rifle de ar comprimido de ação por mola, típico dos anos 70 e com bucha de couro.

Nota do tradutor: alguns termos e frases empregadas no livro foram traduzidos, sempre buscando preservar o trabalho original, o que pode gerar dúvidas ao leitor quanto a tradução correta. Neste caso, peço que compare o parágrafo original no idioma inglês e se puder me envie por MP, uma redação segundo o seu entendimento da tradução do parágrafo e não o seu entendimento técnico sobre o assunto. ***

Sumário

Prefácio

Parte I

Capítulo 1 - Introdução e Sequenciamento

Capítulo 2 - A Mola Helicoidal

Capítulo 3 - O Pistão (Êmbolo)

Capítulo 4 - O Ar


Parte II -> viewtopic.php?f=4&t=16203

Capítulo 5 - A Porta de Transferência (“Transfer Port”)

Capítulo 6 - O cano

Capítulo 7 - O Recuo

Capítulo 8 - O Lubrificante

Parte III -> viewtopic.php?f=4&t=16281

Capítulo 9 - Eficiência

Capítulo 10 - Cronógrafos



Prefácio

Este livro é o resultado de cinco anos de trabalho de três pessoas; concentra-se exclusivamente no estudo das balísticas interiores de armas de ar que operam com mola. Isto quer dizer, o que acontece no interior da arma, durante o intervalo de tempo que vai desde o instante em que o gatilho é premido até o momento em que o projétil sai pela boca do cano. Na realidade, tudo gira em torno de um período de tempo que equivale a cerca de cinquenta milissegundos. Uma vez fora do cano, o projétil começa a ser regido pelas leis da balística exterior, que estão além do alcance representado por este trabalho.
No passado, houveram muitas tentativas de explicar como e porque a arma de ar funciona, mas, essencialmente, estes foram baseados em "mitos e lendas" sem muita pesquisa científica para apoiá-los; por exemplo, por um longo período, acreditava-se que quanto mais longo o cano de uma arma de ar comprimido, maior seria a velocidade na boca capazes de se desenvolver. Nós provamos que esta afirmação é incorreta.

Nossos experimentos são baseados principalmente em uma arma montada em uma mesa de teste (figura 01). Esta é uma arma de cano basculante com carregamento normal e é uma construção muito comum. Nós tentamos investigar cada componente e cada mecanismo separadamente e com cuidado, para chegarmos a uma conclusão razoável de toda a energia armazenada na mola. Ao mesmo tempo, no entanto, tudo isto foi conseguido com um orçamento limitado, três pessoas apaixonadas que trabalharam apenas em seu tempo livre. Nós muitas vezes entramos em contato com outras pessoas para o empréstimo de equipamentos sofisticados, ou até mesmo, em muitos casos, em equipamentos produzidos de forma independente (home made).

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Figura 01

Não iremos lhe oferecer maneiras de obter alguma melhora na potência de sua carabina, e sim melhorar a sua compreensão dos processos que acontecem dentro de sua arma de ar quando você puxa o gatilho.

Gostaríamos de salientar nesta fase que nenhum dos autores não têm ligação com qualquer fabricante de armas de ar, e que, durante a elaboração deste livro, não estivemos em visita a qualquer fábrica de rifles de ar, comportamento ditado pela nossa ética, a fim de manter a independência de pensamento sobre o assunto para não dar origem a qualquer tipo de conflito de interesses.

Embora este artigo trate exclusivamente sobre o funcionamento de armas de ar de acionamento por mola, muitos dos conceitos aqui mencionados aplicam-se igualmente a armas acionadas por gás e por ar pré-comprimido (PCP).


Capítulo 1 Introdução e sequenciamento

“É uma coisa surpreendente que muitas vezes um assunto que à primeira vista parece ser tão simples, às vezes, em um estudo mais aprofundado, acaba por ser muito complicado. Esta afirmação é excepcionalmente verdadeira quando aplicada às armas de ar de ação por mola, como descobrimos quando começamos a investigar pela primeira vez este assunto há cerca de cinco anos atrás”.

A questão começou com um pequeno rifle de cano basculante que nós compramos de segunda mão. Embora, em geral funcionasse muito bem, produzindo sequências de tiros precisos, sem motivo aparente poderia impactar o projétil para cima ou para baixo, causando muita frustração (NOTA: na prática, o rifle deu origem ao termo "flyer", tiros dispersos). Sendo movidos por uma mente científica e curiosidade, decidimos efetuar melhorias no projeto original, adaptando-se uma melhor vedação para a bucha e guarnições. Em seguida, o rifle foi polido no cilindro e o conjunto do gatilho foi revisado. As modificações e adaptações foram úteis, mas o cerne da verdadeira razão dos problemas iniciais permaneceu obscuro.

Muitas carabinas foram observadas, algumas compradas por nós, para que pudéssemos examiná-las e verificar o seu desempenho. Em cada caso, medimos o que foi considerado, na época, serem as “dimensões vitais”; assim através deste procedimento, esperávamos ser capazes de identificar a razão pela qual um certo tipo de rifle é melhor do que o outro. Mas logo ficou claro que as dimensões físicas por si só, não seria a resposta, havendo outras áreas a serem investigadas.

Não tinhamos como comparar com precisão uma arma com outra, uma vez que não tinhamos equipamentos para medir a velocidade. Isto foi um grande problema que obrigou as nossas investigações a progredir além das etapas elementares. Em seguida, pensei em usar um antigo aparelho chamado de Ballistic Pendulum que era utilizado no passado para o estudo da balística de balas de mosquete. Este dispositivo oferecia uma resposta tão simples e barata para os nossos problemas, que o desenvolvimento de uma variante deste aparelho, este seria adequado para utilização com projéteis de espingarda de ar. No entanto, logo após, descobrimos que embora pudéssemos medir a velocidade com precisão com o uso do pêndulo, no momento em que várias leituras tiveram que ser obtidas em sucessão rápida, o uso de um cronógrafo se tornou obrigatório. Isto causou um contratempo no estudo da arma, enquanto nós tentávamos construir nosso cronógrafo eletrônico. Ter este pensamento, em muitas ocasiões pode ser um capricho, mas ficou provado para nós que um cronógrafo poderia ser construído com um alto padrão de precisão, sem gastar uma fortuna. Tivemos então a sorte de encontrar um especialista em eletrônica que construiu um instrumento sob medida para atender nossas necessidades especiais, mas mais sobre isso e outros chronos, será visto em outro capítulo.

A esta altura, estávamos completamente envolvidos na busca da solução dos problemas de armas de ar e por que tão pouco da energia armazenada na mola é utilizada no projétil quando ela sai pelo cano. Esperamos que nos próximos capítulos, o leitor possa encontrar a resposta para as suas próprias questões particulares e será capaz de melhor comprender os conceitos da física que estão envolvidos na operação de sua arma.

Talvez a pergunta-chave a ser feita é: por que usar ar a todo custo? Afinal de contas, um arco impulsiona uma flecha sem o uso de ar e também uma catapulta pode lançar uma pedra.

Por isso, talvez o ar faça com que tudo funcione melhor e de forma mais eficiente, ou fornece mais energia? Bem, a resposta é não. O ar é apenas um meio usado para acoplar o pesado e relativamente lento êmbolo em movimento com o rápido projétil que também está em movimento. É esta grande diferença entre o peso da força motriz e peso do projétil, que requer um meio de acoplamento adequado. Isso será discutido mais detalhadamente em um capítulo posterior sobre o ar, incluindo o que acontece quando se utiliza gases diferentes do ar.

A física é uma ciência repleta de gráficos, de modo que o leitor deve encará-los como uma necessidade em um livro desta natureza. O primeiro gráfico que vamos usar (Figura 1.1) relaciona três fatores, a massa do projétil, a sua velocidade e sua energia. A principal utilização deste diagrama é comparar duas carabinas de calibres diferentes, mas também pode ser utilizado para comparar projéteis de massas diferentes disparadas da mesma arma. Ele torna essas comparações possíveis, fornecendo os meios de conversão de massa e velocidade inicial em energia na boca do cano.

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Figura 1.1 Energia do projétil

Ao longo dos anos, os fabricantes e os desportistas sempre que conversam entre si, talvez se vangloriem da velocidade de seu rifle favorito. Embora isto possa ser bastante razoável em anúncios ou em papo de botequim, isto carece de respaldo nas leis da Física, pois nenhuma menção é feita sobre o peso do projétil. É um pouco como dizer a seus amigos que você pode viajar a 50 quilômetros por hora. Isto não quer dizer muita coisa, até que você fale que você fazer isso de bicicleta ou de locomotiva a vapor. O peso do projétil é tão importante quanto a velocidade, o qual é geralmente negligenciado.
A fim de determinar a energia de qualquer projétil, ele deve primeiro ser pesado e, em seguida, a velocidade de saída na boca do cano deve ser medida. Estes dois parâmetros fornecem as informações necessárias. Normalmente, a velocidade do projétil é medida dentro de cerca de 6 ft (183 centímetros) ou mais do boca do cano, neste momento o projétil atinge sua velocidade máxima e a expansão do ar (ou dos gases) tem efeito mínimo sobre os instrumentos de medição.

Um vez obtidos estes dois fatores de massa e velocidade, pode-se calcular a energia cinética através da seguinte equação:

Ec = (m . v.v) / 2

Onde m é a massa do projétil, v é a sua velocidade (medida na boca) e Ec é a energia cinética.

Mas uma vez que estamos lidando aqui com o peso e não a massa devemos converter a equação em:

Ec = (1/2) . (w . v.v) / g

Onde w é o peso do projétil e g é a aceleração da gravidade e Ec em ft.lbf
No sistema imperial de unidades, g vale 32,1850 ft/s².

Suponha que queremos determinar a energia de um projétil de peso de 14,5 grains a uma velocidade de 500 fps.

No sistema internacional, temos:

1 grain = 64,79891 . (1/1000000) kilogramas
1 ft = 0,3048 metros


Ec = (m . v.v) / 2

Ec = {[14,5 x (64,79891 / 1000000)] x [(500 x 0,3048) x (500 x 0,3048)]} / 2)

Ec = {[14,5 x (64,79891 / 1000000)] x [(500 x 0,3048) x (500 x 0,3048)]} / 2

Ec =10,91 Joules


No sistema imperial de unidades, temos:

w = 14,5 grains; v = 500 fps; g = 32,1850 ft/s²

Para converter grains para libras temos que dividir por 7000.

Ec = (1/2) . (w . v.v) / g

Ec = (1/2) x {[14,5 x (500 x 500)] / (32,185 x 7000)}

Ec = 8,045 ft.lbf


Encontramos ao longo de nosso trabalho com armas de ar que, em geral, a eficiência mecânica de um rifle de ar é em média cerca de 30%. Isso é, para cada unidade de energia (ft.lbf , Joule) contida na mola comprimida apenas 1/3 desta é utilizada para impulsionar o projétil. As razões para esta baixa eficiência foram investigadas e serão vistas, cada uma por vez, nos capítulos seguintes.
No entanto, a fim de iniciar o entendimento do funcionamento de um rifle de ar, é preciso saber a seqüência de eventos no interior da arma, por exemplo, o projétil inicia o seu movimento no momento do pico de pressão de ar? Será que o pistão para antes do projétil sair do cano?
A sequência de tempos foi obtida fazendo com que os vários componentes móveis da arma, tais como o pistão e o projétil, interrompessem feixes de luz que, por sua vez produziram impulsos elétricos (células foto-elétricas) que foram exibidos num osciloscópio (Figura 1.2) O arranque do pistão, a paragem do pistão, o início do movimento do projétil e a sua saída pela extremidade do cano de dezoito polegadas (45,72cm) cada um destes eventos produziu um impulso no traço do oscilograma. O único impulso negativo (em que o traço vai para baixo) é o da paragem do êmbolo. O traço inferior mostra o aumento da pressão no interior do cilindro, conforme medido neste caso com um transdutor não calibrado.

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Figura 1.2 Sequência de tempos

O primeiro pulso positivo é a partida do pistão, iniciado após o gatilho ser disparado, o segundo pulso positivo é a partida do projétil que se inicia quando este começa a se mover pelo cano, o terceiro pulso positivo é o projétil deixando o cano da arma e o quarto pulso e único negativo, é devido o pistão finalmente parar no final do cilindro.
Então, resumindo a seqüência acima; o êmbolo inicia o movimento, o projétil em seguida, também inicia o movimento, (notar que isto ocorre no ponto de pressão de pico), o projétil então sai pela boca do cano e o pistão vem repousar na extremidade do cilindro logo após. Veremos em outro capítulo que de fato, o pistão vem muito perto da extremidade do cilindro, no momento do pico de pressão, mas, em seguida, recua devido a presença de ar a alta pressão em frente do mesmo.

Deve-se ter em mente que tudo que é descrito neste livro acontece em uma velocidade muito alta. Por exemplo, a base de tempo do oscilograma, isto é, o comprimento da linha horizontal é equivalente a 50 milissegundos, ou seja, 50/1000 de um segundo! Assim, o tempo total decorrido desde o início até à paragem do pistão é de cerca de 1/3 de 50 milisegundos. Isto é demonstrado pelo fato de que o ciclo de eventos é concluído no primeiro terço do comprimento do traço da Figura 1.2. Durante este tempo um projétil que se movimenta a uma velocidade de 500 fps (152,4 m/s) cobre uma distância de 8 pés (2,44 metros) !


Capítulo 2 A Mola Helicoidal

A mola de um rifle de ar é basicamente apenas um reservatório utilizado para armazenar a energia de propulsão, que será liberada durante o breve período entre o disparo da arma e até a saída do projétil pela boca do cano. A fim de obter uma indicação da eficiência de um rifle de ar, é necessário determinar a quantidade de energia efetivamente armazenada pela mola quando esta é comprimida, esta energia é medida em ft.lbf (pés x libra-força) ou em Joules.

Infelizmente, é um pouco entediante para determinar esta quantidade de energia de forma precisa, No entanto, existe um método rudimentar, mas eficaz de determinar que vale a pena descrever. Energia é a capacidade que um corpo tem para executar um trabalho. Portanto, se pudermos determinar a quantidade de trabalho realizado para comprimir a mola, quando a arma está engatilhada, e supondo que este trabalho seja igual é igual à energia armazenada por ela, mesmo que na realidade não é assim. O trabalho sobre a mola é igual à energia armazenada por ela. Assim sendo, o trabalho é o produto da força média aplicada ao armar e da distância através da qual é aplicada essa força. Neste caso, a força média pode ser tomada como a força aplicada à alavanca de carregamento, quando se está a meio caminho do seu curso. Isto pode ser medido com o uso de um dinamômetro.

O método descrito acima é bastante grosseiro, uma vez que não leva em conta as perdas por atrito nas articulações ou pistão durante o curso de armar. Na arma de teste, o ato de armar, ocorre através do uso do cano basculante como alavanca e a boca do cano percorrem uma distância de 22 polegadas (55.9 cm), durante a aplicação de carga para armar.

Deve-se notar que esse caminho não é uma linha reta, mas um arco. A força que teve que ser aplicada para o muzzle no ponto médio do arco foi de dez libras-força (4,54 kgf ou 44,54 N), assim o trabalho feito na mola, e, consequentemente, a energia contida nele foi de 22 x 10 polegadas.lbf ou (dividindo por 12), 18,33 ft.lbf (24,85 Joules). Este valor é, na verdade, apenas 2,07 ft.lbf diferente do valor real de 20,4 ft.lbf (27,66 Joules), mas é perfeitamente aceitável dado o método utilizado na sua obtenção.

Um método mais preciso do que o proposto anteriormente é remover a mola da arma e desenhar a curva de carga. Esta linha (reproduzida para o nosso ensaio arma na figura 2.1) representa a quantidade de deformação da mola para uma determinada carga, se a carga é em libras e a deformação, em polegadas, a área sob a curva representa o número de pol.lbf armazenada pela mola. Esta unidade de energia pode ser convertida para ft.lbf simplesmente dividindo-se por 12. A área total sob a curva é, portanto, uma representação da quantidade máxima de energia que pode ser acumulada por esta mola em particular. Esta quantidade de energia é limitada pelo fato de que se a mola continuar a ser comprimida, mais cedo ou mais tarde, os elos adjacentes irão se tocar (“coilbound”), impedindo assim a continuidade da aplicação de mais carga.

A quantidade de energia utilizável armazenada por uma mola, quando a arma está engatilhada pode ser determinada tomando-se a área sob a curva, apenas entre os limites de compressão inicial e a compressão final (arma engatilhada) isto corresponde ao curso do êmbolo. A compressão inicial é a quantidade de compressão da mola quando a arma esta em repouso, desengatilhada. O curso do êmbolo é a sua distância percorrida a partir do momento do disparo até a chegada à extremidade da frente do cilindro.

A fim de determinar esta linha com precisão, a deflexão deve ser obtida para série de cargas conhecidas. Para fazer isso, a mola pode ser colocada na posição vertical sobre uma bancada sólida dotada de um furo em seu tampo. Uma barra com rosca nas extremidades é então passada através do centro da mola e também através do furo da bancada. A barra é impedida de passar pela parte superior da mola por uma arruela e porca aparafusada ou por outros meios de fixação na extremidade superior da haste.

Uma bandeja de peso leve, em seguida, deve ser fixada na extremidade inferior da haste, por debaixo da bancada, e pesos colocados sobre ela, em incrementos de cerca de dez libras (4,54 quilogramas). O comprimento inicial da mola deve ser medido com uma regra e, em seguida, as leituras subseqüentes feitas com os pesos aplicados, e, novamente, à medida que são removidos.

Este procedimento deve ser repetido para se obter no mínimo dois conjuntos de resultados, as médias destes resultados serão usadas para traçado de um gráfico (Figura 2.1). Nota-se que esta linha não é reta, mas um pouco curva para as primeiras 70 ou 80 libras (31,75 a 36,29 quilos). Isso é lamentável, uma vez que se fosse uma linha reta, apenas a deflexão de um ponto precisaria ser obtida, e a linha que passa pela origem, poderia então ser elaborada e o gráfico estaria completo.

A compressão inicial é determinada no momento de substituir a mola. Isto é o curso do pistão são mostrados no gráfico para encontrar a área entre esses dois limites. Para simplificar, a área pode ser considerada como sendo a de um trapézio, que pode ser calculado multiplicando-se a metade da soma dos lados paralelos à distância entre eles. O resultado é igual à energia total, expressa em polegadas por libra (pol.lbf).

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Figura 2.1. Gráfico da energia da mola.

Foi, então, necessário determinar a capacidade de armazenamento de energia de uma quantidade de molas. Para isso, construiu-se um dispositivo (Figura 2.2), que nos permite testar convenientemente qualquer mola de arma de ar com rapidez e precisão.

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Figura 2.2 Compressor de molas

Em vez de usar pesos, como no método anterior, a mola foi comprimida contra uma mola de referência, extremamente forte cuja curva de carga / deflexão havia sido determinada anteriormente com precisão. Quando a manivela é girada a mola ensaiada é comprimida contra a mola padrão, o valor da deflexão da mola é medido através de um medidor tipo relógio comparador calibrado em milésimos de polegada.

Sabíamos de antemão, que para cada 10 libras aplicadas à mola de referência esta desviava 8,5 milésimos de polegada. Assim, a manivela foi girada até serem obtidas leituras sucessivas de incrementos de 8,5 milésimos de polegada. Para estes pontos foram feitas medições do comprimento da mola em teste, utilizando-se uma régua. A curva de deflexão x carga para a mola ensaiada foi então elaborada, com o eixo correspondente a carga em intervalos de dez libras-força.

A compressão inicial da mola e o seu curso correspondente foram então determinados e a arma foi remontada. Estes dois pontos forma marcados no gráfico para dar os limites da área que deve ser considerada.

Por outo lado, se a mola tivesse sido utilizada o tempo suficiente para ter o seu comprimento original reduzido, de modo a ter perdido toda a sua compressão inicial, então a área sombreada teria sido deslocada para a esquerda, indicando que houve uma redução a capacidade de armazenamento da mola.

No nosso teste de arma, a compressão inicial foi de 0,75 polegadas (19,05mm) (figura 2.1), a partir da qual pode ser visto que a mola tem uma carga inicial de 78 lbf (347 N). O curso do êmbolo era de 2,5 polegadas (62,5 mm), que deve ser adicionado ao valor da compressão inicial o resultou em um valor total de 3,25 polegadas (82,55 mm). A partir do ponto em que a curva do gráfico cruza a escala vertical (deflexão) em 3,25 polegadas, pode ser traçada uma linha com a escala horizontal (carga), que se cruza a curva no ponto de 200 lbf (890 N). A área sombreada entre essas linhas e a curva do gráfico representa a quantidade de energia contida pela mola engatilhada. É interessante notar que, neste caso, a arma não faz o melhor uso da mola; se a compressão inicial tivesse sido aumentada em outras 0,8 polegadas (20,32 mm), a mola teria sido totalmente comprimida, ocasionando o contanto entre as espiras adjacentes (“coilbound”) e a área sob a curva teria sido maior uma vez que a área sombreada do gráfico desloca-se para a direita. Além disso, é claro, a arma teria ficado um pouco mais pesada para se armar. Por outro lado, se a mola, devido ao tempo de uso, estivesse “cansada” e o seu comprimento inicial reduzido o suficiente para remover a compressão inicial por completo, toda a área sombreada teria se deslocado para a esquerda, indicando que houve uma redução da capacidade de armazenamento de energia da mola.

Isso indica o quão importante é ter certeza de que a mola substituta em uma arma de ar seja tão longa quanto a original de fábrica.

Antes de discutirmos os materiais e métodos de fabricação empregados em uma mola de arma de ar, vale a pena comentar as características que uma mola deve ter, considerando a sua vida útil esperada. Deve ser capaz de ser comprimida até o seu limite máximo muitas vezes sem a redução em seu comprimento. Deve ser capaz de realizar expansão súbita sem fratura e resistir à deformação lateral (flambagem), tanto quanto possível dentro dos limites de contenção dados pelo êmbolo. Estes fatores exigem um elevado grau de controle por parte do fabricante, desde a seleção do material, passando pelo tratamento térmico e finalmente os ensaios finais.

Quando uma mola helicoidal é comprimida, a energia é, de fato, armazenada pela torção do fio. Se comprimirmos uma mola de compressão pequena e leve com as mãos, isto vai ser claramente demonstrado. Como cada espira é fechada em relação a seu vizinho, é necessário continuar a aplicar mais força para superar a resistência do fio a esta torção de modo a permitir que as espiras assumam uma nova posição. A força necessária para produzir uma unidade de compressão (o declive do gráfico da Fig. 2.1) é uma medida da “rigidez” da mola. . (Coeficiente de rigidez ou elasticidade da mola , K = F / δ).

A rigidez de uma mola é determinada por suas dimensões físicas de acordo com as seguintes leis matemáticas:

- Se o diâmetro do fio é dobrado e todo o resto continua a ser o mesmo, então a mola será dezesseis vezes mais rígida;

- Se o diâmetro da própria mola é dobrado, consequentemente, a sua rigidez é reduzida a um oitavo do seu valor anterior;

- Se o número de elos ativos é dobrado em uma mola de um determinado comprimento, a sua rigidez é reduzida para a metade.

NOTA: Esta última afirmação pode realmente ser um pouco estranha à primeira vista.

Para se ter uma idéia sobre a veracidade ou não dessas três declarações sobre a rigidez das molas você pode usar a seguinte fórmula prático, útil para determinar o valor da rigidez de uma mola:

R = (PI . G . d.d.d.d) / (32 . r.r . L), onde:

R = coeficiente de rigidez da mola (kg/mm)
Pi = 3,1416
G = 8300 (constante)
d = diâmetro do fio
r = raio da mola
L = comprimento total do fio = 2 . PI . r . n
n = número de espiras

R = (G . d.d.d.d) / (64 . r.r.r . n)


Usando esta fórmula é fácil de verificar a exatidão de todas as três afirmações anteriores.

Fica evidente a partir do exposto que a concepção de uma mola é uma ciência em si, muitos livros foram escritos sobre o assunto e não é escopo do presente trabalho explorar este tema. O entusiasta de armas de ar quer ser capaz de avaliar as propriedades de uma mola através de regras muito simples, sempre que possível. Deve notar-se que uma mola não perde rigidez ("weaken") durante a sua vida, ela só se torna mais curta.

Assim, supondo que você venha a retirar uma mola de uma arma cuja história é desconhecida, o que se deve procurar quando decidir se ela ainda está em condições de uso ou se precisa ser substituída? Uma inspeção visual revela se ela está parcialmente colapsada, o que é indicada pela presença de espiras com sinais de contato em um único ponto em relação a outras ou algumas mais próximas (fechadas) com as espiras adjacentes. Esta queixa é geralmente acompanhada de flambagem, que é fácil de detectar, uma vez que a mola vai estar visivelmente torta. Cada uma dessas condições reduz o desempenho da mola por diminuição de seu comprimento original, que, como já mostramos, é o fator importante quando se avalia uma mola. Às vezes, é difícil determinar se a mola que tem sido utilizada a algum tempo perdeu um pouco do que comprimento original. Se você tem uma mola nova para comparação, então a tarefa é fácil, mas na maioria das vezes, uma nova mola não está disponível.

Assim sendo, a seguinte maneira pode servir com guia. A maioria das molas que analisamos, quando novas, tem um intervalo de cerca de uma vez e meia o diâmetro do fio entre as espiras. Ou dito de outra forma, a mola, quando totalmente comprimida mede cerca de 40% do seu comprimento inicial. Outra indicação é o valor da compressão inicial que, na maioria dos casos, se situa em torno de 2 polegadas (50,8 mm). Também é aconselhável verificar se a mola está quase com todas as espiras fechadas na posição engatilhada (“coilbound”). Assim, utilizar a capacidade máxima de armazenagem disponível na mola. Muitas vezes encontramos uma arma que tem uma mola que é completamente inadequada a ela.

NOTA: estamos a falar de rifles de ar de ação por mola dos anos 70. Atualmente, especialmente no que diz respeito à fraca potência, as duas últimas avaliações não são verdadeiras a priori; pois existem modelos em que as molas não são pré-comprimido no interior do rifle, e as espiras não entram em contato quando o rifle está engatilhado.

Sobre o assunto de molas inadequadas, a pergunta mais comum é: "É possível instalar uma mola com maior potência?" Na maioria dos casos a resposta a esta pergunta é não. Geralmente, uma mola mais potente é maior e o seu diâmetro é muito grande. Se o comprimento é errado, a nova unidade tem de ser cortada, e pode ser de tal ponto que a compressão inicial é perdida. Supondo que, consigamos adaptar uma mola mais forte, sem necessidade de cortes, vamos analisar o resultado em termos de energia na boca do cano. Nós já dissemos que a eficiência global de uma arma é da ordem de apenas 30%. Assim, para cada ft.lbf (Joule) extra que contém a mola de maior potência, apenas 1/3 aparece como energia na boca do cano. Este pequeno benefício deve ser avaliado levando-se em conta as desvantagens, tais como o aumento da força necessária para armar a carabina e ou aumento no peso do gatilho.

Um fabricante continental produz uma arma interessante, uma vez que a espingarda tem duas molas, uma dentro da outra. Em teoria, isso parece ser uma boa ideia, mas em termos práticos, os resultados são decepcionantes, pois parece que as duas molas interferem entre si e não produzem a energia que o esperado.

Você pode comparar o desempenho das duas molas comparando seu peso. Se fosse para ser duas vezes mais pesado do que o outro, então, como regra geral, é razoável esperar que tivesse o dobro da capacidade de energia, partindo sempre do princípio de que ambas são explorados para o seu pleno potencial. Isto pressupõe, naturalmente, que o material e a temperatura de ambas as molas são as mesmas.

A maioria das molas para armas de ar são realizadas com fio de aço harmônico da BS alta qualidade 1429 ou B.S. 1408 (B.S. = British Standard). Este é o material que é utilizado para a maioria das molas de toda a indústria. Claro que existem outros materiais com que podem ser fabricadas molas: aço inoxidável para aplicações corrosivas ou ligas de berílio de cobre para aplicações não magnéticas. Muitas vezes nos perguntamos se existe uma melhor qualidade de aço, apesar de mais caros, são capazes de atingir uma mola mais duradoura e que ele pode armazenar mais energia. Para o nosso conhecimento, estes materiais não existem, e uma vez que não estão normalmente disponíveis, os problemas e custos envolvidos para a sua utilização, não justificam o pequeno benefício obtido com o seu uso.

O material normalmente utilizado em molas é produzido sob a forma de fio redondo temperado e pronto para ser enrolado no produto acabado. É por esta razão que as molas de seção quadrada ou retangular não estão prontamente disponíveis. Aço de alta qualidade é empregado na produção de fio redondo, mas estes não são transformados em fios de seção quadrada ou retangular. Mesmo assim, no uso de uma mola com seção quadrada, há a possibilidade de que as vantagens obtidas pelo emprego de uma seção maior do fio possam ser anuladas pela utilização de um material de mais pobre em sua fabricação.

Uma vez que o arame foi enrolado para formar a mola, este deve ser tratado de modo a aliviar o estresse antes de estar pronto para o teste. Este alívio do estresse é a realizada a baixas temperaturas durante um período de algumas horas, a fim de remover as tensões locais causados pelo enrolamento.

O teste das molas de armas de ar consiste em ciclos de compressão até as espiras se tocarem e descompressão por várias vezes, então elas são re-comprimidas e deixadas nesse estado algumas horas. Então a compressão é liberada e seu comprimento verificado para certificar de que ele é o comprimento desejado.

Um último ponto sobre a mola de arma de ar: no momento em que a arma é disparada, o êmbolo e a extremidade dianteira da mola avançam com velocidade tal que a cauda da mola é arrastada para frente também.

Mais adiante, no livro, será mostrado que o pistão se recupera através de um colchão de ar comprimido. Então, no momento em que o pistão está recuando a cauda da mola deixa sua sede (guia de mola traseiro). Sei que por um momento infinitesimal de tempo, o pistão e a mola estão, de fato, suspensos no cilindro sem que estas extremidades estejam em contato com alguma coisa!

Tente imaginar isto, a próxima vez que você puxar o gatilho!


Capítulo 3 - O pistão

A função principal do pistão (êmbolo) em qualquer arma de ar é fornecer uma barreira estanque entre a mola e o ar contido no interior da câmara de compressão do cilindro. Ele deve ser capaz de vedar as fugas de ar entre as paredes do cilindro à medida que avança em alta velocidade, mas ao mesmo tempo, não deve produzir atrito excessivo.

Existem apenas duas variáveis que podem ser alterados no êmbolo, caso você queira tentar alcançar uma maior eficiência. O primeiro é o tipo de selo (bucha) utilizado e a segunda é o peso total do êmbolo.

Consideremos em primeiro lugar a junta de vedação; o tipo mais comum usado em toda a história das armas de ar de ação por mola é, sem dúvida, a junta de couro em forma de copo. Ocasionalmente, eles também são usados outros tipos de vedação tais como: anéis feitos de bronze fosforoso, ferro fundido ou juntas de plástico moldadas por injeção.

(Nota: lembre-se que estamos na década de 70 e hoje em dia usamos selos quase que exclusivamente sintéticos).

As nossas experiências mostraram que a qualidade da vedação é relativamente sem importância para a eficiência da arma. A este respeito, podemos dizer que é muito mais importante ter uma culatra com acabamento perfeito do que um pistão completamente hermético. Obviamente, o pistão não deve permitir grandes fugas de ar muito durante o breve momento em que o pistão está se movendo. Por outro, uma bucha muito comprimida dentro do cilindro produziria tanto atrito que a energia da mola pode não ser suficiente para que o projétil sequer saia do cano.

(Nota: culatra é o bloco de aço móvel que fecha a parte traseira do cano de uma arma).

O PTFE é, no entanto, um material muito versátil e pode ser misturado com várias substâncias, entre a suscitar muito interesse bissulfeto de molibdênio. O resultado desta mistura é uma substância auto-lubrificante, muito escorregadio, ideal para as faixas elásticas.

Buchas confeccionadas com materiais plásticos modernos: tais como PTFE (politetrafluoretileno - teflon) são excelentes, desde que estejam na forma de anéis de pistão. As juntas sólidas são susceptíveis de ser uma fonte de problemas devido ao anormalmente elevado coeficiente de expansão térmica de alguns plásticos. No caso de PTFE, a variação da temperatura ambiente ao longo do dia, é suficiente para alterar as dimensões da bucha, alternando de uma má vedação para um bloqueio total devido ao alto atrito. No entanto, o PTFE é muito versátil e pode ser misturado com várias substâncias durante o fabricação da bucha, entre as quais o bissulfeto de molibdênio (MoS2) que é de grande interesse para nós. O resultado desta mistura é uma substância auto-lubrificante, com atrito muito reduzido, é ideal para o uso nos anéis de segmentos de pistões.

A velha bucha confeccionada em couro tem resistido ao teste do tempo e continua a ser o mais popular para todos, mesmo em armas mais caras. Ele tem uma série de vantagens, além de ser um dos mais baratos de produzir, é capaz de resistir a um grande número de abusos como a falta de lubrificação. Temos visto muitas carabinas não foram lubrificadas durante anos, mas quando a bucha de couro foi limpa re-lubrificada o resultado foi tão bom como se fosse nova. Outro ponto a favor da bucha de couro é que o couro retém o seu lubrificante, como um pavio, proporcionando um fornecimento constante de óleo para a superfície sobre a qual ela desliza. Sempre partindo do princípio que não foi utilizado um óleo inadequado, o que resultará em efeito diesel (“dieselling”). Mas os problemas associados à lubrificação serão discutidos em um capítulo à parte.

Nós examinamos o efeito de alterar o peso do pistão. Através da adição de pesos de chumbo no interior do êmbolo, foi possível dobrar o peso original.

Porém os resultados nos surpreenderam, pois esperávamos uma grande alteração na velocidade inicial, se para cima ou para baixo não tínhamos certeza que. Em vez disso, houve uma pequena redução na velocidade, mas a arma imediatamente se tornou muito desagradável para atirar, devido a um recuo (coice) muito pronunciado. Essa reação será explicada em detalhes em um capítulo sobre o recuo. Quando o pistão é mais pesado, a energia da mola é transferida mais lentamente tornando a arma desconfortável para atirar. Em contrapartida, um pistão mais leve pode acelerar mais rápido e, portanto o “tranco” será menor. Na outra extremidade do cilindro, um êmbolo pesado é mais difícil de parar do que um leve, e não obstante a existência de um colchão de ar entre o final da câmara de compressão do cilindro e a bucha, o efeito do peso do pistão é muito acentuado e sentido pelo atirador.

Com estes pensamentos em mente, não é difícil compreender que, se fosse possível eliminar o pistão, ou pelo menos construir um usando material leve, a arma resultante seria excepcionalmente suave em ação, e certamente se aproximar das armas sem recuo (“recoilless”) usadas em competições de tiro.

O gráfico do curso do pistão original de peso normal contra o tempo é mostrado na Figura 3.1. Pode ser visto que a velocidade do pistão permanece aproximadamente constante após a aceleração inicial, até que este se aproxima do fim da câmara de compressão do cilindro, quando então se desacelera e pára abruptamente durante um instante a cerca de 1/10 polegadas (2,54mm) de distância a partir da extremidade do cilindro. A partir desta posição o pistão sofre um rebote (“bounces”) e recua quase ½ polegada (12,7mm) de distância da extremidade do cilindro, retoma o seu curso para frente e vem repousar contra o final da câmara de compressão.

Imagem
Figura 3.1 Gráfico da aceleração do pistão

Se não houvesse projétil na arma, isso teria ocorrido com a mesma velocidade, até o pistão colidir com o final da câmara de compressão do cilindro, não fazendo bem a qualquer coisa. Se, por outro lado, o cano fosse completamente bloqueado de modo a não permitir a saída do ar, o êmbolo sofreria um rebote a uma distância muito maior que 1/2 polegada e a partir deste ponto, avançaria até a posição de repouso no final do cilindro.

A razão pela qual o êmbolo sofre rebote ("bounces") é porque quando o pistão se desloca em direção a extremidade do cilindro, em determinado instante, um pico de pressão é atingido, porém o ar não é capaz de transferir energia instantaneamente para o projétil, pois este requer um tempo para acelerar. Assim, o ar altamente comprimido que acelera o projétil, também força o pistão para trás enquanto esta força for maior que o impulso gerado pela mola. Durante este movimento de recuo do êmbolo, o projétil iniciou o seu movimento no interior do cano e a força da mola passa a superar a força do ar comprimido e o êmbolo retoma novamente o movimento em direção à extremidade do cilindro para completar o curso até a posição de repouso

Se, no entanto, fosse possível parar o êmbolo impedindo-o de se deslocar para trás, este desperdício de expansão do ar seria evitado e mais energia seria transmitida ao projétil. Este recuo provoca uma grande queda de pressão dentro do cilindro e então passamos a tentar impedi-lo por precaução. Pensamos em muitos sistemas novos o que consumiu inúmeras horas na tentativa de projetar meios de bloquear o recuo de modo a manter o movimento do pistão para a frente.

Outra coisa é tentar parar o recuo do pistão para trás quando a arma dispara. Em primeiro lugar, o pistão está no seu mais avançado para um segundo infinitesimal, e está sujeito a uma enorme pressão.

É relativamente fácil fazer isso em ensaios de baixa velocidade, quando o pistão é movido a mão, os problemas surgem quando se tenta parar o recuo do pistão assim que a arma é disparada. Em primeiro lugar, o pistão está na frente do seu curso durante um instante infinitesimal de tempo, e em segundo lugar, a pressão que é exercida sobre ele, neste momento, é enorme. Qualquer dispositivo para contê-lo deve ser capaz de agir instantaneamente e também deve ser forte o suficiente para suportar o impulso para trás do pistão, que é a pressão máxima do cilindro multiplicado pela área frontal do pistão. No nosso caso, isso resultou em uma força de mais de 1000 libras. (454 quilos).

Um esboço de nossa tentativa final é ilustrado na Figura 3.2. O objetivo era produzir uma haste fixa ao êmbolo que lhe permite deslizar para frente em direção ao fundo do cilindro, mas, como esperado, a haste logo tenta voltar, as duas esferas (de aço) posicionadas em uma estrutura cônica integrada com a culatra do cilindro bloqueiam qualquer movimento para trás.

Ao recarregar a arma, as esferas são mantidas longe da estrutura cônica através de um parafuso de liberação, liberando desta forma o pistão. Esta operação deve ser realizada toda vez que você recarregar a arma para permitir que o pistão se mova para trás.

Todas as peças do protótipo foram construídas com aço de ferramentas, e em seguida endurecidos e polidos.

No entanto, apesar de todos os esforços, depois do disparo, todas as peças de trabalho ficaram deformadas e toda a unidade arrastada para longe da traseira da arma. Neste ponto, decidimos que a experiência era impraticável, uma vez que havia ficado claro que as forças envolvidas, foram maiores do que a maioria das armas podia suportar. Mas se fosse viável a construção de uma arma com este dispositivo anti-recuo, o aumento na velocidade de partida do projétil seria significativo. Foi uma pena que isto não foi comprovado através de uma experiência prática.

Imagem
Figura 3.2 Dispositivo anti-recuo (anti-rebote)

Capítulo 4 - O ar

A arma de ar foi precedida na história pelo arco e flecha, e é interessante comparar as duas armas, porque ambas são semelhantes na medida em que, tanto o projétil quanto a flecha são aceleradas por uma mola elástica. O arco de madeira é a contrapartida da mola no rifle, mas há uma grande diferença entre as duas armas. Mas existe uma grande diferença entre as duas armas, na espingarda, ao contrário do arco, o ar é interposto entre a mola e o projétil.

O ar é necessário por causa da grande diferença entre a pequena massa do projétil em comparação com a de mola e êmbolo, que são muito mais pesados; enquanto que, no arco, a massa da flecha, é aproximadamente a mesma que a da corda do arco e as seções mais leves do arco que se fletem para disparar a flecha. O ar pode ser comparado com o sistema embreagem - caixa de câmbio de um automóvel de passageiros, interligando e combinando as rodas em movimento lento e a troca instantânea para o movimento rápido das rodas.

É muito importante entender completamente a função do ar em um rifle, então vamos levá-la ao extremo e imaginar como poderíamos torná-lo independente do ar. Imaginemos cortar e retirar o cano da arma e em seguida, colocar o projétil diretamente no topo do pistão. Ao disparar a arma, o projétil voaria com a mesma velocidade que o pistão atinge enquanto se move para frente até o TP, cerca de 50 fps (15,24 m/s). Obviamente, este valor é muito baixo quando comparado com a velocidade na boca do cano (V0) e consequentemente a energia correspondentemente também é baixa devido a pouca massa do projétil. Pelo mesmo raciocínio, vamos se utilizar um projétil cujo peso aproximadamente se iguala ao peso do êmbolo, ao disparar, o projétil sairia com aproximadamente a mesma velocidade que anteriormente, que é de 50 fps (15,24 m/s), mas sendo o projétil mais pesado, a energia na boca do cano será muito maior, pois a energia cinética é determinada multiplicando-se a metade da massa do projétil por sua velocidade ao quadrado. Este aumento de energia mostra que, com o projétil mais pesado conseguimos uma melhor interação (quantidade de movimento) entre o agente projetor e projétil e nenhum meio de transmissão de energia, tal como o ar é necessário.

Tendo estabelecido a razão pela qual o ar é estritamente necessário, a próxima pergunta que é frequentemente solicitada pelos entusiastas, com um pouco de conhecimento científico, é a seguinte: "Quais são as pressões envolvidas dentro do cilindro?" A pressão é, provavelmente, um dos parâmetros mais difíceis de medir, sem equipamentos caros. Tivemos a sorte de ter conseguido emprestado algumas ferramentas dos senhores da Kistler Instruments Ltd. Esta empresa é especializada na medição de altas pressões através do uso de transdutores cerâmicos piezoeléctricos. Essas ferramentas podem ser transformadas em unidades muito pequenas e fortes, que se prestam admiravelmente para o estudo de balística interna, uma vez que pode ser aparafusada diretamente dentro do cilindro de armas de ar comprimido. O transdutor de pressão converte a pressão em uma carga elétrica proporcional, que é processado por um amplificador de carga. Este sinal pode ser exibido na tela de um osciloscópio.

No nosso caso, o traço do osciloscópio toma a forma de uma curva (figura. 4.1), em que o eixo vertical representa pressão e o eixo horizontal não representa o curso do êmbolo, como se poderia crer, mas o tempo. Como explicado no capítulo anterior, o curso do êmbolo está relacionado com o tempo, deste modo, não deverá haver grande problema para desenhar uma curva, como um resultado da pressão em relação ao volume.

Imagem
Figura 4.1 Transiente do Ar

A partir dessas curvas, podemos estabelecer que o ponto de vista prático, a compressão em questão parece ser adiabática, ou que ocorre sem qualquer transferência ou a absorção de calor de ou para o gás. Estas curvas mostram que o pico de pressão no interior do cilindro é da ordem de 1250 psi (88,25 bares)

Nós sabemos que ao inflar um pneu de bicicleta, a bomba fica quente. Isto porque uma parte da energia utilizada para compressão do ar é convertida em calor. Como o bombeamento ocorre lentamente e com muitos cursos para trás e para a frente do pistão, o calor gerado no interior do ar se propaga para o ambiente exterior através das paredes da bomba. Agora a ação de uma pistola de ar é um pouco diferente. No sentido de que a compressão ocorre tão rapidamente que o calor não tem tempo para percorrer as paredes do cilindro. Neste caso, a compressão é chamada adiabática, enquanto que no caso de a bomba de bicicleta, a compressão é dito isotérmica.

Agora que estabelecemos que a compressão é adiabática, pode-se calcular a pressão e temperatura através das seguintes equações:

P1 . (V1)**n = P2 . (V2)**n .......... (1)

O que nos dá a relação entre a temperatura e o volume absoluto.

Onde:
P1 = pressão inicial
V1 = volume inicial
P2 = pressão final
V2 = volume final
n = índice de capacidade de calor específico do gás, que o ar tem um valor de 1,408.

T1 . (V1)**(n-1) = T2 . (V2)**(n-1) .......... (2)

O que nos dá a relação entre a temperatura e o volume absoluto.

Onde:
T1 = temperatura do gás inicial em Kelvin. (graus Celsius + 273)
T2 = temperatura final do gás em Kelvin.

O trabalho realizado (W) em, ou a partir de quando as mudanças de volume de V1 a V2 é dada pela fórmula:

W = (P2 . V2 - P1 . V1) / (n-1) .......... (3)

Antes de aplicar qualquer uma dessas equações para os nossos problemas, temos que entender como o ar é realmente comprimido no interior do cilindro da arma. Isto pode parecer óbvio à primeira vista, mas realmente não é tão simples quanto você imagina.

Assim que você aperta o gatilho, o pistão é liberado, e é forçado a avançar pela mola comprimida. A partir do tempo da liberação começa então a empurrar o ar no interior do cilindro num espaço cada vez menor, provocando assim um aumento da pressão. Mas a certa altura, para o êmbolo, não é mais possível avançar para comprimir ainda mais o ar e é forçado a recuar pelo mesmo ar comprimido, antes de continuar a avançar. Em outras palavras, em algum momento o êmbolo “quica”.

A fim de compreender isso mais profundamente, considere uma bomba de bicicleta, que foi obstruída a saída de ar, tornando-se hermética. Imagine que é uma daquelas bombas que se desenvolvem verticalmente, nota-se que ao se liberar o peso exercido sobre o cabo, o pistão então salta para cima devido a presença de uma almofada de ar que está comprimida.

A mesma coisa acontece em um cilindro de arma de ar, apenas de uma forma muito mais rápida. Todo o ciclo leva apenas cerca de 15 milissegundos; é o tempo necessário para um projétil lançado a 500 fps (152 m/s), para percorrer uma distância de 7,5 pés (22,9mm)!

Vimos no Capítulo 1 que no momento em que o pistão começa a se recuperar (recuar), o projétil inicia o momento e começa a acelerar pelo cano. Vamos olhar de outra forma, o projétil não se movimenta até que a pressão máxima seja atingida, neste momento o atrito entre o cano e o projétil é então superado e este ganha aceleração. No mesmo instante, o pistão já não pode entregar mais impulso para o ar por causa de sua baixa velocidade e, portanto, falta de energia; a partir deste momento ocorre o recuo devido ao colchão de ar comprimido em sua frente. Estes são os eventos ocorrem quando temos um projétil que se encaixa corretamente dentro de uma culatra de forma ideal (será visto no Capítulo 6). Sem estes fatores importantes, o curso do pistão e a partida do projétil estarão fora de sincronismo, resultando em menor eficiência.

O gráfico do curso pistão contra o tempo (Figura 3.1) mostra a aceleração do êmbolo a partir do momento em que o gatilho é puxado e no instante que o êmbolo atinge extremidade dianteira do cilindro após ter recuado uma devido a ação do colchão de ar comprimido.

Fica evidente a partir da análise deste gráfico que o ponto de menor volume corresponde a uma posição do êmbolo de 0,1 polegadas (2,54 mm) a partir da extremidade do cilindro. Uma vez que este é o ponto de menor volume, também deve ser o ponto de maior pressão. Agora, podemos proceder ao cálculo do valor do pico de pressão alcançado no interior do cilindro. Seja então, V2 este volume.

Aplicando a equação (1):

P1 . (V1)**n = P2 . (V2)**n

P1 é igual à pressão atmosférica normal, a posição do êmbolo, porque este ião ainda não começou a comprimir o ar.
V1 é o volume inicial de ar no cilindro, que é o volume antes de o êmbolo começa a mover-se.
Uma vez que, neste caso, o diâmetro do cilindro é de 1 polegada (25,4 mm) e o curso do êmbolo é de 2,5 polegadas (63,5 mm), pode-se calcular o volume V1:

V1 = Pi . r.r . h = 3,1416 x 0,5**2 x 2,5 = 1,9635 pol cúbica

P1 = 14,7 psi (pounds per square inch – libras por polegada quadrada)

V2 = Pi . r.r . h = 3,1416 x 0,5**2 x 0,1 = 0,0785 pol cúbica

P2 = ?

Temos
14,7 x (1,9635)**n = P2 x (0,0785)**n

P2 = 14,7 (1,9635 / 0,0785)**n onde n = 1,408 para o ar

P2 = 14,7 x 93,027

P2 = 1367 psi = 94,25 bar

Uma vez que os cálculos acima cobrem um caso típico, em vez de um caso particular, não foi tomada em conta a perda de volume do orifício da porta de transferência (“Transfer Port”, que chamaremos doravante de TP). Isto porque, durante as nossas experiências, ocorreram mudanças no tamanho e a forma do TP. Mas seria uma questão simples para calcular o volume de TP e adicioná-lo ao V1 e V2, no início do cálculo.

Este valor de P2 é, por conseguinte, a pressão máxima atingida no interior do cilindro. No entanto, deve-se ressaltar que esta pressão é alcançada apenas por um instante, e que um movimento mínimo do pistão para trás provoca uma queda drástica na pressão. Se observarmos a curva adiabática na Figura 4.2, percebemos que um deslocamento do pistão para trás de apenas 0,02 polegadas (0,508 milímetros) provoca uma queda na pressão de 1350 psi para 1000 psi! E mais uma queda na pressão de cerca de 500 psi ocorre quando o pistão se move para trás apenas 0,1 polegadas (2,54 mm).

Quando o pistão acelera para frente, a energia cinética gerada não só é usada para comprimir o ar, mas também, infelizmente, para aquecê-lo. Assim, a temperatura aumenta, com o aumento da pressão. O novo valor da temperatura pode ser calculado a partir da equação (2).

T1 . (V1)**n-1 = T2 . (V2)**n-1 onde:

T1 = temperatura ambiente = 20 º C = 20 + 273 = 293 ºK
V1 = 1,9635 pol cúbica
V2 = 0,0785 pol cúbica
T2 = ?

293 x (1,9635)**n-1 = T2 x (0,0785)**n-1
T2 = 293 x (1,9635 / 0,0785)**n-1 onde n = 1.408
T2 = 293 x (25,0127)**0,408
T2 = 293 x 3,7192
T2 = 1090 ºK
T2 = 1090 – 273

T2 = 817 ºC

A esta temperatura, é fácil ver por que o óleo presente no cilindro inflama. Este fenômeno é chamado de efeito diesel ("dieselling").
Mais uma vez, devemos salientar que estes valores de temperatura e pressão são atingidos apenas por uma fração de segundo. O aumento em temperatura em função do curso do êmbolo pode ser visto no lado direito da figura (4.2).

Foi citada na nossa definição de uma compressão adiabática, que não perda ou ganho de calor pelo gás, e que este é o caso da compressão que ocorre dentro de uma arma de ar. Embora ocorra o aumento da temperatura do ar, este é devido apenas ao aumento da energia interna, e não a qualquer transferência de calor. Simplesmente não há tempo para uma transferência significativa ocorra!

Imagem
Figura 4.2 Gráfico da compressão adiabática.

Imagine o êmbolo estacionário na sua posição extrema para frente durante um tempo significativo, isto que iria produzir uma perda de calor através das paredes do cilindro, até que a temperatura do ar no interior do cilindro se torne igual à do ambiente circundante. Neste caso, a compressão não seria adiabática. À medida que a temperatura cai, a pressão cai, mesmo assumindo que não há vazamentos. A queda de pressão seria então, para um valor esperado a partir de uma compressão isotérmica da mesma magnitude.

Agora somos capazes de calcular a quantidade real de trabalho realizado sobre o ar quando este é comprimido pelo pistão.

Assim, utilizando-se a equação (3);

W = (P2 . V2 - P1 . V1) / (n-1)

Usando os valores anteriores para a pressão e volume:

P1 = 14,7 psi
V1 = 1,9635 pol cúbica
P2 = 1367 psi
V2 = 0,0785 pol cúbica
n = 1,408

W = {(1367 x 0,0785) - (14,7 x 1,9635)} / (1,408 - 1)

W = (107,3095 – 28,8635) / 0,408 = 78,446 / 0,408

W = 192,2696 polegadas.libras-força

W = (192,2692 / 12) ft.lbf = 16,0 ft.lbf

W = 21,7 Joules

Agora podemos ver que a energia total necessária para comprimir o ar em 1367 psi (94,25 bar) é de 16 ft.lbf (21.7 Joules). Esta deve, portanto, ser a quantidade total de energia contida a partir da pressão indicada. Deve-se, no entanto notar que nesta alta pressão, uma queda de apenas 64 psi, significa uma diminuição de um ft.lbf (1,3558 Joules) em energia.

Se o êmbolo se mantivesse nesta posição avançada, o total de 16 ft.lbf estariam disponíveis para impulsionar o projétil pelo cano, mas em vez disso, o êmbolo recua ("quica") a partir deste ponto, usando uma parte desta energia. A quantidade de energia utilizada pode ser calculada a partir das mesmas equações adiabáticas como antes, mas desta vez para uma expansão. Os cálculos são, no entanto, complicados pelo fato de que à medida que o êmbolo se move para trás, o projétil percorre o cano. Devemos, portanto, levar em conta o volume extra que está aumentando gradualmente atrás do projétil.

Se êmbolo recuar por uma distância de 0,4 polegadas (10,16 milímetros) a partir da extremidade do cilindro, e um projétil .22 neste tempo atingir uma distância de 7 polegadas (177,8 milímetros) medidos a partir da porta de transferência

Da equação (1)

P1 . (V1)**n = P2 . (V2)**n
n = 1,408
P2= 1367 psi
V2 = = 0,0785 pol cúbica
P1 = ?
V1 = Volume no cilindro + volume no cano

V1 = (Pi x 0,5**2 x 0,4) + (Pi x 0,11**2 x 7)
V1 = 0,3142 + 0,2661
V1 = 0,5803 pol cúbica

Isto posto,

P1 = 1367 x (0,5803)**1,408 = 1367 x (0,0785)**1,408

P1 = 1367 x (0,0785 / 0,5803)**1,408

P1 = 81,7565 psi

Esta é a pressão do sistema quando o pistão recuou e o projétil está a 7 polegadas do Transfer Port.

Agora, usando a equação para o trabalho realizado em ou por um gás, a equação (3)

W = (P2 . V2 - P1 . V1) / (n-1)

W = (1367 x 0,0785) – (81,7565 x 0,5803) / (1,408-1)

W = 146,7309 pol.lbf

W = 12,2 ft.lbf

W = 16,54 Joules

(Esta é a energia gerada pela expansão do ar)

Subtraindo-se estes 12,2 ft.lbf (16,54 Joules) do valor da energia total armazenada pela compressão do ar em 1367 psi (94,25 bar) que é de 16 ft.lbf (21.7 Joules), temos a quantidade de energia que permanece armazenada no ar comprimido, ou seja 3,8 ft.lbf (5,16 Joules).

Devemos agora considerar onde estes 12,2 ft. lbf (16,54 Joules) originados pelo recuo do êmbolo e deslocamento do projétil foram distribuídos. A partir da curva de energia de mola (Figura 2.1), pode-se determinar que 1,9 ft.lbf (2,58 Joules) foram utilizados na compressão da mola em 0,4 polegadas durante o recuo. Este valor foi efetivamente desperdiçado porque esta compressão da mola não serviu a nenhum propósito útil.

Sabemos também que quando o projétil se deslocou 7 polegadas através do cano, ele se moveu com uma velocidade correspondente a uma energia de 5,8 ft.lbf (7,86 Joules) (ver Figura 6.1). Assim, ficamos com 4,5 ft.lbf (6,10 Joules) que não temos sido capazes de explicar; vamos, no entanto, se esforçar para explicar esta perda depois, em termos de ondas de choque e afins.

Devido a limitação de número máximo de caracteres, a tradução será divida em 3 tópicos distintos.

Continuação no Tópico The Airgun Fron Trigger to Muzzle - Tradução Parte II

viewtopic.php?f=4&t=16203

Continuação no Tópico The Airgun Fron Trigger to Muzzle - Tradução Parte III

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Re: The Airgun from Trigger to Muzzle - Download

Mensagempor Mandarim » 24/06/2014 - 10:17:37

Tópico concluído com tradução do seguinte conteúdo:

Prefácio

Capítulo 1 - Introdução e Sequenciamento

Capítulo 2 - A Mola Helicoidal

Capítulo 3 - O Pistão (Êmbolo)

Capítulo 4 - O Ar
Editado pela última vez por Mandarim em 29/06/2014 - 12:41:02, num total de 1 vezes
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Re: The Airgun from Trigger to Muzzle - Download e Tradução

Mensagempor edgar minarello » 24/06/2014 - 19:40:26

Tudo isso por causa de um buraquinho de passagem __ __ ; de ar claro :lol: :lol:
Belo trabalho;
Parabéns !
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A saxon vem com o adaptador de recarga, o certificado e a faca que vem junto de fabrica?
ERIVALDO
18/09/2018 - 22:31:11
me manda mensagem no pv
maskote
13/09/2018 - 15:04:04
eu tenho fabiano pires
maskote
13/09/2018 - 15:03:52
Alguem vendendo luneta de visão noturna?
fabiano pires
11/09/2018 - 08:03:56
Cricket a venda ainda amigo
LucasCJ
08/09/2018 - 09:59:34
Crickey a venda ainda amigo
LucasCJ
08/09/2018 - 09:58:51
Boa noite Já vendeu a cricket amigo ?
clayrton
07/09/2018 - 20:33:31
Já vendeu a cricket amigo ?
clayrton
07/09/2018 - 10:23:24
CBC comando
Igor Velame
02/09/2018 - 18:02:41
Bom dia pessoal, vendo Artemis Cp2 viewtopic.php?f=3&t=25865
giovannilemes
30/08/2018 - 09:39:31
Alguém vendendo latão JSB EXACT HEAVY 5,5mm?????
Antonio Maia
28/08/2018 - 15:42:37
Bom Dia Amigos do site! Limpando o estoque, 2 caixas contendo 10 cilindros de CO2 12g da GAMO por apenas R$50! Chamar no whats 11 96910-0491
Davi_Ogata
06/08/2018 - 08:58:52
Vendo saldo de 17 cilindros 12g co2 e 1 tubo de óleo Pellgunoil da Crossman sobra de estoque, tudo por 100,00 reais
João Estevam
30/07/2018 - 15:41:16
Não poderia passar aqui e não deixar um abraço a todos!
Alexandre Bastos
25/07/2018 - 09:18:48
Marcelo Santos sumiu...sõ
Rui Saiki
21/07/2018 - 20:18:46
KKKKKKKKKKKKKKKKKKKK estou longe um tempão e quando entro olha só que lance fraco KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK
ferreiracampos
20/07/2018 - 13:02:21
o Nogueira é gay
Marcelo Santos
18/07/2018 - 20:06:48
Galera, estou voltando a atirar. Alguem sabe dizer se a mundilar ainda envia chumbos pro brasil, se compensa e se é taxado? E o Daniel Netby que vendia cilindros de portugal também, alguem sabe se ainda vende?
Thiago Cherulli
18/07/2018 - 18:36:05
meu cel: (21)9880-72129
lhauer
09/07/2018 - 21:11:02
ai galera, baixei os preços
elton
07/07/2018 - 11:40:40
se alguem puder ajudar ou tiver interesse
elton
02/07/2018 - 13:18:46
qualquer interesse manda zap 47 988348803
elton
02/07/2018 - 13:18:14
tenho tmbm uma hw 97
elton
02/07/2018 - 13:17:24
Obrigado amigo LuciselFelipe .
mazinhowaldemar
24/06/2018 - 19:20:47
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