Influência do diâmetro do Transfer Port (TP) - CBC Jade Mais 4,5mm

[Alberto José]

Este assunto foi estudado por G. V. Cardew et all em seu livro From Trigger to Muzzle, especificamente em seu capítulo 5

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

 

Seguem excertos deste importante capítulo

"A porta de transferência (“Transfer Port” – TP) é um furo de dimensões reduzidas, porém extremamente importante, que comunica o interior da câmara de pressão do cilindro, com o furo do cano. Esta passagem ao longo dos anos sofreu muitas mudanças de projeto, sendo construída em uma grande variedade de tamanhos e em ângulos para melhor se adaptar ao projeto da arma.

Ao pesquisar sobre este tema específico no rifle de ar, existem três principais variáveis a serem consideradas:

(1) O diâmetro do orifício

(2) O comprimento do orifício

(3) A forma do orifício

Antes de discutir estes pontos, vamos primeiro considerar exatamente o que acontece quando o ar passa através desta passagem. Quando o pistão cria uma pressão na frente dele, isso, obviamente, também aumenta atrás do projétil devido a existência do TP. No momento do pico de pressão no cilindro, o projétil então, deixa o seu alojamento e acelera se for um projétil bem ajustado. Imediatamente, atrás de si a pressão começa a cair, e o ar pressurizado contido no cilindro passa do TP para equilibrar a pressão o que cria um fluxo de ar a partir do cilindro em direção ao cano. Esta diferença de pressão deve ser mantida para preservar o fluxo de ar. Mas para manter a aceleração do projétil, o fluxo de ar deve aumentar necessariamente, e este só pode ser obtido devido a um aumento contínuo da diferença de pressão entre a zona imediatamente por trás da saia do projétil e no interior do cilindro.

Quando a pressão do TP do lado do cano cai para cerca de metade da pressão que ocorre no interior do cilindro, chega-se a uma condição conhecida como "fluxo crítico". Neste ponto, o fluxo de ar através do TP atinge uma velocidade constante, e não pode ser aumentada sem aumentar a pressão dentro do cilindro. Mas a pressão no cilindro já está a diminuir devido ao movimento de recuo do êmbolo e o movimento do projétil em direção à boca do cano, o que implica que o projétil já não pode receber uma maior aceleração. No entanto, este pode ser deslocado a uma velocidade constante, porque mesmo que já não seja possível aumentar o fluxo de ar, não significa que este tenha que necessariamente diminuir.

A única maneira de melhorar a velocidade do fluxo é aumentar o pico de pressão no cilindro ou, para manter a pressão existente por um mais longo de tempo, manter o êmbolo na sua posição avançada mais próxima do fim de curso. Já foram descritos os esforços feitos nesse sentido, mas é claro que isto é "mais fácil de dizer do que fazer”.

No momento em que o fluxo crítico é atingido, ondas de choque são formadas ao longo do TP; porque, sob estas condições, a velocidade do fluxo de ar é igual à do som devido à pressão e temperatura dentro do TP. O efeito, destas ondas de choque será discutido no capítulo sobre o desempenho. No entanto, neste momento, é suficiente estar ciente da sua ocorrência no TP.

Pelo exposto, deve ficar claro que é fundamental que a restrição seja a menor possível para diminuir o fluxo de ar, de modo que o projétil obtenha a máxima aceleração possível antes de ser atingida a condição de fluxo crítico.

...

A tabela seguinte lista os diâmetros de TP em conjunto com a velocidade média do projétil obtida para cada diâmetro. O calibre utilizado foi de 0,22 polegadas (5,5 mm).

A partir destes resultados fica claro que o diâmetro ótimo do TP, neste caso, é de cerca de 1/8 polegadas (3,175mm). Para ambos os diâmetros adjacentes a ele na tabela, a velocidade torna-se imediatamente inferior. Para os diâmetros inferiores este comportamento é facilmente compreensível, uma vez que um buraco menor oferece muito mais resistência do que um maior que permitem uma maior vazão do fluxo de ar. A razão para a queda de velocidade quando se utiliza um TP de diâmetro superior a 1/8 de polegada é menos facilmente compreendido. É provável que deste valor ótimo de diâmetro, uma quantidade inaceitável de "volume morto" seja produzido, o que resulta numa diminuição na pressão final, e, por conseguinte, uma redução na força de aceleração que atua atrás do projétil.

“Volume morto” é um termo que usamos para descrever o volume de ar contido no TP outros buracos ou recessos na cabeça do pistão. Tomando um caso extremo, para ilustrar este ponto, suponhamos que o volume morto resulte em uma fração significativa do volume total do espaço comprimido pelo êmbolo. Nesta situação, o êmbolo, pode acelerar e simplesmente “colidir” com o final do cilindro, uma vez que não haveria um acúmulo de pressão suficiente para freá-lo antes do impacto. Também, esta pressão pode não ser alta o suficiente para vencer o atrito do projétil no cano e dar início ao seu movimento. Note que diâmetro máximo testado foi de 11/64 de polegada, isto porque um aumento adicional resultou em “colisão” do pistão com a extremidade do cilindro."

Neste tópico, tentaremos reproduzir os resultados obtidos por G. V. Cardew et all quanto ao diâmetro ótimo da porta de transferência (Transfer Port - TP) na obtenção da velocidade máxima de uma carabina de pressão.

Utilizamos uma carabina Jade Mais calibre 4,5mm equipada com mola helicoidal original e retentor original e chumbo JSB Match Premium Series Light Weight 7,33 grains.

Estes chumbos são selecionados e inspecionados manualmente pela JSB.

Brocas longa 3,0mm e 3,175mm (1/8 polegada)

Jade Mais 4,5mm - à esquerda Transfer Port original (2,8mm) e à direita Transfer Port de 3,2mm

Detalhes sobre a mecânica da Jade Mais podem ser vistos no Tópico CBC JADE mais 4,5mm - Parte II - "Barrigada" (dissecando a JADE)

A Jade Mais possui as seguintes dimensões internas:

- diâmetro do cilindro (bore) - 26,7mm

- curso do êmbolo (stroke) - 70mm

- volume da câmara de compressão (V1) - 39,19317477 cm^₃

- diâmetro do TP - 2,8mm

- comprimento do TP - 21mm

- volume do TP (V2) - 0,129308 cm^₃

Relação V1/V2 (SCR) - 304

Peso total do êmbolo incluindo o contra peso (Top Hat) - 246 gramas.

Resultados obtidos em cronógrafo ProChrono Digital

Primeiro Ensaio - Porta de Transferência (Transfer Port - TP) com diâmetro de 2,8mm (diâmetro original)

Segundo Ensaio - Porta de Transferência (Transfer Port - TP) com diâmetro de 3,0mm (uso de broca longa 3,0mm)

Relação V1/V2 (SCR) - 265

Terceiro Ensaio - Porta de Transferência (Transfer Port - TP) com diâmetro de 3,2mm (uso de broca longa 1/8")

Relação V1/V2 (SCR) - 233

Conclusões: para a carabina Jade Mais no calibre 4,5mm, o diâmetro ótimo do Transfer Port é de 3,0mm o qual resultou em um acréscimo de 2% na velocidade na boca do cano para o chumbo utilizado. Qualitativamente ocorre também uma diminuição no recuo da carabina, devido a menor resistência do colchão de ar ocorrendo porém como efeito colateral, um aumento na "pancada" do êmbolo no final do curso.

Os resultados deste teste são consistentes com os valores obtidos por G.V. Cardew et all.

Bônus

Chrony Test com Mola Helicoidal da Cometa 220 Encamisada - Rolamento Axial de Esferas no pino centralizador da caixa de gatilho - Êmbolo sem contra peso (Top Hat) - Retentor original

Editado Julho 14, 2019 por Alberto José
Exumação das fotos e revisão do texto

[Full Throttle]

Bom dia,

 

O procedimento de teste caracterizou-se pela usinagem do orifício de restrição, transfer port, da carabina?

 

O Orifício possui algum ângulo na entrada e/ou saída ? se sim, foram mantidas estas características nos teste?

 

Obrigado

[Alberto José]

Bom dia,

 

O procedimento de teste caracterizou-se pela usinagem do orifício de restrição, transfer port, da carabina?

 

Resposta: Apenas uso de broca longa de 3,0mm e de 1/8 polegada. Ou seja, não tem retorno, esta é a razão pela qual não aumentamos o furo com broca de 3,4mm pois os resultados em 3,2mm já acusaram uma queda na velocidade para esta carabina. Talvez na Jade PRO, cujo volume da câmara é maior, o diâmetro ótimo se situe num patamar acima.

 

O Orifício possui algum ângulo na entrada e/ou saída ? se sim, foram mantidas estas características nos teste?

 

Resposta: a carabina Jade Mais, bem como a Jade PRO não possuem nenhum tipo de acabamento no "lead in" e no "lead out" do Transfer Port.

 

 

Obrigado

Editado Março 12, 2017 por Alberto José

[Doberman]

Ótimo post, muito interessante!

 

Gostei bastante, +1!

 

Abração

[EloiSousa]

Excelente post.

[R_Fritz]

Grande mestre, sempre nos impressionando.

 

Achei interessante que você levou até o limite de eliminar a quicada do embôlo no volume de ar a frente.

 

Você mostrou de forma prática o que já sabemos com algum tempo de experiência, de nada adianta GRs pesadíssimos (alta força) se a câmara e o transferport não dão conta de dar a vazão correta.

 

Perfeito mestre !!!

 

Um forte abraço.

Editado Março 13, 2017 por Raufemann Fritz

[R_Fritz]

Uma dúvida mestre, e se o transfer port fosse cônico? Mudaria alguma coisa? O lado de entrada maior que o de saída por exemplo?

[Alberto José]

Uma dúvida mestre, e se o transfer port fosse cônico? Mudaria alguma coisa? O lado de entrada maior que o de saída por exemplo?

 

Recomendo a leitura completa do Capítulo 5 - A Porta de Transferência (“Transfer Port”)

 

"De uma maneira semelhante, a maior parte das carabinas que analisamos tem uma aresta afiada na entrada do TP, uma vez que é simplesmente um furo perfurado por broca. Agora não há nada melhor do que uma curva fechada (ângulo agudo) para perturbar o fluxo de um fluido e causar redemoinhos, restringindo no nosso caso o fluxo de ar. Na verdade, seria correto dizer que uma curva fechada é o oposto de racionalização. A existência desta borda é, portanto, um elemento-chave do sistema, onde é provável que ocorra perda de energia.

Mais uma vez, a experiência prática foi o único método disponível a nós para investigar as perdas de energia no TP. Pegamos um dos falsos TP e usinamos a entrada em forma de boca de sino. Isto aumentou imediatamente a velocidade da arma experimental em 7 fps (2,13 m/s). Outras armas que foram modificadas desta maneira e produziram um melhor resultado do que esta, o que prova que a forma e o tamanho do TP é individual para cada arma.

Então, qual é melhor formato do TP? Bem, muitas vezes o projetista de uma arma de ar de ação por mola fica "entre o diabo e o profundo mar azul" nesta área. O que é necessário é o comprimento do TP o mais curto possível, com o diâmetro com uma boa captação (“lead-in”) do ar, e, uma superfície bem polida por toda extensão. Infelizmente, no entanto, nem sempre é possível, para o TP ser curto, sem perder a resistência física, nesta área, em especial nos modelos de cano basculante. A produção de uma boca de sino na extremidade de entrada da porta é um refinamento que não é encontrado frequentemente em carabinas produzidas em escala industrial. Do ponto de vista puramente teórico, o melhor formato para um TP seria uma boca de sino na entrada seguido de um venturi que se contrai no centro até um diâmetro ligeiramente menor do que o calibre da arma; em seguida, abre-se de novo para um diâmetro que correspondente com a boca de entrada para o furo do cano. No entanto, depois tanto esforço para construir tal dispositivo, ficamos decepcionados ao descobrir que as vantagens eram praticamente insignificantes."

Neste sentido, em julho de 2014, efetuei uma modificação no "lead in" de uma Rossi Dione Tradicional .

http://carabinasdear.com.br/caforum/index.php/topic/9651-rossi-dione-tradicional-45mm-tunning-e-chrony-test-10052015/?hl=%2Brossi+%2Bdione

Já vi fotos de retentores usados em carabinas de ar acionadas por mola, que revelam a existência de sulcos (canais) que convergem para o "lead in" do transfer port com a finalidade de canalizar o ar.

Editado Março 13, 2017 por Alberto José

[R_Fritz]

Obrigado mestre.

[geomarcelo]

+1 cruzeta!!!

[EVERTON BRASIL]

Muito bom !

já imprimi para guardar !

[Aurélio]

Opa.

 

A melhora é notada não só no aumento da velocidade, mas também no spread menor.

Obrigado por nos trazer mais este excelente tópico.

É gratificante ver a excelência dos seus experimentos comprovando estudos já realizados de forma objetiva, simples e didática.

Valeu, meu amigo.

Abs

[Mac]

Parabens pelo post amigo, estava justamente pensando sobre isso outro dia, aumentar a velocidade da carabina contrariando os que dizem que ela possui um limite imposto pelo tamanho do cilindro. Suas conclusoes me deixaram com uma duvida. Se formos ajustando o tamanho da passagem de ar da transfer port e ao mesmo tempo ao invez de mola de aço, fossemos colocando um GR com maior carga, teoricamente conseguiriamos passar uma maior quantidade de ar e ajustar uma maior pressao, ao passo que iria equilibrar ate o ponto crítico evitando o impacto do embulo no fim do cilindro e proporcionando ao mesmo tempo um VO maior para o projétil. Sendo que uma carabina que com gr de 45 kg estaria na sua potencia maxima com um trans port de 3.5mm poderia ter essa potencia aumentada significativamente com um gr de 55 kg e uma passagem de 4.2mm no transfer port( apenas um exemplo , sem conhecimento de quantidade de gr e do diametro da transfer port que apresentariam melhor resultado).

Obrigado por compartilhar o conhecimento amigo, grande abraço...

[Alberto José]

Fotos exumadas agora postadas no CA.

[Aurélio]

Opa.

Valeu pelo trabalho de exumação.

Seus posts são fonte de pesquisa e base para aquisição de conhecimento e, por isso, deveriam ter um tag do tipo "biblioteca" ou algo assim.

Abs