Material: A B? Projeto de uma garra para movimentação de toras de madeira

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1 Universidade Federal do Paraná Curso de Engenharia Industrial Madeireira ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS I AT-096 M.Sc. Alan Sulato de Andrade alansulato@ufpr.br 1

2 INTRODUÇÃO: Todos os projetos um dia terão que ser construídos, senão perde-se o sentido de se projetar. Uma etapa importante dos projetos é quanto a seleção dos materiais. Material: A B? Projeto de uma garra para movimentação de toras de madeira INTRODUÇÃO: Na construção de componentes específicos ou máquinas complexas é necessário a utilização de alguns materiais. Desta forma, o conhecimento aprofundado destes materiais se torna indispensável. Dentre os principiais materiais utilizados estão: Não-metálicos, Metálicos. 2

3 NÃO-METÁLICOS: Sua utilização vem aumentando muito nos últimos anos. As principais vantagens buscadas são, baixo peso, resistência a corrosão, resistência a alta temperatura, resistência dielétrica e relativa facilidade de fabricação. NÃO-METÁLICOS: O custo pode variar muito comparado aos metais. Existe basicamente três categorias gerais de materiais não-metálicos de interesse geral: Polímeros, Cerâmicas, Compósitos. Outros. 3

4 NÃO-METÁLICOS: A palavra polímero significa muitas partes. Os polímeros são moléculas orgânicas de cadeias muito longas baseadas em moléculas de carbono. Podendo ser naturais ou artificiais (sintetizados). NÃO-METÁLICOS: Exemplo da distribuição das cadeias que formam um polímero 4

5 NÃO-METÁLICOS: NATURAIS São os polímeros encontrados na natureza, não havendo a intervenção do homem na sua síntese. NÃO-METÁLICOS: NATURAIS Lignina Celulose Madeira, material orgânico composto basicamente por celulose e lignina, ambas polímeros naturais. 5

6 NÃO-METÁLICOS: NATURAIS Outros polímeros naturais: Cera, Borracha natural, Proteínas. NÃO-METÁLICOS: ARTIFICIAIS Grande parte dos polímeros utilizados hoje nos projetos são sintetizados pelo homem. Suas propriedades podem ser feitas sob medida em uma larga faixa por copolimerização com outros compostos ou pela formação de ligas com dois ou mais polímeros. 6

7 NÃO-METÁLICOS: ARTIFICIAIS Produção de Polietileno a partir do petróleo NÃO-METÁLICOS: ARTIFICIAIS Teflon - politetrafluoroetileno 7

8 NÃO-METÁLICOS: Os polímeros podem ser classificados em duas classes: Termoplásticos, Termofixos (ou Termorígidos). NÃO-METÁLICOS: Termoplásticos São mais flexíveis e podem ser repetidamente fundidos e solidificados. Termofixos (ou Termorígidos). Devido a ocorrência de ligações cruzadas, são mais resistentes e mais rígidos. 8

9 NÃO-METÁLICOS: Termoplásticos Ex.: Celulósicos, etilênicos, poliamidas, poliacetados, policarbonatos, Termofixos (ou Termorígidos). Ex.: Aminas, elastômeros, epóxis, fenólicos, poliésteres, silicones, uretanos. NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS Estes materiais estão cada vez mais sendo utilizados na área de engenharia. As cerâmicas de engenharia são tipicamente, compostas de elementos metálicos e não metálicos. Podem ser óxidos simples de um metal, misturas de óxidos metálicos, carbetos, boretos, nitretos entre outros. 9

10 Para ajudar a proteger sua privacidade, o PowerPoint impediu o download automático desta imagem externa. Para baixar e exibir esta imagem, clique em Opções na Barra de Mensagens e clique em Habilitar conteúdo externo. NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS As principais propriedades destes materiais são: alta resistência à compressão, dureza elevada, resistência química e à altas temperaturas entre outras. Normalmente são formados por compactação de pó e então queimados, ou sintetizados para formar ligações. NÃO-METÁLICOS: CERÂMICAS Uma das etapas de produção da cerâmica e sua utilização em um dispositivo para secagem de folhas de papel 10

11 NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS São materiais normalmente feitos pelo homem, consiste na combinação de algum material resistente e fibroso como fibras de vidro, carbono, ou boro coladas entre si em uma matriz de resina como epóxi ou poliéster. Existe um composto natural muito importante: A madeira! NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS Podem apresentar diversas características em função de sua composição. Entre as principais características as que mais se destacam são a resistência e o peso reduzido. 11

12 NÃO-METÁLICOS: COMPÓSITOS Exemplo de utilizações de composto de fibra de carbono e fibra de vidro METÁLICOS: Os metais constituem o mais importante grupo de materiais de construção devido à variedade de aplicações. O seu emprego crescente deve-se principalmente ao contínuo conhecimento que se tem adquirido de suas propriedades e do seu comportamento sob diversas condições de serviço. Somando a estes, destaca-se o aperfeiçoamento das técnicas de fabricação e do tratamento e o desenvolvimento de novas ligas metálicas. 12

13 METÁLICOS: O metal mais empregado hoje é ainda o ferro e suas ligas, contudo outros metais como o alumínio, cobre, chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio são utilizados ou mesmo imprescindíveis em muitas aplicações. Outros metais como o cromo, tungstênio (filamentos de lâmpadas), titânio (prótese de válvulas cardíacas e de fémur, implantes dentários, etc) também merecem destaque. METÁLICOS: Alguns metais se apresentam no estado puro na natureza, mas a maioria se apresenta combinado com outros elementos. Esses elementos combinados constituem os chamados minerais. Esses minerais podem ser encontrados isolados na superfície da terra ou em conjunto com outros minerais. Chama-se "minério" os minerais dos quais se podem extrair os metais, sendo que quando se apresentam em quantidades que permitem serem explorados economicamente formam as chamados "depósitos" ou ''jazidas". 13

14 METÁLICOS: Forma pura e combinada dos minerais, sendo estes encontrados em jazidas METÁLICOS: Processamento do minério visando a conversão do metal puro ou liga 14

15 METÁLICOS: Formas comerciais de materiais metálicos METÁLICOS: Uma definição simples para metal é a que considera esse elemento "uma substância química elementar com boa condutibilidade térmica e dielétrica, podendo ser opaca, lustrosa (refletora de luz) quando devidamente polida". Os metais também se caracterizam por apresentarem certo grau de ductibilidade e plasticidade e de serem mais pesados que outras substâncias elementares. 15

16 METÁLICOS: Do ponto de vista prático, as propriedades que tem maior importância na engenharia são as mecânicas, aquelas que estão relacionadas com a resistência que os materiais oferecem quando são solicitados por tração, compressão, torção, choque entre outras. Estas características são levadas em conta quando se projetada qualquer tipo de estrutura. METÁLICOS: O tipo de material metálico a ser utilizado na fabricação de um determinado produto vai depender de diversos condicionantes do projeto. Entre estes pode-se destacar: a função do produto ou de uma parte componente deste produto, as propriedades e características do metal para que suportem os esforços e condições de uso do produto, os fatores de ordem econômica de forma a se tornar viável a fabricação deste produto com o metal que esta sendo especificado, entre outros. 16

17 METÁLICOS: De forma geral, os metais podem ser classificados em: Ferrosos e Não-ferrosos. METÁLICOS: METAIS FERROSOS Basicamente são os Aços e Ferros fundidos. Os metais ferrosos em sua maioria são ligas de Ferro e Carbono. Aços se caracterizam por possuir uma porcentagem de Carbono em suas ligas entre 0,008% e 2%. Os Ferros Fundidos possuem uma porcentagem de Carbono superior à 2%. 17

18 METÁLICOS: METAIS FERROSOS Partes construídas com metais ferrosos METÁLICOS: METAIS NÃO-FERROSOS São metais que possuem em sua composição apenas átomos de Alumínio, Cobre, Zinco, Estanho, Níquel, Magnésio, entre outros. Existe a possibilidade de produzir ligas destes materiais. 18

19 METÁLICOS: METAIS NÃO-FERROSOS Exemplos de utilização de alumínio, cobre e uma liga de magnésio na produção de elementos e máquinas : Desafio: Buscar 3 polímeros naturais e 3 artificiais utilizados em projetos de máquinas. Propor o tipo de material a ser utilizado nas seguintes situações: Estrutura residencial e industrial, buscando priorizar o conforto térmico e acústico. Peças de motores automotivos, Partes componentes de um planador, Partes componentes de um foguete espacial. 19