Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 1

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1 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 1

2 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 2 O que é a Química? A química é o estudo da matéria e das suas interações com outra matéria e com a energia. A química é uma ciência muito dinâmica, em transformação constante, que procura responder a inúmeras solicitações da Sociedade, tais como as variações climáticas globais, a destruição da camada de ozônio, os desastres ecológicos criados pelo homem, as doenças mortais, a produção de novos materiais (polímeros, cerâmicas, fibras, ligas, etc..).

3 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 3 DESAFIO DA QUÍMICA NOVOS MATERIAIS melhores propriedades (materiais inteligentes com propriedades especiais elétricas, mecânica, magnéticas); aumento da eco-eficiencia (bio-degradáveis); novas aplicações em energia, saúde (materiais bio-compatíveis), transporte, comunicações, eletrônica, segurança, alimentação, agroindústria, cosméticos, etc.

4 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 4 A Química e as Ciências Exactas, Naturais e de Engenharia QUÍMICA Engenharia Química Química Nuclear Química Física Engenharia Geologia Medicina Física Geoquímica Bioquímica Ciência dos Materiais Agricultura Biologia Astronomia

5 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 5 Fábrica de Combustíveis da Petrogal - Matosinhos, capacidade ton/dia Produtos: Enxofre, propano, butano, gasolinas, refinados, nafta química, éter de petróleo, petróleo, gasóleo, fuelóleo

6 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 6 Materiais para a indústria química Objetivos da disciplina estudar as propriedades e estruturas que atribuem diferentes características aos materiais de engenharia; estudar a natureza de materiais metálicos, poliméricos e cerâmicos; adquirir habilidade na seleção de materiais para equipamentos de processos de indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, de alimentos e correlatas.

7 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 7 FAMÍLIAS DE MATERIAIS DE ENGENHARIA METAIS POLIMEROS CERÂMICOS COMPÓSITOS ELASTÓMEROS VIDROS

8 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 8 EVOLUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DOS MATERIAIS

9 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 9 DENTRO DE CADA FAMÍLIA EXISTEM AINDA SUB-GRUPOS FAMÍLIA CERÂMICOS CLASSE AÇOS SUB-CLASSE MEMBRO 5005-O 5005-H4 ATRIBUTO DENSIDADE MÓDULO VIDROS METAIS LIGAS AL LIGAS CU H RESISTÊNCIA TENACIDADE CONDUTIVI.-T POLÍMEROS ELASTÓMEROS LIGAS TI LIGAS NI H H4 EXPANSÃO-T RESISTIVIDADE CUSTO COMPÓSITOS LIGAS ZN H2 CORROSÃO OXIDAÇÃO

10 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 10 COMPÓSITOS CERÂMICOS METAIS POLÍMEROS

11 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 11 Massa específica para diversos grupos de materiais 100 DENSIDADE [ton/m^3] Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

12 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 12 Resistência mecânica para diversos grupos de materiais RESISTÊNCIA [MPa] Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

13 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 13 Resistência específica para diversos grupos de materiais RESISTÊNCIA ESPECÍFICA [MPa.m^3/ton] Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

14 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 14 Ordenação de diversos materiais pela sua resistência e pela sua resistência específica Resistência, σ Ranking Densidade, ρ σ/ρ Ranking FAMÍLIA / TIPO MEMBRO [MPa] resistência [kg/m^3] [mm] σ/ρ Fibras Aramid Fibras Carbono HS Fibras Vidro S Fibras Vidro E Fibras Carbono HM Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( ) Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( ) Metais Titânio 6Al-4V Metais Níquel Inconel X Metais Aluminio 2024-T Metais Aço AISI Madeiras Balsa ( ) Madeiras Pinho ( ) Termoplásticos Nylon Termoplásticos ABS Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( _ ) Termoendureciveis Epoxy Metais Aço AISI Termoendureciveis Poliester Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( _ )

15 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 15 Rigidez para diversos grupos de materiais RIGIDEZ [GPa] ,1 0,01 Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

16 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 16 Rigidez específica para diversos grupos de materiais RIGIDEZ ESPECÍFICA [GPa.m^3/ton] Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

17 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 17 Ordenação de diversos materiais pela sua rigidez e pela sua rigidez específica FAMÍLIA / TIPO MEMBRO Ranking Rigidez, E Ranking Densidade, ρ Ε/ρ Ranking σ/ρ [GPa] rigidez [kg/m^3] [mm] Ε/ρ Fibras Carbono HM Fibras Carbono HS Fibras Aramid Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( ) Fibras Vidro S Fibras Vidro E Metais Aço AISI Metais Aço AISI Metais Aluminio 2024-T Metais Níquel Inconel X Metais Titânio 6Al-4V Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( ) Madeiras Balsa ( ) Madeiras Pinho ( ) Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( _ ) Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( _ ) Termoplásticos Nylon Termoendureciveis Poliester Termoplásticos ABS Termoendureciveis Epoxy

18 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 18 Custo relativo por unidade de volume para diversos grupos de materiais CUSTO RELATIVO (POR UNIDADE DE VOLUME) [ton/m^3] ,1 Espumas poliméricas Madeiras Elastómeros Polímeros estruturais Compósitos de fibras porosos avançados Ligas metálicas

19 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 19 QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM? Entre e diferentes, contando as variantes de tratamento térmico e composição de cada material COMO ESCOLHER??

20 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 20 Custo por kg de material

21 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 21 Custo por kg de produto acabado

22 Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges DEMAR/EEL/USP Introdução 22