A19 Materiais, processos, e o ambiente. Design para o ambiente Design para a sustentabilidade

Transcrição

1 A19 Materiais, processos, e o ambiente Design para o ambiente Design para a sustentabilidade

2 Consumo de materiais A prática da engenharia consome vastas quantidades de materiais e está dependente da disponibilidade contínua destes notar a escala logarítmica! consumimos cerca de toneladas de materiais de engenharia por ano para calibração 9x10 9 toneladas de petróleo e carvão são consumidas como combustíveis os polímeros todos combinados aproximam-se do aço de notar o impacto dos materiais de construção os materiais apresentados (uma selecção dos cerca de materiais disponíveis), representam 99.9% do consumo em massa

3 O crescimento do consumo A maior parte dos materiais está a ser consumido em quantidades/ano que estão a aumentar exponencialmente no tempo a população e o rendimento médio estão a aumentar exponencialmente r é a taxa de crescimento anual em % O tempo de duplicação t D da taxa de consumo (quantidade/ano) é dada por (C/C 0 =2) O cenário actual é o de uma economia global cada vez mais dependente de um fornecimento de materiais, quase todos eles derivados de fontes não renováveis

4 O ciclo de vida dos materiais LCA: life-cyle analysis examina o ciclo de vida do produto e avalia em detalhe o impacto ambiental causado pelas várias fases da sua vida LCA é demorada e dispendiosa é possível usar um indicador como o consumo de energia ou produção de CO 2

5 Energia integrada e pegada de CO 2 (Embodied energy H m e CO 2 footprint) Embodied energy dum material é a energia necessária para criar 1 kg de material útil, medida em MJ/kg CO 2 footprint é a libertação de CO 2 associada, em kg/kg H m para a produção de PET H p para a produção de garrafas energia de processamento é a energia, em MJ, usada para dar forma, unir e acabar 1 kg de material para criar um componente ou produto

6 Reciclagem Utilizando as tecnologias actuais, o custo de reciclar plásticos é elevado e o preço obtido é baixo melhor para os metais

7 Reciclagem (dados de 2005)

8 Energia consumida das várias fases da vida de um produto As colunas indicam aproximadamente a H m (Mat.), H p (Manu.) a utilização da energia durante a vida do produto (Use) e a energia para disposal (Displ) Os produtos da fila de cima consomem energia como consequência do seu uso e a fase de utilização domina a energia consumida na vida do produto Os produtos da fila de baixo implicam uma utilização intensiva de materiais neste caso é a energia embebida no material que domina

9 Energia H m por peso nesta medida, os polímeros são mais energy-intensive que muitos metais

10 Energia H m por volume Que medida devemos escolher para fazer comparações com significado se quisermos minimizar a energia embebida num dado produto? vamos minimizar a embodied energy por unidade de função

11 Mapas de propriedades para embodied energy em projecto estrutural Nota: equivalente do mapa E-ρ apresentado no estudo das propriedades mecânicas

12 Mapas de propriedades para embodied energy em projecto estrutural Nota: equivalente do mapa σ y -ρ apresentado no estudo das propriedades mecânicas

13 Projecto: seleccionar materiais para eco-design

14 Um caso: barreiras para colisões em automóveis Barreira estática: fases dominantes da vida do produto em termos de energia são as da produção do material e de fabrico Barreira ligada a um objecto que se move: contribui para o peso e portanto para o consumo de combustível a fase dominante aqui é a da utilização A função da barreira é a de transferir carga do ponto de impacto para a estrutura de suporte, onde a reacção do suporte a absorve. Para fazer isto a barreira tem de ter resistência mecânica adequada, σ y, e a capacidade de ser dada forma e ser unida economicamente,e reciclavel. Para o pára-choques do carro Para a barreira estática

15 Barreira móvel Neste caso, estamos à procura de resistência com baixo peso. CFRP são excelentes, mas não são recicláveis. Ligas de Mg, Ti e Al são mais pesadas, mas recicláveis. Os cerâmicos são excluídos pela sua fragilidade, e pela dificuldade em dar-lhes formas complexas e uni-los a outros materiais

16 Barreira estática Procuramos resistência mecânica com baixa utilização de energia deixando de parte os cerâmicos devido à sua fragilidade, utilizar aço-carbono, ferro fundido ou madeira.

17 Miniprojectos Materiais Sala PA2 Dia 1: 2008/6/4 10:00-10:20 Grupo 8 Materiais sobre a cobertura (parte exterior) de um submarino 10:20-10:40 Grupo 7 Prancha de saltos de piscina 10:40-11:00 Grupo 3 Vara utilizada no atletismo para o salto à vara 11:20-11:40 Grupo 1 Novos materiais texteis 11:40-12:00 Grupo 9 Luva para aplicações em medicina Dia 2: 2008/6/9 10:00-10:20 Grupo 4 10:20-10:40 Grupo 5 Pele artificial para próteses de braços e pernas 10:40-11:00 Grupo 2 Torneira de uso doméstico 11:20-11:40 Grupo 6 Brocas para exploração petrolífera 11:40-12:00 Grupo 11 Mola para prender a roupa Por favor completar tópicos/escolher dia Todos os estudantes devem assistir às apresentações Os grupos devem trazer a apresentação 10 min antes do início da série para carregar no computador apresentação min (max.) e 5 min de discussão

18 Próximas aulas Processamento dos materiais [relação estrutura-propriedades-processamento] Interacções materiais-pessoas (A20, dia 29 de Maio) Micro e nanofabricação (A21, dia 30 de Maio) última aula teórica As aulas práticas P12 (semana de 26 de Maio) e P13 (semana de 2 de Junho) serão dedicadas a apoio à preparação do miniprojecto. Miniprojectos datas: quarta-feira, dia 4 de Junho, de manhã, e segundafeira, dia 9 de Junho, de manhã. Sala PA2, início às 10h. Ver regularmente informação actualizada sobre a disciplina na página do fénix