Seleção de materiais: estudo de casos segundo a metodologia de ashby

Seleção de materiais: estudo de casos segundo a metodologia de ashby

(Parte 1 de 6)

1 RAYLLA GLLIAN SAMPAIO LIMA RIBEIRO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Pará Orientador: Prof.° MSc. Alacid do Socorro Siqueira Neves.

2 RAYLLA GLLIAN SAMPAIO LIMA RIBEIRO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Pará Orientador: Prof. MSc. Alacid do Socorro Siqueira Neves.

Banca examinadora:

Prof. MSc. Alacid do Socorro Siqueira Neves Universidade Federal do Pará

Prof. Dr. Múcio Marques Nóbrega Universidade Federal do Pará

Prof. Dr. Reginaldo Sabóia de Paiva Universidade Federal do Pará

Aos amores da minha vida, meus pais Neto e Deusa, meu irmão Rayan, e as caçulas Raika e Rany.

4 AGRADECIMENTOS

A Deus Pai, a Jesus Filho e ao Espírito Santo por mais uma etapa vencida, por terem me guiado e me carregado por todos os caminhos, me aconselhando em todas as escolhas, e por terem designado um Anjo para me acompanhar por todos os lugares.

Agradeço também por ter me dado uma família unida, amorosa e amiga, que sempre me apoiou nas minhas decisões, e deram forças nos meus fracassos e continuam me apoiando em todos os momentos da minha vida. Agradeço de coração, principalmente meus pais Neto e Deusa, que são exemplos de vida, perseverança e dedicação para mim. Ao meu irmão Rayan que morou comigo por anos e sempre me apoiou, sempre acreditou em mim, e hoje, mesmo distante continua me inspirando. A vocês meus amores obrigada, do fundo do meu coração. Que Deus nos ilumine cada dia de nossas vidas.

A todos os meus parentes que me deram força para obter essa vitória, em especial as minhas avós Leonília e Rita, duas grandes guerreira; meu padrinho José Sampaio grande engenheiro que me apoiou na minha escolha, minha madrinha Nininha grande mulher, e minha Tia Didi por ser sido e ainda ser uma grande amiga.

As famílias que me adotaram em Marabá, família Andrade: Emival, Janete,

Lucas e Bruno, que todos os dias me deram amor; família Portil: Pastora Sandra, Pastor Portil, Bruno, Radassa e Wendell; família Marcelo, Aline e Lara; família Paracampos: Tia Maria, Andinha e Thamires; vocês deram-me amor, carinho e os ótimos almoços de domingo. A Tia Sandra, Tio Léo, Dennys, David e Jéssica por torcerem e por acreditarem em mim.

Agradeço também a todos os meus amigos, que me acompanharam nessa jornada. Aos que estão ausentes e aos que estão presentes, aos que sempre me deram forças para conseguir enfrentar todos os obstáculos em minha vida. Em especial as minhas amigas ninjas da UFPA que me apoiaram aqui em Marabá. E uma pessoa especial que está distante, Jocinete, você sabe o quanto significa pra mim minha amiga. Ao trio, Deusimare, Lorrany e Laysse, pela amizade e pelas orações. Ao meu irmão torto Júnior e seu amor Leninha. Minhas duas grandes irmãs Joyce e Aninha. Amigos da faculdade, de infância, do dia-a-dia, da igreja, de Altamira, de Gurupi, dos estágios, vizinhos, a todos vocês obrigada por tudo que sempre fizeram por mim. Em especial aos de Pacajá que fazem parte da minha história, desde a minha partida em busca de meus estudos, obrigada aos professores da Aluísio Loch. E em especial Dona Nini minha alfabetizadora. A vocês agradeço com todo o amor e carinho que tenho.

Um agradecimento especial ao meu orientador, Professor Alacid, que me acolheu na hora mais difícil e acreditou na capacidade da realização de um bom trabalho. Pela paciência, amizade e principalmente a sabedoria que me foi concedida.

Aos professores Múcio Nóbrega e Reginaldo Sabóia, pelos quais tenho profunda admiração pela conduta, que estão sempre dispostos ajudar, e por terem aceitado o convite de participação da banca examinadora.

Aos demais professores que ajudaram na minha formação acadêmica.

A todos os funcionários do campus.

Agradeço a todos aqueles que direta ou indiretamente tem influência nesta vitória que Deus me concedeu. A cada um o meu MUITO OBRIGADA.

“As coisas têm peso

Massa, volume, tamanho

Tempo, forma, cor

Posição, textura, duração

Densidade, cheiro, valor

Consistência, profundidade

Contorno, temperatura

Função, aparência, preço

Destino, idade, sentido As coisas não tem paz”

Arnaldo Antunes

7 SUMÁRIO

RESUMO9
ABSTRACT10
LISTA DE FIGURAS1
LISTA DE TABELAS13
LISTA DE SIGLAS14
1 INTRODUÇÃO15
2 OBJETIVOS17
2.1 OBJETIVO GERAL17
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS17
3 PANORAMA EVOLUTIVO DOS MATERIAIS18
3.1 EVOLUÇÃO DOS PRODUTOS20
4 MATERIAIS DE ENGENHARIA E SUAS PROPRIEDADES29
4.1 MATERIAIS METÁLICOS30
4.1.1 Metais Ferrosos30
4.1.2 Metais Não-Ferrosos31
4.2 MATERIAIS CERÂMICOS31
4.2.1 Cerâmica Avançada32
4.2.2 Cerâmica Comum32
4.2.3 Vidros32
4.3 MATERIAIS POLIMÉRICOS3
4.3.1 Polímeros Termoplásticos3
4.3.2 Polímeros Termofixos3
4.3.3 Elastômeros34
4.4 MATERIAIS COMPÓSITOS34
4.5 SEMICONDUTORES35
4.6 BIOMATERIAIS35
4.7 MATERIAIS NATURAIS35
4.7.1 Fibras36
4.7.2 Madeiras36
4.7.3 Minerais36
5 CRITÉRIOS DE SELEÇÃO38
5.1 PROPRIEDADES DOS MATERIAIS39
5.1.1 Propriedades Mecânicas39
5.1.1.1 Ductilidade40
5.1.1.2 Dureza40
5.1.1.3 Limite de Resistência à Tração40
5.1.1.4 Limite de Escoamento41
5.1.1.6 Resiliência e Tenacidade42
5.1.1.7 Resistência à Fadiga42
5.1.1.8 Resistência ao Impacto43
5.1.1.9 Resistência à Fluência43
5.1.2 Propriedades Térmicas43
5.1.2.1 Calor Específico4
5.1.2.2 Calor Latente de Fusão4
5.1.2.3 Condutividade Térmica4
5.1.2.4 Expansão Térmica45
5.1.2.5 Ponto de Fusão45
5.1.3 Propriedades Físicas45
5.1.3.1 Absorção de Água45
5.1.3.2 Densidade46
5.1.3.3 Índice de Refração46
5.1.4 Propriedades Elétricas46
5.1.4.1 Condutividade Elétrica47
5.1.4.2 Resistividade47
5.1.4.3 Constante Dielétrica47
5.2 DISPONIBILIDADE E CUSTO48
6 RECURSO DE SELEÇÃO53
6.1 ÍNDICE DE MÉRITO54
6.1.1 Analisando um Estudo de Caso5
6.2 MAPAS DE PROPRIEDADES DE MATERIAIS57
7 ESTUDO DE CASOS63
7.1 METODOLOGIA63
7.2 INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS6
7.3 REVESTIMENTO DO SUPORTE DO CABIDE67
7.3.1 Descrição do Problema67
7.3.2 Descrição do Produto68
7.3.3 Critérios de Seleção68
7.3.4 Cálculos e Desenvolvimento69
7.3.5 Verificação no Mapa de Propriedades de Materiais72
7.3.6 Análise do Mapa e Seleção dos Materiais73
7.3.7 Resultados e Discussões74
7.4 ALAVANCA DO SACA-ROLHA81
7.4.1 Descrição do Problema81
7.4.2 Descrição do Produto82
7.4.3 Critérios de Seleção82
7.4.4 Cálculos e Desenvolvimento83
7.4.5 Verificação no Mapa de Propriedades de Materiais85
7.4.6 Análise do Mapa e Seleção dos Materiais86
7.4.7 Resultados e Discussões86
8 CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES8
8.1 CONCLUSÕES8
8.2 RECOMENDAÇÕES89

9 RESUMO

Referencia a importância da Seleção de Materiais devido ao surgimento contínuo de novos materiais e suas aplicações em novos contextos. Existem mais de 50.0 tipos de materiais à disposição de um profissional de engenharia (ASHBY, 2007) e selecioná-los sem uma sistemática adequada pode ser uma tarefa tão penosa quanto frustrante. Os procedimentos de seleção de materiais obedecem a múltiplos critérios, quando analisados individualmente cada critério pode ser levado a uma alternativa, entretanto, na prática formam um conjunto que devem ser satisfeitos simultaneamente. Com base em pesquisas e estudos de caso avalia a aplicação da seleção de materiais na inovação do desenvolvimento de produtos de maneira a atender aos requisitos exigidos na fabricação para uma dada qualidade industrial especificada. Através dos critérios de seleção evidencia um panorama evolutivo da escolha do material através dos Mapas de Propriedades de Ashby. Em suma, a proposta deste estudo é ser utilizado por estudantes ou simpatizantes da área que não tenham nenhum conhecimento anterior ao assunto, dando ênfase aos projetos desenvolvidos por Ashby.

Palavras-chave: Seleção de Materiais, Critérios de Seleção, Mapas de Propriedades de Ashby, Estudo de Caso.

10 ABSTRACT

Reference to the importance of the Materials Selection due to the continuous appearance of new materials and their applications in new contexts. Have more than 50.0 types of materials to an engineering professional's disposition (ASHBY, 2007) and to select them without an appropriate systematic it can be so painful as frustrating task. The procedures of materials selection obey multiple criteria, when individually analyzed each criterion can be taken to an alternative, however, in practice they form a group that should be satisfied simultaneously. Based in researches and case studies evaluates the application of the materials selection in the innovation of the development of products to assist to the requirements demanded in the production for a specified industrial quality. Through the selection resources it evidences an evolutionary panorama of the choice of the material through the Ashby's Properties Maps. In short, the proposal of this study is to be used by students or sympathetic of the area that don't have any previous knowledge to the subject, giving emphasis to the projects developed by Ashby.

Key-words: Materials Selection, Selections Criteria, Ashby’s Properties Maps, Case Studies.

1 LISTA DE FIGURAS

Figura 01 – A evolução da Engenharia de Materiais com o tempo19
Figura 02 – Heliópolis. Máquina de guerra movida à força muscular21
Figura 03 – Celerífero. Significa velocidade, marcha ou cavalo de duas rodas2
foi criada em madeira2
Figura 05 – Linha do Tempo. Evolução dos Materiais das Bicicletas23
Figura 06 – O design da bicicleta do futuro. Designer Scott Robertson24
Figura 07 – O design da bicicleta do futuro. Designer Scott Robertson24
Figura 08 – O design da bicicleta do futuro. Designer Harald Cramer24
Figura 09 – O design da bicicleta do futuro. Designer Alex Suvajac24
Figura 10 – Modelo de Bradford Waugh25
Figura 1 – Evolução dos ferros de passar roupa25
Figura 12 – Evolução das embalagens26
Figura 13 – Camadas da embalagem Longa Vida27
Figura 14 – Brindes reciclados28
Figura 15 – Cabide Reciclado28

Figura 04 – Drasiana do Barão de Von Drois. Primeira pedicleta dirigível que

polímeros (foto inferior)29

Figura 16 – Bebidas são comercializadas em latas - metal (foto superior), garrafas de vidro - cerâmico (foto central) e garrafas plásticas -

de Materiais51

Figura 17 – Relação entre Estrutura, Propriedades, Processamento e Aplicação

Figura 18 – Representação de um tirante submetido à um carregamento de

resistente do tirante5

tração de uma força F; Ao é a área da seção transversal

Figura 19 – Mapa de Propriedades dos Materiais relacionando módulo de

(σf) em função da densidade do material (ρ)59

Figura 20 – Mapa de Propriedades dos Materiais relacionando Resistência

a Temperatura σf (T) em função da Temperatura (T)61

Figura 21 – Mapa de Propriedades dos Materiais relacionando Resistência

Bicromatizado com Tubo de Papelão adesivado67

Figura 2 – Cabides de Arame de Aço com acabamento em Banho de Zinco

AUTOCAD com dimensões especificadas68
Figura 24 – Modelamento de esforços sofrido pela base do cabide69

Figura 23 – Imagem do cabide e do revestimento projetado no programa

Figura 25 – Mapa de Propriedades dos Materiais relacionando módulo de

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