Introdução ao Projeto Mecânico

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255 Elementos de Construção de Máquinas I Módulo 01
Módulo 01 - Introdução ao Projeto Mecânico
Os projetos mecânicos estão intimamente ligados a solução de problemas práticos, 
envolvendo quase sempre a construção de produtos. Projetar é uma tarefa complexa, que 
requer diversas habilidades. 
Um projeto é um processo iterativo com muitas fases interativas. Existem muitos 
recursos para apoiar o projetista, incluindo fontes de informação como a Internet e 
diversas ferramentas computacionais de projeto. Há funções a serem desempenhadas 
pelos códigos e padronizações, bem como uma economia sempre presente, além da 
segurança e de considerações de confiabilidade do produto. 
Assim, o foco do projeto deve estar destinado a questões de incerteza que sempre 
estiveram presentes nos projetos de engenharia, apesar dos métodos que foram 
desenvolvidos a partir do conhecimento crescente. É dada atenção especial a termos 
como tensão e resistência e à distinção entre fator de projeto e fator de segurança. A 
confiabilidade é considerada, assim como unidades, unidades preferenciais e cálculos. 
Os projetos consistem basicamente em formular um plano para a satisfação de 
uma necessidade específica quanto em solucionar um problema. Se tal plano resultar na 
criação de algo tendo uma realidade física, então o produto deverá ser funcional, seguro, 
confiável, competitivo, utilizável, manufaturável e mercável. Esses termos são definidos 
da seguinte forma: 
• Funcional. O produto deve apresentar um desempenho que atenda às 
necessidades e expectativas do consumidor, 
• Seguro. O produto não deve oferecer perigo ao usuário, a circunstantes ou a 
propriedades vizinhas. 
Perigos que não podem ser "evitados por projeto" devem se valer de anteparos 
(envoltórios protetores); se isso não for possível, informações apropriadas ou avisos 
devem ser fornecidos. 
• Confiável. Confiabilidade é a probabilidade condicional, a um determinado nível de 
confiança, de que o produto irá desempenhar sua função proposta 
satisfatoriamente, ou sem falhar a uma determinada idade. 
• Competitivo. O produto deve ser um forte competidor em seu mercado. 
• Utilizável. O produto deve ser "amigável ao usuário", acomodando-se a 
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especificações como tamanho, resistência, postura, alcance, força, potência e 
controle humanos. 
• Manufaturável. O produto deve ser reduzido a um número "mínimo" de 
componentes, adequados à produção em massa, com dimensões, distorção e 
resistência sob controle. 
• Comercial. O produto pode ser comprado, e serviços de assistência técnica devem 
estar disponíveis. 
É importante que o projetista comece sabendo como reconhecer uma alternativa 
satisfatória e como distinguir entre duas alternativas satisfatórias, a fim de identificar a 
melhor. A partir desse fundamento, estratégias de otimização poderão ser elaboradas e 
selecionadas. Logo, desdobram-se as seguintes tarefas: 
• Elaborar soluções alternativas. 
• Estabelecer parâmetros de desempenho. 
• Mediante análise e teste, simular e predizer o desempenho de cada alternativa, 
retendo as satisfatórias e descartando as insatisfatórias. Escolher a melhor 
alternativa satisfatória descoberta como uma aproximação ao ótimo. 
• Implementar o projeto. 
A caracterização de uma tarefa de projeto como um problema de projeto pode 
introduzir a ideia de que, sendo um problema, deve ter uma solução - o que nem sempre 
é verdade. O espaço de projeto pode ser vazio. Ademais, é possível que algumas 
situações simplesmente tenham de ser toleradas. A fim de compensar a ausência de 
soluções, alguma(s) restrição(ões) pode(m) ter de ser negociada(s) para que resoluções 
possam ser admitidas. Assim, uma vez mais, mesmo quando soluções são possíveis, o 
projetista pode não ser criativo ou inventivo o suficiente para concebê Ias Isso revela ao 
problema de projeto a necessidade de talento individual ou de habilidade nessa área. 
Normalmente há mais de uma solução, de modo que distinguir entre elas, a fim de 
escolher a melhor, pode requerer a habilidade de lidar com muitas soluções sem 
ficar abismado. Estas, caso existam, podem ser caracterizadas como 
satisfatórias, algumas melhores do que outras, outras claramente boas e uma, 
a melhor, assim determinada por algum critério. Pode também haver uma 
dependência temporal, de modo que o que é aceitável hoje pode não sê Io 
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amanhã e vice-versa. Projetar é um processo inovador e altamente iterativo. É 
também um processo de tomada de decisão. Decisões, algumas vezes, têm de 
ser tomadas com base em muito pouca informação, ocasionalmente com a 
quantidade certa de informação, ou mesmo com uma fartura de informações 
parcialmente contraditórias. 
Projetar é uma atividade de intensa comunicação em que palavras e desenhos são 
ambos utilizados, assim como formas orais e escritas. Os engenheiros têm de se 
comunicar efetivamente e trabalhar com pessoas de muitas disciplinas que podem saber 
mais ou menos do que eles. Essas são habilidades importantes, e o sucesso do 
engenheiro depende delas. As ferramentas de engenharia (matemática, estatística, 
computação, desenho e linguagem) são combinadas para produzir um plano que, quando 
levado a cabo, resulta em um produto funcional, seguro, confiável e competitivo. Entre 
suas bases disciplinares encontram-se a mecânica dos sólidos e fluidos, o transporte de 
massa e de momentum, além dos processos de manufatura e das teorias elétrica e de 
informação. O projeto de engenharia mecânica envolve todas as disciplinas da 
Engenharia Mecânica. Muitos problemas resistem à compartimentalização. Um simples 
mancal de deslizamento envolve fluxo de fluido, transferência de calor, fricção, transporte 
de energia, seleção de material, tratamentos termomecânicos, descrições estatísticas e 
assim por diante. Um edifício é controlado ambientalmente. As considerações referentes 
ao aquecimento, à ventilação e ao condicionamento de ar são de tal forma especializadas 
que há quem fale em projeto de aquecimento, ventilação e ar-condicionado como se isso 
fosse separado e distinto do projeto de engenharia mecânica. De maneira similar, o 
projeto de motor de combustão interna, o projeto de turbo maquinaria e o projeto de motor 
a jato são considerados, algumas vezes, entidades discretas. Os termos adjetivos que 
sucedem o vocábulo projeto são meramente um auxiliar descritivo do produto para o 
processo de comunicação. Há termos como projeto de máquinas, projeto de elementos de 
máquinas, projeto de componentes de máquinas, projeto de sistemas e projeto de 
potência dos fluidos. Todos são, de alguma forma, exemplos mais focados do projeto de 
engenharia mecânica. Dependem do mesmo corpo de conhecimento, são similarmente 
organizados e requerem habilidades semelhantes. 
O processo completo de projeto é de nosso interesse neste capítulo. Como ele 
começa? Simplesmente o engenheiro senta-se a uma mesa, com uma folha de papel em 
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branco, e anota algumas ideias? O que acontece a seguir? Que fatores influenciam ou 
controlam as decisões que têm de ser tomadas? Por fim, como esse processo de projeto 
termina? 
O processo completo de projeto, do início ao fim, é frequentemente delineado com 
o reconhecimento de uma necessidade e de uma decisão envolvendo fazer algo a 
respeito dela. Após muitas iterações, o processo termina com a apresentação dos planos 
para satisfazer a tal necessidade. Dependendo da natureza da tarefa de projeto, várias 
fases de projeto podem ser repetidas ao longo da vida do produto, desde sua concepçãoaté seu término. 
Considerações de Projeto :
Às vezes, a resistência requerida de um elemento em um sistema é um fator 
importante na determinação da geometria e das dimensões desse elemento. Em tal 
situação, dizemos que a resistência é uma consideração importante de projeto. Quando 
utilizamos a expressão consideração de projeto, estamos nos referindo a alguma 
característica que influencia o projeto do elemento ou, talvez, o sistema inteiro. 
Comumente, uma boa quantidade de tais características deve ser considerada em uma 
dada situação de projeto. Muitas das características importantes são como as que 
seguem (não necessariamente em ordem de importância): 
1. Funcionalidade 
2. Resistência/tensão 
3. Distorção/deflexão/rigidez 
4. Desgaste 
5. Corrosão 
6. Segurança 
7. Confiabilidade 
8. Fabricabilidade
9. Utilidade 
10.Custo 
11.Fricção 
12.Peso 
13.Vida 
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14.Barulho 
15.Estilo 
16.Forma 
17.Tamanho 
18.Controle 
19.Propriedades térmicas 
20.Superfície 
21.Lubrificação 
22.Mercantilidade 
23.Manutenção 
24.Volume 
25.Responsabilidade 
26.Refabricação e recuperação de recursos 
Algumas dessas características têm a ver diretamente com as dimensões, o 
material, o processamento e a junção dos elementos do sistema. Outras considerações 
afetam a configuração do sistema total. 
BIBLIOGRAFIA
1. Projeto de Engenharia Mecânica – SHIGLEY, J.E. – 2006 Ed. Bookman
1. Primeira Fase: Princípios da Engenharia
Os fundamentos do projeto
1.1 Escolha dos Materiais e a Determinação da Geometria 
1.2 Perspectivas de prevenção da falha 
Exercícios
1 - Conversão de Unidades 
O peso de um objeto é conhecido em libras força (lbf). Converta-o em unidades de 
massa nos sistemas (SI) ,cgs , fps , e ips.Tambem convertê-lo e libra massa (lbm).
Dados: O objeto esta no nível do mar e pesa = 4500 lbf
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Respostas:
Para o sistema fps m = 139,9 slugs
Para o sistema - ips m = 11,66 blobs
Para o sistema SI m =2040 kg
Para o sistema cgs m = 2,04E6 g
Para o sistema lbm m = 4500
2 - Considere que a carga máxima em uma estrutura é conhecida com uma incerteza de 
±20% e que a carga causadora da falha-me conhecida com uma incerteza de ±15%%. Se 
a carga que causa falha é normalmente de 200lbf , determine o fator de projeto e a carga 
máxima admissível que compensara as incertezas absolutas .
Resposta: Carga máxima admissível = 1400 lbf
3 - Uma barra reta de seção transversal retangular sob carregamento axial falhara em 
desempenhar sua função de projeto se o seu comprimento aumentar em 0,0060 polegada 
a mais. Deseja-se que o nível de tensões de operação na barra seja inferior `a metade do 
valor do limite de escoamento Syp >A barra e fabricada em aço 1040HR (Syp=42.000 psi 
) com comprimento de 12 polegadas .
Qual é o modo de falha dominante mais provável 
FIPTOL (é previsto ocorrer à falha)
Respostas
δf máximo ≥ δf permitido : 
FIPTOL 0,0084 ≥ 0,0060 ( Portanto é previsto ocorrer falha )
4 - Defina projeto de engenharia e discuta sobre cada conceito da definição.
5 - As fases da atividade de um projeto
6 - Diferencie tensão de deformação ( analise de tensões)
7 - O significado de ética na engenharia 
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8 - Quais as responsabilidades sociais e tecnológicas de um engenheiro
9 - Faça um diagrama de tensão / deformação para três materiais diferentes numa mesma 
escala indicando para cada caso:
9.1 - Caracterize cada matéria como dúctil ou frágil.
9.2 - Qual e o mais rígido?
9.3 - Qual tem o maior limite de ruptura ?
9.4 - Qual tem a maior energia de resiliência ?
9.5 - Qual tem a maior energia de tenacidade ?
10 - Metodologia de projeto ( indicando as fases)
10.1 - Formulação e calculo do problema
10.2 - Fatores que influenciam na determinação de um coeficiente de segurança 
11 - Faça um resumo dos critérios de resistência exemplificando.
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