Atividade 3 - Seleção de Materiais docx

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RICARDO BRANDAO
148107
FÁBIO AUGUSTO PASSOS ALMEIDA
148395
Atividade 3: Seleção de materiais para cadeiras
Etapa 1: Construção de uma cadeira que possa suportar pessoas de até 130 kg (1300 N) por cerca de
2 horas, assim foram pesquisados 4 materiais referente ao assento/encosto e estrutura do produto.
As necessidades que foram julgadas válidas para dimensionamento do projeto foram: sensação
térmica agradável, assento/encosto com curvas que proporcionem boa ergonomia, uma boa
relação custo-benefício e leveza.
Dentro dessas necessidades exigidas, a seleção dos respectivos materiais levou-se em conta as
seguintes propriedades:
● Sensação térmica agradável: Para
garantir tal comodidade deve-se levar
em consideração a principal
propriedade que é a relação entre a
troca de calor do usuário com o
material, levando assim em conta a
condutividade térmica do material
que também necessita de um calor
específico não tão baixo a fim de que
o material não adquira tão facilmente
os níveis de temperatura dos
ambientes sendo elas ou muito
elevados ou reduzidas, não realize
uma rápida absorção de calor do
usuário e principalmente que o
material se comporte como sólido nas
temperaturas que são consideradas de
uso padrão.
● Assento/encosto: Para que a cadeira,
essa formado pelo componente 2,
proporcione uma boa ergonomia ao
usuário, levando em conta a sensação
térmica agradável relatada acima, os
materiais indicados são os que
oferecem um baixo módulo de
elasticidade e pouca fragilidade, a
fim de que seja macio e mesmo assim
ainda resista a tensão mínima atrelada
ao margem estipulada pelo problema
(130 kg), sendo ainda assim flexíveis
porém resistentes ao ponto de não
sofrerem deformações extremas dado
o carregamento(Material tenaz).
● Relação custo benefício: A seleção
dos componentes 1 e 2 deve respeitar
tanto as características de conforto
quanto durabilidade e praticidade,
sendo assim, os materiais devem ser
selecionado levando em conta sua
relação Utilidade X Custo/massa,
logo é necessária uma análise
complexa a fim de encontrar os
materiais que assim se classificam a
situação apresentada.
● Leveza: O principal fator a ser
pensado neste quesito é a relação
resistência X densidade, onde nem
sempre o material com melhor custo
benefício atenderá esta relação,
porém devemos levar em conta o
melhor material que consiga atender
de melhor forma as necessidades
apontadas, visto que leveza foi
considerado um dos pilares do
produto.
● Por fim, o componente 3 deve ser
selecionado de forma que não afete
as seguintes características
apresentadas acima e tenha um bom
desempenho/ custo benéfico, além de
promover a fixação dos componentes
de maneira correta.
Etapa 2: Os diagramas apresentados a seguir, foram selecionados a fim de proporcionar uma melhor
leitura das necessidade apontadas na ETAPA 1, e facilitar a escolha dos componentes 1 e 2, são eles:
Diagrama resistência-densidade, Diagrama módulo-densidade, Tenacidade à fratura-módulo
Figura 1: Diagrama resistência-densidade Figura 2: Diagrama módulo-densidade
Fonte: FONTE: ASHBY, Michael [1] Fonte: FONTE: ASHBY, Michael [1].
Figura 3: Tenacidade à fratura-módulo Fonte: FONTE: ASHBY, Michael [1].
 A partir dos diagramas podemos analisar a relação entre a densidade e o módulo elástico de
diferentes materiais, também a relação entre resistência e densidade, levando em conta as
características ressaltadas na etapa 1. As espumas poliméricas são adequadas às
características do componente 2, levando em consideração sua baixa densidade e, também
possui baixa resistência o que gera conforto associado com seu módulo elástico baixo.
 Já o componente 1, podemos procurar por materiais de alta resistência, alto módulo de
Young, e tenacidade, juntamente com uma flexibilidade e leveza, Logo ao procurar por
essas características nos diagramas, levamos em conta os materiais poliméricos e as ligas de
alumínio pois possuem uma densidade menor que os materiais cerâmicos e metálicos, além
de um bom módulo elástico, boa resistência e boa tenacidade à fratura. Essas características,
portanto, garantem um pouco da leveza, resistência e flexibilidade requisitadas para o
produto.
 Agora, já que foram levadas em conta as características de resistência e conforto, para
finalizar a escolha do material, devemos então levar em conta sua condutividade térmica e
custo, logo foram selecionados os seguinte diagramas: Diagrama condutividade térmica-
difusividade térmica e Diagrama preço-massa logo abaixo.
Figura 4: Diagrama condutividade térmica X Figura 5: Diagrama preço-massa.
Difusividade térmica
Fonte: ASHBY, Michael [1]. Fonte: ASHBY, Michael [1].
 De modo a certificar que os materiais selecionados pelos primeiros diagramas também são
condizentes com as demais características, notamos que os materiais poliméricos possuem as
características ideias para o componente 1, já o alumínio apresenta uma condutividade
térmica elevada, já que é um metal, porém para o componente 1 é bem viável pois não entra
em contato direto com o usuário no caso da utilização das espumas selecionadas acima, e
suas capacidades caloríficas não vão interferir negativamente, sendo ambos materiais de
custo por massa parecidos, o que os torna uma excelente escolha.
Etapa 3: Partindo então da análise dos diagramas mostrados acima, foram selecionados 4
materiais para o componente 1 e 4 materiais para o componente 2, sendo eles os seguintes:
Componente 1: Liga de alumínio 6063, Liga de alumínio 6351, polietileno de alta
densidade, polipropileno.
Componente 2: espuma de poliuretano de baixa densidade flexível, espuma de poliuretano
viscoelástica, espuma de silicone e espuma de polietileno misturável à mão.
Etapa 4: Já com os quatro materiais possíveis de serem usados em cada componente
separados, as suas respectivas propriedades gerais, térmicas e mecânicas foram organizadas na tabela
abaixo. Numerados de 1 a 4, sendo 1 o mais viável e 4 o menos.
Etapa 5: Sobre o processamento dos materiais do componente 1, temos o poliuretano e o polietileno
de alta densidade que são dois polímeros que podem ser injetados eletronicamente em um molde no
formato desejado. Esse processo facilita a construção, controle de produção e qualidade do produto,
além de já ser utilizado atualmente. Já as ligas de alumínio, após a fusão do alumínio com algum
elemento, o metal líquido é vazado em moldes. Após desmoldados, esses materiais servem como
primeira etapa para criar qualquer peça de alumínio e podem ser confeccionados em diversos
tamanhos. Feito isso, a liga de alumínio pode ser submetida a um processo de laminação, com redução
da espessura a partir da passagem do bloco por rolos laminadores. Assim, o resultado é uma placa de
alumínio mais alongada e homogênea.
Já as espumas, normalmente, são utilizadas nas confecções dos colchões, travesseiros,
esponjas de banho e cozinha que são produzidos, basicamente, por duas matérias primas: o TDI
(Tolueno Dissocianato de Metila) e o Poliol, ambos com aspecto cristalino e derivadas do petróleo,
sendo o Poliol mais viscoso.
Além destes ingredientes são acrescentados ainda
estabilizadores, tais como: silicone, estanho, corantes, etc.
Todos os ingredientes são colocados em uma batedeira, onde são misturados por alguns
segundos. Em seguida, a mistura é colocada em uma forma que, por uma reação química, depois de
um certo tempo torna-se uma espuma sólida.
Agora para o componente 3, deve-se levar em conta a união dos componentes 1 e 2, sendo
assim, a melhor forma de executar seria por meio de uma cola de contato, que faria a adesão do
material de espuma tanto com os materiais poliméricos quanto as ligas de alumínio, sendo o menos
agressivo possível com as espumas.
Já para montagem estrutural da cadeira, caso sejam utilizados apenas os polímeros, pode
ocorrer a extrusão da peça em seu formato final, ou a injeção em moldes.
Para o caso de utilização do alumínio, durante a usinagem devem ser levados em conta os
meios de fixação, assimparafusos e rebites podem realizar essa união.
https://usibronze.com.br/aluminio/
https://usibronze.com.br/aluminio/
https://usibronze.com.br/aluminio/
https://usibronze.com.br/aluminio/
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Tolueno_Dissocianato_de_Metila&action=edit&redlink=1
https://pt.wikipedia.org/wiki/Poliol
https://pt.wikipedia.org/wiki/Cristalino
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Derivadas_do_petr%C3%B3leo&action=edit&redlink=1
https://pt.wikipedia.org/wiki/Viscoso
https://pt.wikipedia.org/wiki/Silicone
https://pt.wikipedia.org/wiki/Estanho
https://pt.wikipedia.org/wiki/Corantes
Etapa 6 : Referências
[1] ASHBY, Michael. Seleção de materiais no projeto mecânico. Rio de Janeiro
GEN LTC 2018 1 recurso online ISBN 9788595153394.
[2] Liga de alumínio 6063, preço:
https://m.made-in-china.com/search/product?word=Aluminium+6063
[3] Liga de alumínio 6351, preço:
https://m.made-in-china.com/search/product?word=Aluminium+6351
[4] Ligas de alumínio comerciais:
https://shockmetais.com.br/tabelas/alu
minio/plig
[5] Liga de alumínio 6063 informações e propriedades:
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?MatGUID=333b3a557aeb49b2b17266558
e5d0dc0
[6] Liga de alumínio 6351 informações e propriedades:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=36bdc523d25b4d738dabbe3f
434bb69f
[7] Polipropileno, Propriedades e informações:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=08fb0f47ef7e454fbf7092517
b2264b2
[8] Propriedades do polietileno de alta densidade, Propriedades e informações:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=fce23f90005d4fbe8e12a1bce
53ebdc8
[9] Propriedades do polietileno de alta densidade: https://incomplast.com.br/polietileno-pead/
[10] Propriedades da Espuma de Poliuretano de Baixa Densidade Flexível:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=808ae4b527e84ef6ab968b24
ba37abc9
[11][11]
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=808ae4b527e84ef6ab968b24ba37a
bc9
[12] Preço de espuma de poliuretano
visco elástica:
https://www.softspuma.com.br/espuma-visc
oelastico
[13] Preço de espuma de poliuretano:
https://www.focuspoliuretano.com.br/produto/placas-de-poliuretano/placa-de-espuma-de-
poliuretano
[14] Propriedades da espuma de polietileno:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=13766d3ddeaa4ca98bd87743
85bee21f
[15] Propriedades da Espuma de Silicone:
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=c5a00e0b46c045ce981ac96fe6cee
a51
[17] Preço da Espuma de Silicone:
https://www.gratispng.com/png-s8b9bd/
[18] Poliuretano
https://api.aecweb.com.br/cls/catalogos/isar/isar_poliuretano.pdf
https://m.made-in-china.com/search/product?word=Aluminium%2B6063
https://m.made-in-china.com/search/product?word=Aluminium%2B6351
https://shockmetais.com.br/tabelas/aluminio/plig
https://shockmetais.com.br/tabelas/aluminio/plig
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http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=36bdc523d25b4d738dabbe3f434bb69f
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http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=08fb0f47ef7e454fbf7092517b2264b2
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https://incomplast.com.br/polietileno-pead/
http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=808ae4b527e84ef6ab968b24ba37abc9
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https://www.softspuma.com.br/espuma-viscoelastico
https://www.softspuma.com.br/espuma-viscoelastico
https://www.focuspoliuretano.com.br/produto/placas-de-poliuretano/placa-de-espuma-de-poliuretano
https://www.focuspoliuretano.com.br/produto/placas-de-poliuretano/placa-de-espuma-de-poliuretano
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