Introdução ao projeto mecânico

Prévia do material em texto

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 1/44
Introdução ao
projeto mecânico
Prof. Carlos Frederico de Matos Chagas
Descrição
O estudo das diversas variáveis e fatores envolvidos em um projeto
mecânico, bem como a relação destas com as tomadas de decisões.
Propósito
Compreender os principais conceitos relativos ao projeto mecânico,
identificando as fases de um projeto, os principais materiais utilizados,
os conceitos de fator de projeto, fator de segurança e os aspectos
econômicos, a fim de identificar a relação entre esses fatores e a
viabilidade técnica econômica do projeto.
Objetivos
Módulo 1
Introdução ao projeto mecânico
Reconhecer os principais conceitos, definições e fases relativos ao
projeto mecânico.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 2/44
Módulo 2
Materiais de engenharia
Identificar os principais materiais de engenharia e comparar suas
propriedades.
Módulo 3
Projeto mecânico X produção
Identificar os fatores econômicos, estabelecendo relação com
diversos aspectos e viabilidade técnico-econômica de um projeto.
Módulo 4
Fatores de projeto e segurança
Reconhecer o conceito de fator de projeto e fator de segurança em
um projeto mecânico.
Introdução
Antes de começar, conheça as características de um projeto
mecânico no vídeo a seguir.

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 3/44
1 - Introdução ao projeto mecânico
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer os principais conceitos, de�nições e
fases relativos ao projeto mecânico.
Vamos começar!
Fases e iterações no processo de
projeto
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
Fases do processo de projeto
No passado, os projetos mecânicos eram bem característicos e exigiam
conhecimentos para o projeto de peças e sua montagem para a
formação de um sistema mecânico. A partir da evolução tecnológica e
da crescente substituição de componentes analógicos por
microprocessadores, convivemos com a era da mecatrônica.
Exemplo

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 4/44
A evolução tecnológica trouxe dispositivos como: câmeras,
fotocopiadoras de escritório, carros, aviões, dentre outros.
O que torna difícil o projeto desses dispositivos é a necessidade de
domínio do conhecimento em áreas claramente diferentes.
Ainda assim, por mais que a eletrônica passe a ser o núcleo dos
dispositivos, quase todos os produtos exigem funções mecânicas e a
correspondente interface com humanos. Além disso, a fabricação e a
montagem desses produtos requerem máquinas com elementos
mecânicos. Sendo assim, o conhecimento do projeto mecânico ainda é
fundamental para o sucesso de qualquer produto com interface com o
ser humano.
Um projeto tem por finalidade atender uma
necessidade ou solucionar um problema, seja por meio
de um produto ou de um serviço. Para isso, é
necessário planejar o processo para a conclusão bem
sucedida do projeto.
Esse processo consistirá em diversas etapas que resultarão na tomada
de decisão com base nos seguintes fatores:
Conhecimento técnico;
Restrições existentes (econômicas, espaciais, ambientais);
Informações conhecidas sobre a necessidade ou problema a ser
resolvido;
Qualificação e experiência profissional dos membros da equipe
de projeto.
Em projetos com elevado grau de complexidade, é provável que haja
necessidade de aprimoramento das soluções apresentadas, até que
todas as restrições sejam atendidas, caracterizando a iteratividade do
processo. Nesse cenário, a capacidade de comunicação é fundamental
para o completo entendimento do problema e das condições de
contorno pela equipe de projeto.
Durante as atividades de um projeto mecânico, as ideias são
transformadas em um produto (sistema mecânico). Esse produto, a
despeito de sua complexidade, é o resultado de um processo que
combina pessoas e seus conhecimentos, ferramentas e habilidades. O
processo de projeto é a organização e a gestão de pessoas e das
informações para o desenvolvimento de um produto que atenda a uma
dada necessidade.
A imagem a seguir apresenta o fluxograma de um processo de projeto.
Veja:
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 5/44
Levantamento das necessidades e
de�nição do problema
Identi�cação da necessidade
O processo de projeto começa com a identificação de uma necessidade,
de um problema ou com o reconhecimento de um mercado potencial
para um produto, dispositivo ou serviço. Muitas das vezes, a
necessidade não é clara e evidente. Nesses casos, identificar e
descrever a necessidade é uma tarefa difícil que demanda imaginação,
criatividade e bom senso, pois a descrição da necessidade deve ser a
mais clara e objetiva possível, evitando ser vaga.
Exemplo
Se dissermos que o projeto de um aparelho de ar condicionado
necessita ser melhorado, sabemos que algo a respeito desse produto
não está agradando, mas não temos uma ideia clara da necessidade ou
problema que devemos abordar. Se, por outro lado, dissermos que o
aparelho é excessivamente barulhento, temos um bom ponto de partida
para começarmos o processo do projeto.
As necessidades, inicialmente, não estão atreladas a um produto
específico que possamos desenvolver. A equipe de projeto deve ser
capaz de identificar as necessidades do cliente sem saber se ou como
irá atender a essas necessidades.
Comentário
Observe que escolhemos usar a palavra necessidade para rotular
qualquer atributo de um produto potencial desejado pelo cliente; aqui,
não fazemos distinção entre um desejo e uma necessidade.
Outros termos usados na prática industrial para se referir às
necessidades do cliente incluem atributos do cliente e requisitos do
cliente (ULRICH; EPPINGER, 2016).
Uma boa técnica para descrever uma necessidade é sempre se
concentrar no “O QUE” se pretende do sistema, não no “COMO” o
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 6/44
sistema deve realizar determinada função. É importante levantarmos a
necessidade segundo a visão do cliente e não influenciarmos, ou
mesmo nos deixarmos levar para uma solução ainda nesta fase. É
importante que tenhamos em mente: o importante nesta etapa é “O
QUE”. A adesão a esse princípio deixa a equipe de desenvolvimento com
máxima flexibilidade para gerar e selecionar conceitos de produtos.
De�nição do problema
A descrição da necessidade, geralmente, não é suficientemente
detalhada. Cabe à equipe de projeto, consultando o cliente, definir o
problema a ser resolvido.
Para isso, deve-se seguir os passos abaixo:
1. Levantar os requisitos do projeto a ser concebido, incluindo as
entradas e saídas;
2. Definir os recursos necessários;
3. Estabelecer limitação de custos;
4. Mensurar a quantidade a ser produzida;
5. Definir vida e confiabilidade esperada;
6. Verificar as condições ambientais;
7. Estipular limitações dimensionais e de peso;
8. Indicar as restrições relacionadas aos processos de fabricação,
ou seja, qualquer variável que limite a liberdade de escolha da
equipe de projeto deve ser claramente identificada na definição
do problema.
Outras informações sobre os aspectos relevantes do problema devem
ser procuradas e reunidas nesta fase. Pode-se fazer os seguintes
questionamentos.
Este, ou um problema semelhante, já foi resolvido
anteriormente?
Existe solução pronta disponível no mercado ou algo novo deve
ser feito?
Existem publicações, patentes ou estudos sobre tecnologias ou
produtos semelhantes que possam ser úteis?
Compreender o problema é uma base essencial para projetar um
produto de qualidade. “Definir o problema” significatraduzir os
requisitos dos clientes em uma descrição técnica do que precisa ser
projetado.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 7/44
Encontrar o problema “certo” a ser resolvido pode parecer uma tarefa
simples; infelizmente, muitas vezes, não é. Além de encontrar o
problema certo para resolver, um problema ainda mais difícil e caro para
a maioria das empresas é a mudança de especificações.
Estima-se que 35% de todos os atrasos no
desenvolvimento de produtos são causados
diretamente por essas mudanças.
Existem três fatores que causam mudanças nas especificações. Veja
quais são eles a seguir:
Primeiro fator
Conforme o processo de projeto avança, mais é aprendido sobre
o produto e, portanto, mais funcionalidades podem ser
adicionadas.
Segundo fator
Uma vez que o projeto leva tempo, novas tecnologias e produtos
ficam disponíveis durante o processo. É uma decisão difícil
ignorar isso, tentar incorporar às evoluções ao projeto (ou seja,
alterar as especificações) ou começar tudo de novo (ou seja,
decidir que os novos desenvolvimentos eliminaram o mercado
para o que você está projetando).
Terceiro fator
Uma vez que o projeto requer tomada de decisão, qualquer
mudança na especificação causa uma necessidade de analisar
novamente as decisões que dependem dessa especificação.
Mesmo uma mudança de especificação aparentemente simples
pode causar o redesenho de praticamente todo o produto. A
questão é que, quando as mudanças nas especificações se
tornam necessárias, elas devem ser feitas de uma maneira
controlada e informada.
Enfim, a capacidade de se definir um bom conjunto de especificações de
engenharia depende da capacidade da equipe de projeto em definir o
problema.
Na definição do problema, as necessidades devem ser traduzidas em
especificações ou requisitos de projeto mensuráveis.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 8/44
Exemplo
Não podemos projetar uma porta de carro que seja “fácil de abrir”
quando você não sabe o significado de “fácil”. Essa facilidade desejada
é medida pela força, tempo ou o quê? Se a força é o parâmetro crítico,
então, o que seria “fácil”? 20 N ou 40 N? A resposta adequada a essa
questão faz toda a diferença para o sucesso do produto que será maior,
quanto mais cedo a conhecermos.
Síntese e análise e otimização
Síntese
Síntese é a fase do processo em que as ideias para atender a uma
necessidade ou solucionar um problema são traduzidas em diferentes
produtos ou processos com potencial para oferecer soluções para o
problema definido na fase anterior. As diferentes alternativas propostas
devem ser avaliadas quanto à solução do problema definido,
considerando os requisitos estabelecidos para o projeto.
Dica
Nesta fase, ferramentas como “brainstorming” são úteis para que a
maior variedade de ideias possa ser considerada e avaliada, para que as
mais promissoras possam ser selecionadas.
Muitas vezes, mesmo com um grande número de soluções possíveis, é
necessário retornar à definição do problema, ou mesmo à identificação
da necessidade, caso as propostas sejam técnicas ou economicamente
inviáveis.
Análise e otimização
Após a síntese, as soluções propostas devem ser matematicamente
modeladas para que possam ser avaliadas quanto ao seu desempenho
a fim de serem classificadas.
Após essa classificação, as soluções podem ser descartadas ou
otimizadas. Veja:
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 9/44

Desempenho não satisfatório
As alternativas que não apresentem desempenho satisfatório podem
ser melhoradas ou descartadas, dependendo da avaliação realizada
para cada uma delas.

Desempenho satisfatório
Os conceitos que apresentam desempenho satisfatório são submetidos
a uma avaliação para identificação de possível oportunidades de
melhoria, isto é, de otimização.
Sendo o desempenho considerado satisfatório, passamos para a etapa
de otimização, que se caracteriza por iterações que visam não somente
analisar e otimizar um conceito apresentado, como, muitas vezes,
retornar à definição do problema para refinar o conjunto de requisitos.
Finalmente, os melhores conceitos são comparados para a escolha
daqueles mais competitivos e com maior potencial para a solução do
problema.
Síntese, análise e otimização são etapas do processo de projeto
intimamente ligadas. Qualquer tipo de deficiência ou inadequação na
solução proposta identificada na fase de análise e otimização pode
ocasionar o retorno à síntese para otimização do conceito avaliado ou
para a síntese de uma nova solução, o que pode se repetir até que se
obtenha uma solução adequada.
Avaliação e apresentação
Avaliação
Nesta fase, os protótipos das soluções escolhidas na fase anterior são
produzidos e testados. Esta é a avaliação final do projeto e visa
certificar que o protótipo testado satisfaz os requisitos estabelecidos.
Além disso, durante esta fase, é preciso avaliar se o projeto é produzível,
competitivo, economicamente viável, manutenível, confiável, e assim por
diante, segundo os critérios de projeto estabelecidos de acordo com a
necessidade identificada.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 10/44
Apresentação
Concluindo o projeto, é necessário que a informação a respeito seja
completamente transmitida aos interessados. Essa comunicação é
realizada por meio de desenhos, modelos de computador, lista de
materiais, instruções de montagem e qualquer outra forma de
comunicação que ajude na fabricação e utilização do produto.
Analisando as etapas que foram apresentadas, fica claro que o
processo é iterativo, isto é, em qualquer das etapas, pode ser necessário
voltar a uma etapa anterior, desde a definição do problema até a
avaliação de novas versões que tenham sido desenvolvidas.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Analise as afirmações abaixo:
(  ) Síntese é a etapa do projeto em que os requisitos do projeto são
definidos.
(  ) A identificação de necessidade é simples, pois a descrição da
necessidade pode ser simples e vaga.
(  ) Desde a identificação da necessidade até a apresentação do
projeto, as etapas são estanques, ou seja, terminada uma etapa,
não se deve voltar a ela.
(  ) Durante a etapa de definição do problema, deve-se buscar o
maior volume de informações possíveis sobre problemas
semelhantes já solucionados.
(  ) A etapa de comunicação é aquela em que a campanha de
lançamento do produto no mercado é preparada.
Agora, assinale a opção que classifica corretamente as afirmativas
acima em verdadeiras (V) e falsas (F).
A F – F – F – V – F
B F – V – F – V – F
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 11/44
Parabéns! A alternativa A está correta.
A primeira alternativa é falsa, pois a síntese é fase do processo em
que as ideias para atender a uma necessidade ou solucionar um
problema são traduzidas em diferentes produtos ou processos com
potencial para oferecer soluções para o problema.
A segunda afirmativa é falsa, pois, muitas vezes, a necessidade não
é clara e evidente. Nesses casos, identificar e descrever a
necessidade é uma tarefa difícil que demanda imaginação,
criatividade e bom senso, pois a descrição da necessidade deve ser
a mais clara e objetiva possível, evitando ser vaga.
A terceira afirmação é falsa, pois o processo de projeto é iterativo,
exigindo que se volte a fases anteriores em diversos momentos, a
fim de se alcançar uma solução viável.
A quarta e última afirmação é verdadeira. Na fase de definição, o
problema deve ser detalhado e todas as informações relevantes,
relacionadas ao problema, reunidas. A última alternativa é falsa,pois a fase de comunicação envolve diversas outras atividades,
como o envio dos desenhos, especificações, listas de materiais.
Questão 2
Assinale a alternativa CORRETA sobre o processo de projeto.
C F – F – F – V – V
D V– F – F – V – F
E F – V – V – V – F
A
O processo de projeto consiste em uma sequência
ordenada de etapas em que não deve haver
iterações, isto é, concluída uma das fases, não se
deve voltar a ela.
B
Um projeto tem por finalidade atender a uma
necessidade ou solucionar um problema, seja por
meio de um produto ou de um serviço.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 12/44
Parabéns! A alternativa B está correta.
Um projeto é motivado pela identificação de uma necessidade que
pode ser atendida por um produto ou serviço, de forma que o
objetivo do projeto é conceber um produto ou serviço para atender
a necessidade.
2 - Materiais de engenharia
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os principais materiais de engenharia e
comparar suas propriedades.
Vamos começar!
C
Para análise e otimização, não há necessidade de
modelos matemático dos conceitos propostos.
D
Na fase de definição do problema, a comunicação é
feita por meio de desenhos, especificações
técnicas, listas de material, manuais de utilização e
manutenção.
E
Na fase de identificação da necessidade, são
levantadas as informações sobre projetos
semelhantes, são identificadas as restrições e
levantados os requisitos do projeto.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 13/44
A seleção de materiais nos projetos
mecânicos
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
A importância da seleção de
materiais nos projetos mecânicos
Sistema mecânico ou máquina é uma combinação de peças interligadas
por meio de juntas, com movimento definido e capaz de desempenhar
funções desejadas. O manipulador da imagem a seguir é um exemplo
de sistema mecânico.
Manipulador de braço robótico
Princípios científicos, conhecimento técnico e imaginação são usados
para desenvolver um sistema mecânico que execute funções
específicas com a máxima economia e eficiência. O projeto de sistemas
mecânicos requer o conhecimento das ciências básicas e de
engenharia, como Física, Matemática, Engenharia Mecânica, Resistência
dos Materiais, Termodinâmica e Transferência de Calor, Vibrações,
Mecânica dos Fluidos, Metalurgia, Processos de Fabricação e Desenho
Técnico.
No projeto de um sistema mecânico, cabe ao projetista
determinar o movimento, as forças e a transferência de
energia envolvidos, de modo a determinar a geometria

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 14/44
do sistema (dimensões e formas) e selecionar os
materiais adequados para cada elemento da máquina.
A seleção do material é de fundamental importância em um projeto
mecânico, pois, geralmente, os elementos da máquina são projetados
com base nas propriedades mecânicas do material – resistência à
tração, dureza, rigidez, massa específica, por exemplo – de modo que
sejam capazes de suportar os esforços e as condições do ambiente a
que o sistema mecânico será submetido, tais como temperatura,
umidade ou atmosfera corrosiva.
Resumindo
O material deve ser selecionado de maneira a garantir que os elementos
de máquina do sistema realizarão as funções para as quais foram
projetados, nas condições de operação.
Nesse contexto, é preciso garantir que o material não apresentará
deformação ou tensão que exceda os limites admissíveis, não sofrerá
desgaste em período de tempo inferior ao previsto no projeto, não
sofrerá fluência, flambagem ou falha por fadiga. Em outras palavras,
todos os modos de falha possíveis nas condições de utilização do
sistema devem ser levados em consideração no momento de selecionar
um material. Além das propriedades mecânicas e dos possíveis modos
de falha, fatores como peso, custo e confiabilidade devem ser
considerados no projeto de um elemento de máquina.
Ao projetar um sistema mecânico, o projetista deverá
ter em mente a interação com o ambiente e os demais
elementos com os quais um elemento de máquina
estiver ligado.
De acordo com Budynas e Nisbet (2016), no projeto da máquina, como
em qualquer outro tipo de projeto, não há um procedimento padrão ou
regras rígidas a serem seguidos, mas as seguintes etapas são
geralmente seguidas:
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 15/44
 O problema a ser resolvido ou a finalidade desejada
da máquina é completa e claramente declarada.
 Os possíveis mecanismos que fornecerão o
movimento ou conjunto de funções desejado são
selecionados.
 As forças que atuam sobre cada elemento da
máquina nas condições de operação são
determinadas.
 O material mais adequado é selecionado para cada
um dos elementos da máquina.
 Os valores admissíveis de tensão e deflexão são
determinados para cada elemento da máquina,
dependendo de seus requisitos materiais e
funcionais.
 O tamanho e a forma de cada elemento da máquina
são determinados para que ele possa suportar as
cargas aplicadas sem falhas.
 As dimensões dos elementos da máquina são
modificadas considerando os aspectos de
fabricação e as funções desempenhadas.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 16/44
Ao mesmo tempo em que a geometria está sendo desenvolvida, é
importante identificar materiais e técnicas de produção e estar ciente
dos requisitos de engenharia elencados quando o problema foi definido.
Seleção de material
Fatores que in�uenciam a seleção de
material
Ao desenvolver um conceito do produto, podemos ter estabelecido
requisitos sobre materiais, fabricação e montagem. No mínimo, fizemos
benchmarking a partir de dispositivos similares consagrados, estudando
para o que eles foram feitos e como eles foram produzidos.
Essas informações influenciam a consolidação do produto de várias
maneiras, entenda cada uma dessas influências a seguir.
A quantidade do produto a ser fabricado influencia fortemente a
seleção dos processos de fabricação a serem utilizados. Para
um produto que terá apenas um exemplar, o uso de um processo
que requer altos custos de ferramentas não se justifica, pois
encarecerá demasiadamente o produto. Como exemplo,
podemos citar a moldagem por injeção, processo em que o
custo do molde é tão elevado que será o componente
determinante para o custo total de produção de qualquer
quantidade produzida abaixo de 15.000 peças, via de regra
(ULLMAN, 2010).
Uma grande influência na seleção de um material e de um
processo de fabricação é o conhecimento de materiais e
 A montagem e os desenhos detalhados da máquina
são feitos com especificação completa dos
materiais e dos métodos de fabricação.
Quantidade do produto a ser fabricado 
Conhecimento de materiais e processos usados 
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 17/44
processos usados previamente para aplicações similares. Esse
conhecimento pode direcionar a seleção para escolhas
confiáveis, mas pode também obscurecer novas e melhores
escolhas. Em geral, sempre priorizando a segurança,
especialmente quando o projetista é inexperiente, é melhor ser
conservador e seguir os projetos consagrados. Por exemplo,
durante décadas, os motores de automóveis eram feitos
predominantemente de aço. Ainda hoje, o aço é largamente
utilizado na fabricação de motores, mas materiais como o
alumínio são cada vez mais empregados a fim de melhorar a
eficiência do sistema. Ao estudar os dispositivos mecânicos
existentes, adquira o hábito de identificar que tipo de material foi
utilizado para cadatipo de função desempenhada. Assim, pode-
se reduzir a lista de materiais candidatos para a seleção de uma
determinada aplicação.
O conhecimento e a experiência são uma grande influência na
escolha dos materiais e dos processos de fabricação, pois
quanto mais limitados, mais trabalhoso será o processo de
seleção. O conhecimento pode ser ampliado incluindo
vendedores ou consultores experientes na equipe de projeto.
Um fator a ser considerado na seleção de um material é sua
disponibilidade. Para produtos com previsão de fabricação de
poucas unidades, deve-se priorizar materiais disponíveis “na
prateleira”, isto é, materiais fabricados rotineiramente devido a
sua grande utilização. Devemos sempre considerar que a
seleção de um material específico com baixa disponibilidade no
mercado para um projeto, provavelmente, exigirá uma
encomenda mínima ao fabricante, caso contrário, a produção
pode não ser economicamente viável para o fornecedor. Por
exemplo, materiais metálicos são vendidos, em geral, somente
em toneladas. Assim, caso a produção prevista não consuma
essa quantidade de material, o custo das peças pode ficar
inviável.
Nos casos em que os requisitos do projeto demandam propriedades
mecânicas que os materiais disponíveis no mercado não podem
atender, pode ser necessário voltar à etapa de síntese e elaborar um
novo conceito, ou até mesmo retornar à fase de definição do problema,
a fim de adaptar o projeto às limitações tecnológicas existentes.
Conhecimento e experiência 
Disponibilidade 
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 18/44
Algumas vezes, durante o projeto de um novo produto,
os requisitos não podem ser atendidos com materiais
ou técnicas de produção existentes, não importa
quantas alterações se faça na definição do problema
ou na geometria do projeto. Essa situação dá origem
ao desenvolvimento de novos materiais e processos de
fabricação.
Até recentemente, o pensamento de projetar os materiais e processos
para atender às necessidades de projeto do produto significava adiar o
projeto para que o material ou a tecnologia de produção pudesse atingir
a maturidade. Entretanto, os recentes avanços no conhecimento de
materiais metálicos e plásticos permitiram, até certo ponto, o uso de
materiais e processos sob demanda.
Durante o projeto, a especificação do material e dos processos de
produção selecionados evoluirá junto com o projeto, conforme o
seguinte fluxo:
O processo de refinamento do material e técnicas de produção se afasta
da ideia abstrata, permitindo uma especificação cada vez mais
detalhada.
Exemplo
 Amadurecimento de uma solução.
 Definição de um layout.
 Estabelecimento dos detalhes.
 Refinamento de materiais e técnicas de produção.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 19/44
Suponha que o material inicialmente escolhido para um componente
tenha sido identificado somente como "alumínio"; essa seleção deve,
agora, ser refinada e pode ser alterada.
O histórico da seleção de material para um componente é:
Essa evolução é típica do que ocorre durante a evolução de um projeto
para sua configuração final.
Existem diversas estratégias para a seleção de material em um projeto
mecânico. Independentemente dos detalhes da estratégia, são
observadas as seguintes estratégias.
Função
O material selecionado será condicionado pela função da peça
em que será aplicado.
Geometria
A geometria da peça é considerada.
Operação
Os esforços aos quais a peça será submetida, sob condições
ambientais se dará a operação, a vida esperada da peça.
Peso e dimensão
As limitações de peso e dimensões são consideradas.
Disponibilidade e custo
São analisadas a disponibilidade do material e o seu custo.
Assim, em linhas gerais, será selecionado o material que assegure o
funcionamento do sistema mecânico de acordo com os requisitos do
Alumínio
A seleção de "alumínio" foi
refinada para uma liga 2024.
2024
A liga foi modificada para uma
liga diferente, 6061.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 20/44
projeto levantados durante a fase de definição do problema, com o
menor custo possível. O diagrama a seguir apresenta um resumo
esquemático da seleção de material e sua interação com o projeto
mecânico.
Note que a geometria (forma), a função e os processos de fabricação
influenciam diretamente na escolha do material. Geometria e função
influenciam diretamente nas tensões no material e a produção, nas suas
propriedades. Apesar de não aparecer na imagem, as condições
ambientais são muito importantes para a decisão dos materiais a serem
utilizados.
Exemplo
Suponhamos que estejamos projetando a blindagem de um helicóptero
contra tiros de fuzil. Em uma rápida pesquisa, encontramos diferentes
metais, cerâmicos e compósitos, como possíveis candidatos à solução
do problema. Porém, tendo em vista as restrições de acréscimo de peso
à aeronave, apesar de metais e compósitos serem geralmente mais
baratos, os compósitos, devido à melhor razão resistência/peso que se
pode obter, são a classe de material em que devemos concentrar a
busca pela solução mais adequada.
Fica claro, portanto, que, para um mesmo projeto, podemos ter diversos
materiais candidatos e alguns mais adequados às restrições do projeto.
Nesse contexto, fatores como custo, eficiência do sistema, facilidade de
fabricação e de manutenção e custo também devem ser considerados
para a melhor tomada de decisão.
Utilização dos materiais
Os principais materiais de engenharia
Os principais materiais utilizados nas aplicações de engenharia são os
metais, cerâmicos, polímeros e os compósitos (CALLISTER;
RETHWISCH, 2016).
Além desses materiais, o grande avanço tecnológico observado nas
últimas décadas deu origem aos materiais avançados que, a cada dia,
estão mais presentes em nosso cotidiano. Os materiais avançados são
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 21/44
os semicondutores, biomateriais, materiais inteligentes e os materiais
nanométricos.
Metais
Os metais são compostos, na maioria das vezes, por:
Elementos metálicos
Um ou mais elementos metálicos, como o ferro, alumínio, cobre, titânio,
ouro e níquel.
Elementos não metálicos
Pequenas quantidades de elementos não metálicos, como o carbono,
nitrogênio, oxigênio.
Além disso, alguns elementos podem ser adicionados a sua
composição a fim de adequar alguma propriedade do metal.
Nos metais, os átomos são arranjados e ligados de maneira muito
ordenada, o que confere a essa classe de materiais elevada massa
específica, rigidez e resistência. Adicionalmente são materiais dúcteis e
resistentes à fratura que tornam os metais largamente utilizados em
aplicações estruturais. Convém ressaltar que a adição de elementos de
liga e os tratamentos térmicos podem ocasionar considerável variação
nas propriedades dos metais.
Nas ligações metálicas, os elétrons da camada de valência não estão
ligados a um átomo em particular, o que os torna bons condutores de
eletricidade e de calor, além de não transparentes à luz visível.
Cerâmicos
Os materiais cerâmicos são divididos em cerâmicos e cerâmicos
tradicionais.
Os cerâmicos são formados pela ligação entre elementos metálicos e
não metálicos.
Exemplo
Óxido de alumínio (ou alumina, Al2O3), o dióxido de silício (ou sílica,
SiO2), o carbeto de silício (SiC), o nitreto de silício (Si3N4).
Além deles, há os cerâmicos tradicionais — aqueles materiais
compostos por minerais argilosos.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 22/44
Exemplo
Porcelana, cimento e vidro.
Os materiais cerâmicos apresentam rigidez elevada, alta dureza e
resistência. Por outro lado, os cerâmicossão materiais frágeis, ou seja,
rompem sem se deformar plasticamente e apresentam elevada
suscetibilidade à fratura.
No entanto, recentemente, os avanços na engenharia de materiais
proporcionaram a obtenção de materiais cerâmicos com maior
tenacidade à fratura, o que permite a sua utilização como utensílios de
cozinha, cutelaria e até em peças de motores.
Os materiais cerâmicos são isolantes térmicos e elétricos, além de
resistirem a elevadas temperaturas, pois possuem ponto de fusão
elevado.
Polímeros
Os materiais poliméricos com que estamos mais familiarizados são os
plásticos e a borracha. Muitos deles são compostos orgânicos, isto é,
sua química é baseada no carbono, no hidrogênio e em outros
elementos não metálicos.
Exemplo
Oxigênio (O), Nitrogênio (N) e Silício (Si).
Os polímeros recebem essa nomenclatura, pois são formadas pela
repetição de uma unidade formada pela ligação de diferentes elementos
químicos, chamada “mero”, que se repete muitas vezes ao longo da
estrutura molecular, formando cadeia de “meros” muito grandes,
normalmente tendo o carbono como o principal elemento dessa cadeia.
Exemplo
Dentre os polímeros mais presentes em nossa rotina, destacam-se: o
polietileno (PE), o náilon, o cloreto de polivinila (PVC), o policarbonato
(PC), o poliestireno (PS), a borracha e o silicone.
A imagem a seguir ilustra a polimerização de um monômero para dar
origem ao PVC.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 23/44
De maneira geral, essa classe de material possui baixa massa
específica, enquanto suas propriedades mecânicas são diferentes
daquelas dos metais e cerâmicos. Os polímeros não apresentam rigidez
ou resistência tão elevada quanto metais ou cerâmicos, mas, como
possuem baixa massa específica, muitas vezes a razão entre sua rigidez
e sua resistência mecânica em relação à sua massa são comparáveis
às dos metais e das cerâmicas. Adicionalmente, muitos dos polímeros
são extremamente dúcteis e flexíveis (plásticos), o que significa que são
facilmente conformados, mesmo em geometrias complexas. Em geral,
quimicamente, eles são relativamente inertes.
Compósitos
Muitas vezes, o problema que buscamos solucionar com nosso projeto
mecânico demanda um conjunto de propriedades que não podem ser
obtidas com a utilização isolada de um metal, cerâmico ou polímero.
Nesse caso, pode ser necessário combinar dois ou mais materiais
diferentes, a fim de se obter as propriedades desejadas. Assim, um
material compósito é composto por dois (ou mais) materiais, sejam
metais, cerâmicos ou polímeros.
O objetivo de projeto de um compósito é, portanto,
atingir uma combinação de propriedades que não é
exibida por nenhum material isolado e, também,
incorporar as melhores características de cada um dos
materiais que o compõem.
Alguns materiais compósitos estão presentes na natureza sem a
influência do homem, tais como a madeira e o osso.
Um dos compósitos mais comuns e familiares é a fibra de vidro, na qual
uma matriz polimérica (normalmente um epóxi ou um poliéster) é
reforçada por pequenas fibras de vidro. As fibras de vidro são
resistentes e rígidas (mas também são frágeis), enquanto o polímero é
mais flexível. Dessa forma, o compósito fibra de vidro resultante é
relativamente rígido, resistente e flexível, com baixa massa específica. A
imagem a seguir apresenta fibras de vidro.
Outro material compósito com larga utilização são os polímeros
reforçados com fibra de carbono, que apresentam elevada rigidez e
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 24/44
resistência.
Os compósitos de polímero reforçado com fibra de carbono são
empregados em diversas aplicações, desde materiais esportivos, como
bicicletas, até fuselagem de avião. Na foto seguinte, observa-se um
para-choque fabricado em polímero reforçado por fibra de carbono.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Assinale a afirmativa CORRETA sobre a seleção de materiais para
um projeto mecânico.
A
A forma da peça, ou elemento de máquina é
irrelevante para escolha dos materiais a serem
selecionados.
B
Uma peça que possua resistência adequada, pode
ser utilizada em um projeto mecânico,
independentemente de seu peso.
C
As condições ambientais de utilização de um
sistema mecânico, como umidade e temperatura
restringem as opções de material para um projeto.
D
A quantidade de peças a serem produzidas não
afeta a decisão sobre o material selecionado.
E
O material selecionado não influencia a escolha do
processo de fabricação de uma peça.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 25/44
Parabéns! A alternativa C está correta.
O material selecionado deve atender a todas às restrições
identificadas na definição do problema. Parâmetros como
temperatura e umidade afetam as propriedades dos materiais e,
portanto, devem ser considerados para a seleção adequada do
material.
Questão 2
Uma empresa está desenvolvendo um veículo espacial para viagem
à Lua. Dentre os requisitos do projeto, sobre a parte externa do
módulo de reentrada na atmosfera da Terra, consta “possuir elevada
resistência à temperatura”. Considerando tal requisito, qual é a
classe de material mais adequada para a aplicação?
Parabéns! A alternativa B está correta.
Os materiais cerâmicos, devido à natureza das ligações químicas
entre os elementos que o compõem, possuem resistência a altas
temperaturas.
A Metais
B Cerâmicos
C Polímeros
D Compósitos
E Madeira
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 26/44
3 - Projeto mecânico X produção
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os fatores econômicos, estabelecendo
relação com diversos aspectos e viabilidade técnico-econômica de um projeto.
Vamos começar!
Impacto de variáveis de projeto no
seu custo
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
Economia e o projeto mecânico
Custos de um projeto mecânico
Todo projeto, mecânico ou não, está intimamente ligado à economia.
Desde os recursos necessários à contratação da equipe de projeto até a

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 27/44
logística de distribuição do produto ou à prestação de um serviço, a
economia balizará o andamento e a viabilidade do projeto.
Em se tratando de um projeto mecânico, a consideração econômica
mais evidente é o custo da matéria-prima. No entanto, há vários outros
fatores que devem ser considerados, nem todos tão evidentes.
Exemplo
A fatia de mercado a que se destina o produto condicionará o custo
final, influenciando uma série de decisões do processo de projeto, desde
a matéria-prima, passando pelos processos de fabricação, durabilidade,
dentre outros.
A imagem a seguir ilustra como diferentes fatores influenciam o custo
de um projeto mecânico até o produto acabado.
O custo de fabricação é determinante para o sucesso econômico de um
produto. Em termos simples, o sucesso econômico depende de dois
fatores apresentados a seguir.
Margem de lucro obtida em cada venda do
produto
A margem de lucro é a diferença entre o preço de venda do fabricante e
o custo de fabricação do produto. É importante levar em consideração a
margem de lucro que é obtida na venda de cada unidade vendida.
Quantidade de unidades que podem ser
vendidas
O número de unidades vendidas e o preço de venda são, em grande
parte, determinados pela qualidade final do produto e depende do que o
mercado está disposto a comprar a um dado preço.
O sucesso econômico do projeto consiste, portanto, em garantir a
qualidade necessária ao produto, minimizando, ao mesmo tempo, o
custo de fabricação. Um método paraalcançar esse objetivo é o projeto
para a manufatura (DFM – Design for Manufactoring) que consiste,
resumidamente, em considerar os impactos das decisões do processo
de projeto no processo de fabricação desde as etapas iniciais.
A prática efetiva do DFM leva a baixos custos de fabricação sem
sacrificar a qualidade do produto. A seguir, serão apresentados os
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 28/44
fatores que afetam o custo de um projeto mecânico e devem ser
levados em consideração para garantir o menor custo de fabricação.
Equipe de projeto
A formação da equipe de projeto pode ser um fator determinante não só
para o sucesso de um projeto como para o seu custo. Assim, a equipe
deve ser formada pelo menor número de profissionais, suficientes para
abordarem os diferentes domínios do conhecimento envolvidos no
projeto, o que dependerá da complexidade do sistema mecânico
projetado.
Por exemplo, espera-se que a equipe de projeto de um avião envolva um
número muito maior de pessoas que a equipe de projeto de uma
bicicleta, não pelo tamanho do sistema em si, mas pelos diferentes
níveis de complexidade. Veja a diferença entre esses dois tipos de
projeto a seguir.
Projeto de avião
Para o projeto de um avião, necessitamos de
conhecimentos de aerodinâmica, materiais,
eletrônica, telecomunicações, atuadores, motores,
vibrações e acústica, dentre outros, o que, muito
provavelmente, demandará a formação de um
time multidisciplinar.
Projeto de biciclet
Para o projeto de 
mecânico com bo
dos materiais e e
o suficiente. Além
projeto é mais ba
Matéria-prima
A escolha dos materiais a serem utilizados no projeto do sistema
mecânico também exerce grande influência nos custos. O material
escolhido deve, prioritariamente, possuir as propriedades mecânicas
que possibilitem ao sistema exercer a função para a qual foi projetado
de forma segura e de acordo com os requisitos do projeto. Por outro
lado, devemos priorizar materiais que possuam elevada disponibilidade
no mercado, visto que esses tendem a ter custos menores. Assim,

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 29/44
havendo mais de um material que possa atender aos requisitos do
projeto, sob a ótica econômica, devemos escolher aquele de menor
custo de obtenção.
Exemplo
Uma bicicleta pode ter a sua estrutura feita em alumínio ou fibra de
carbono. Se uma bicicleta se destina ao mercado em geral, em que o
custo tem maior influência do que o peso da bicicleta, a escolha pelo
alumínio seria a mais adequada, enquanto o custo será bem inferior ao
da bicicleta de fibra de carbono.
Não podemos nos esquecer de que esses materiais passarão por
diferentes etapas de fabricação, de maneira que o processo produtivo
necessário para a obtenção da geometria final da peça também deve
ser considerado na composição do custo.
Processo de fabricação
A seleção das matérias-primas, as propriedades físicas e mecânicas
desejadas do material e a quantidade a ser produzida orientam o
processo de fabricação da peça.
Exemplo
Se fabricamos uma peça em aço cuja função no sistema demande
elevada dureza, pode ser necessário realizar o processo de cementação
da peça, o que encarecerá o processo produtivo. Outro exemplo: se
usamos a solda como método de fixação de peças de um sistema
produzido em aço de difícil soldabilidade, o processo de solda que
deverá ser realizado será mais dispendioso do que o processo para
soldar aços com melhor soldabilidade.
Além disso, o processo produtivo pode demandar a compra de
máquinas e o desenvolvimento de ferramentas, o que, certamente,
impactará os custos de produção. A quantidade de sistemas a ser
produzida também tem forte influência sobre o processo produtivo.
Certos métodos de fabricação, como a moldagem por injeção, são
economicamente vantajosos somente para um grande número de peças
fabricadas, devido ao elevado custo das matrizes.
A tolerância de fabricação também tem um grande efeito no custo. As
tolerâncias envolvem:
A variação dimensional;
O acabamento superficial (rugosidade);
As variações das propriedades mecânicas resultantes de
tratamento térmico;
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 30/44
Outras operações de processamento.
Portanto, a tolerância é um fator determinante na definição do processo
de fabricação e dos custos associados.
A definição de tolerâncias exageradamente apertadas para uma peça
pode exigir a inclusão de etapas adicionais no processo produtivo e na
inspeção, o que pode, até mesmo, inviabilizar economicamente a
produção da peça. Como as peças com grandes tolerâncias podem,
muitas vezes, ser produzidas por máquinas com taxas de produção
mais altas (máquinas que produzem mais peças por unidade de tempo),
os custos serão significativamente menores. Além disso, geralmente,
menos peças desse tipo serão rejeitadas nos processos de inspeção,
além de serem montadas com maior facilidade.
A imagem a seguir ilustra o processo automatizado de soldagem em
uma das etapas de fabricação de um automóvel.
Outros custos
Há outros custos que impactam o projeto que devem ser considerados,
como os de serviço de apoio à produção (limpeza, água, pessoal do
setor administrativo), da energia consumida, da locação da área em que
a fábrica está instalada, dentre outros.
Esses custos são afetados pelos fatores a seguir.

Localização da fábrica.

Salário mínimo.

Qualificação da mão de obra.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 31/44

Integração com as cadeias produtivas.
Assim, estimar o custo de um projeto não é tarefa simples e será
facilitada pela experiência dos membros da equipe de projeto, de quem
dependerá a capacidade de prever os custos a serem considerados.
Estratégias para a redução do custo
de um projeto
Dentre as estratégias que podem ser adotadas para a redução dos
custos de um projeto, destacam-se:
Componentes padronizados
Sempre que possível, deve-se dar preferência à utilização de
componentes padronizados disponíveis “na prateleira”. Assim como no
caso dos materiais, a grande disponibilidade desses componentes reduz
o custo de produção.
Dica
Fique atento na especificação de componentes com grande procura no
mercado, pois podem ter baixa disponibilidade e custo mais elevado,
mesmo que sejam padronizados.
Além disso, a padronização de componentes colabora para a
intercambiabilidade, facilitando a manutenção. A opção por peças e
componentes personalizados para um projeto específico envolverá
muito dos custos aqui tratados (praticamente um projeto específico), o
que pode inviabilizar o projeto.
É importante salientar que essa padronização pode ocorrer
internamente à organização, como, por exemplo, uma montadora que
use o mesmo espelho retrovisor para todos os modelos de veículos
fabricados, ou pode se dar para o mercado como um todo, como no
caso da utilização de um perfil de viga metálica para construção civil,
que pode ocorrer para diferentes empresas.
Redução do número de peças
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 32/44
Via de regra, ao reduzirmos o número de peças de um sistema,
reduzimos a sua complexidade e facilitamos a sua montagem, o que
contribui para a redução dos custos de produção (o custo de montagem
impacta o custo total de produção). Além disso, é muito provável que se
reduza o número de operações necessárias à obtenção da peça, o que
também contribui para a redução dos custos.
Projeto auxiliado por computador
A utilização de ferramentas computacionais de modelagem e simulação
contribuem para a redução dos custos do projeto, ao proporcionarem a
possibilidade de testar diferentessoluções sem a necessidade da
produção do protótipo.
Saiba mais
Os programas de computador de desenho (especialmente os 3D)
possibilitam simular a montagem do sistema, os de análise estrutural
possibilitam avaliar se as peças resistirão aos esforços previstos, e os
de dinâmica multicorpos, avaliar os esforços sobre as peças e se o
movimento previsto será executado conforme planejado.
Dessa forma, é possível reduzir o número de conceitos a serem
fisicamente implementados, testados e avaliados, reduzindo
significativamente o retrabalho e os custos. Além disso, definida a
solução a ser implementada, a integração das ferramentas de projeto
auxiliado por computador (CAD – Computer Aided Design) e de
manufatura auxiliada por computador (CAM – Computer Aided
Manufacturing) geram um processo otimizado e eficiente, reduzindo as
perdas. Finalmente, as técnicas de modelagem e simulação possibilitam
adequar o fator de projeto, que desempenha papel relevante no custo
final.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Assinale a afirmativa CORRETA em relação à redução dos custos de
um projeto.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 33/44
Parabéns! A alternativa D está correta.
Os programas de computador permitem simular a montagem, o
funcionamento e o carregamento da estrutura, possibilitando
descartar conceitos de difícil montagem, que não realizem os
movimentos planejados ou que apresentem níveis de tensão acima
da tensão admissível, reduzindo os custos de produção de
protótipos, testes e avaliação.
Questão 2
Assinale a afirmativa correta com relação aos custos de um projeto.
A
A equipe de projeto deve ser constituída por
pessoas do maior número possível de áreas do
conhecimento, a fim de estudar todos os impactos
do projeto.
B
O maior número possível de conceitos deve ser
produzido e testado para garantir o sucesso do
projeto.
C
A utilização de componentes padronizados
aumenta os custos do projeto.
D
As ferramentas de modelagem e simulação
reduzem os custos do projeto ao permitirem avaliar
as possíveis soluções sem a necessidade de
implementação física do protótipo, reduzindo a
necessidade de testes.
E
A quantidade a ser produzida não tem impacto
sobre o custo de fabricação.
A
A escolha da matéria-prima sempre tem impacto
reduzido no custo do projeto mediante os demais
custos envolvidos.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 34/44
Parabéns! A alternativa E está correta.
A tolerância de fabricação influencia o custo de fabricação, pois,
geralmente, tolerâncias mais apertadas resultam em menor
velocidade de produção e podem demandar etapas adicionais no
processo de fabricação.
4 - Fatores de projeto e segurança
Ao �nal deste módulo, você será capaz de reconhecer o conceito de fator de projeto e fator de
segurança em um projeto mecânico.
Vamos começar!
B
A escolha da matéria-prima não tem influência
sobre o processo de fabricação.
C
O processo de fabricação é definido de acordo com
a disponibilidade e não tem relação com o material
selecionado.
D
O custo de produção será sempre menor para um
menor número de peças.
E
Quanto menores as tolerâncias de fabricação, maior
o custo de produção.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 35/44
Fator de projeto, incerteza e fator de
segurança
Assista ao vídeo a seguir para conhecer os principais pontos que serão
abordados neste módulo.
Fator de projeto e fator de segurança
Quando um engenheiro ou uma equipe projetam uma aeronave, ponte,
navio, veículo, ou qualquer sistema mecânico, deve evitar uma situação
de falha. Uma estrutura deve ser capaz de suportar as tensões
causadas pelos carregamentos a ela impostos. Por uma questão de
segurança, o engenheiro ou a equipe de projetos deve considerar em
seus cálculos cargas maiores do que as previstas; muitos sistemas são
propositadamente construídos com muito mais resistência do que o
necessário para uso normal para garantir o funcionamento adequado
em situações extraordinárias em que ocorram cargas inesperadas, uso
indevido ou degradação inesperada.
É por isso que um projetista deve buscar a resposta para as seguintes
perguntas:
Qual é a carga que o sistema deve suportar em serviço normal?
Qual carga provocará uma deformação permanente?
Qual é a carga máxima admissível para o sistema?
Ao procurar as respostas para essas perguntas, é necessário definir
termos como Fator de Projeto e Fator de Segurança. Ainda que, muitas
vezes, os termos sejam usados como se tivessem o mesmo significado,
há uma distinção entre os dois. A seguir, serão apresentadas as
definições de fator de projeto e fator de segurança, permitindo-nos
identificar a diferença entre eles e como e quando utilizá-los.

21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 36/44
Fator de projeto
O projeto mecânico clássico se baseia nas propriedades mecânicas dos
materiais que, muitas vezes, são tabeladas para os materiais mais
usados nos projetos. São eles:
É o módulo de elasticidade ou módulo de Young.
É o módulo de cisalhamento.
É o coeficiente de Poisson.
É a resistência ao escoamento.
É o limite de resistência à tração.
Além dessas, existem outras propriedades dos materiais, que podem ser
encontrados na literatura.
Devemos questionar:
Esses valores são exatos?
São os mesmos para um dado material, independentemente do
fabricante?
Existe uma incerteza associada a eles?
E
G
μ
Sy
LMT  ou Sut
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 37/44
De fato, os valores tabelados são valores médios dessas propriedades e
há uma incerteza associada a eles, ou seja, na verdade, existe uma
elevada probabilidade (geralmente trabalha-se com 95%) de que o valor
da propriedade esteja contido em uma faixa de valores, cujo valor médio
é aquele tabelado.
Saiba mais
Essa faixa será maior quanto maior a incerteza dessa propriedade.
Assim, ao utilizar alguma propriedade durante o projeto, o projetista (ou
sua equipe) estabelece um fator de projeto ( ). Esse fator é
estabelecido com base na experiência do projetista, nas recomendações
de organizações, associações ou normas técnicas e tem como
finalidade garantir a segurança do projeto em face da incerteza
associada às propriedades mecânicas e das hipóteses simplificadoras
adotadas ou de condições de emprego muito diferentes das usuais.
O fator de projeto é definido para uma aplicação e não é realmente
calculado.
Saiba mais
Geralmente o fator de projeto é fornecido com antecedência e definido
por código regulatório ou política.
Para o projeto de um elemento mecânico, o valor máximo admissível da
tensão considerada para o material (propriedade do material - S) é
dividido por , obtendo a tensão de projeto . Como o fator de projeto
visa proporcionar segurança, o seu valor deve ser maior do que 1.
A equação a seguir mostra a relação entre a propriedade do material, o
valor admissível para o projeto e o fator de projeto.
Onde:
 é a propriedade do material;
 é a tensão de projeto admissível no material oriunda das
condições de carregamento do sistema.
O valor desses itens pode ser calculado da seguinte forma:
O valor de também pode ser interpretado como o valor limite a
partir do qual o sistema mecânico deixará de cumprir a função
para a qual foi projetado, isto é, é o valor de perda de função.
Esse valor dependerá da propriedade considerada.
nd
nd
nd σ
σ =
S
nd
S
σ
S
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 38/44
O valor de será calculado segundo os carregamentos
impostos ao sistema.A propriedade considerada e a tensão
calculada deverão ter a mesma natureza e unidades, ou seja, se
a tensão calculada é de tração e medida em MPa, a propriedade
utilizada deverá ser o limite de resistência à tração ou o limite de
escoamento em MP.
Se calcularmos a tensão de cisalhamento, a propriedade considerada
será o limite de resistência ao cisalhamento, e se a fadiga é o modo de
falha de interesse, o fator de projeto será calculado com base no limite
de resistência à fadiga do material.
A definição de um fator de projeto para projetos de máquinas pode se
basear na qualidade e disponibilidade de dados adequados sobre as
propriedades dos materiais, nas condições ambientais esperadas em
comparação com aquelas nas quais os dados de teste do material
foram obtidos, bem como na precisão dos modelos de solicitação e de
tensão desenvolvidos para análises.
A tabela a seguir mostra um exemplo de recomendação de fatores de
projeto recomendados para materiais dúcteis que serão escolhidos com
base no conhecimento ou julgamento do projetista sobre a qualidade
das informações utilizadas no projeto.
Informações
disponíveis
Qualidade das
informações
Fator de projeto
recomendado
Dados das
propriedades dos
materiais
disponíveis a partir
de testes
O material
realmente utilizado
foi testado.
1,3
Dados
representativos de
testes do material
estão disponíveis.
2
Dados
razoavelmente
representativos de
testes do material
estão disponíveis.
3
Dados
insuficientemente
representativos de
testes do material
estão disponíveis
5+
Condições
ambientais de
utilização
São idênticas às
condições dos
testes de materiais.
1,3
σ
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 39/44
Informações
disponíveis
Qualidade das
informações
Fator de projeto
recomendado
Essencialmente
igual ao ambiente
de um laboratório
comum
2
Ambiente
moderadamente
desafiador
3
Ambiente
extremamente
desafiador
5+
Modelos analíticos
para cálculo do
carregamento e
tensões
Os modelos foram
testados em
experimentos.
1,3
Os modelos
representam
precisamente o
sistema.
2
Os modelos
representam
aproximadamente
o sistema.
3
Os modelos são
aproximações
grosseiras.
5+
Tabela: Recomendação de fatores de projeto
Adaptado de de NORTON, 2013, p.19.
Fator de segurança
Ao lidarmos com os cálculos de uma peça ou elemento de um sistema
mecânico, é comum ouvirmos falar em fator de projeto e fator de
segurança. Mas há diferença entre eles? Sim, apesar de ser muito
comum vermos a utilização dos termos com o mesmo significado.
Esse termo descreve a capacidade estrutural de um sistema além das
cargas esperadas ou cargas reais. Basicamente, de maneira simples,
pode ser entendido como o quão mais forte o sistema é do que
precisaria ser para o nível de carregamento a que será submetido nas
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 40/44
condições de operação. O fator de segurança é calculado pela
expressão a seguir:
Onde:
 é a propriedade do material;
 é a tensão no material oriunda das condições de
carregamento do sistema.
Na prática, quando dimensionamos um material com base no limite de
uma propriedade do material modificado pelo fator de projeto,
frequentemente encontramos dimensões diferentes das dimensões
padronizadas disponíveis no mercado. Assim, ao escolhermos a
dimensão padronizada (recomenda-se a escolha do valor disponível
imediatamente superior ao calculado), temos que recalcular o valor da
tensão na nova configuração geométrica. A razão entre o valor do limite
da propriedade do material (propriedade tabelada) e a tensão
recalculada, considerando as novas dimensões, é o fator de segurança.
Portanto, podemos entender o fator de projeto como aquele incialmente
arbitrado pelo projetista para os cálculos do dimensionamento do
sistema. O fator de segurança, por sua vez, é aquele que resulta dos
arredondamentos e das decisões dos projetistas quanto ao
dimensionamento.
Em suma, o fator de projeto é utilizado para calcular a configuração
geométrica do sistema mecânico e o fator de segurança é calculado
com base na configuração geométrica final do sistema, levando em
conta os arredondamentos e as decisões do projeto na etapa do
dimensionamento.
Exemplo
Se, ao calcularmos o diâmetro de uma barra de aço submetida a
esforços de tração, encontrarmos o valor de 0,47” e tivermos barras
disponíveis no diâmetro de 1/2”, especificaremos o diâmetro de 1/2”
para o projeto e calcularemos o fator de segurança considerando esse
diâmetro.
Para cada modo de falha (carregamento estático ou dinâmico, por
exemplo), temos um fator de segurança diferente. Consideraremos
como o modo de falha de maior atenção aquele que possui o menor
fator de segurança, pois, nesse caso, o carregamento imposto ao
sistema mecânico está gerando tensões mais próximas ao valor limite
para o material.
(ns)
ns =
S
σ
S
σ
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 41/44
É importante termos em mente que a de�nição do fator de
projeto e do fator de segurança resultante é essencial para
a viabilidade do projeto.
Em face das incertezas envolvidas no dimensionamento, o fator de
projeto é fundamental para garantir a segurança do sistema mecânico
nas condições de operação. Por outro lado, a escolha de fatores de
projeto exageradamente elevados pode encarecê-lo demasiadamente.
Portanto, a experiência, as recomendações de normas (por exemplo,
ABNT), associações (por exemplo SAE, ASME) e o estudo de projetos
semelhantes são o caminho para que se arbitre um fator de projeto
adequado.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Assinale a afirmativa CORRETA.
A
A definição do fator de projeto deve considerar a
experiência e recomendações de normas técnicas e
associações profissionais ou de fabricantes.
B
Fator de segurança e fator de projeto são maneiras
diferentes de se referir a um mesmo parâmetro do
projeto.
C
Como as propriedades dos materiais são tabeladas,
não há incerteza associada a esses valores.
D
O fator de projeto é calculado após o
dimensionamento do sistema, considerando os
arredondamentos e as decisões de projeto.
E
O fator de segurança não tem qualquer relação com
o custo de um projeto.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 42/44
Parabéns! A alternativa A está correta.
Para a definição de um fator de projeto adequado que não
inviabilize a sua implementação, é importante que o projetista e/ou
sua equipe tenham experiência em projetos similares. Além disso,
várias normas técnicas e documentos técnicos de associações de
profissionais ou de fabricantes fazem recomendações sobre
fatores de projetos para diferentes condições de operação do
sistema, materiais e outras condições de contorno.
Questão 2
Durante o dimensionamento de uma barra de aço circular com
limite de resistência à tração tabelado de , o
projetista calculou que a barra deveria ter um diâmetro de ,
resultando em uma tensão de tração . Como existem
barras de seção circular de de diâmetro disponíveis, o
projetista recalculou a tensão na barra para esse valor de diâmetro
e obteve . Para a situação descrita assinale a
alternativa correta.
Parabéns! A alternativa B está correta.
O fator de segurança é calculado com base na tensão resultante
dos arredondamentos e decisões de projeto. Para o cálculo do valor
do fator de segurança, devemos utilizar a equação
.
Sy = 165MPa
1, 43 cm
σ = 55MPa
1, 50 cm
σ = 50MPa
A O fator de projeto utilizado foi nd = 3, 3
B O fator de segurança resultante foi ns = 3, 3
C O fator de segurança utilizado foi ns = 3
D O fator de projeto resultante foi nd = 1, 1
E O fator de segurançaescolhido foi ns = 1, 1
ns =
s
σ
= 16550 = 3, 3.
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 43/44
Considerações �nais
Como vimos, ao longo deste conteúdo, o projeto mecânico é um
processo que resulta em um sistema mecânico, visando atender a uma
necessidade ou resolver um problema. Esse processo demanda
conhecimento em diferentes áreas da engenharia mecânica, de
matemática e de gestão, muitas vezes demandando a formação de uma
equipe de projeto multidisciplinar. Vimos que, apesar de termos como
meta a maior eficiência possível ao longo do processo do projeto, a
iteratividade é uma característica marcante, especialmente quando
projetamos sistemas mais complexos.
Identificamos os principais materiais de engenharia utilizados nos
projetos mecânicos, assim como avaliamos qualitativamente as suas
principais propriedades. Verificamos a influência da seleção dos
materiais nos processos produtivos, e vice-versa, relacionando materiais
e processos ao custo do projeto. Ainda sobre os custos, identificamos
fatores e decisões do projeto que influenciam essa importante variável
de viabilidade. Apresentamos o conceito de fator de projeto, salientando
sua relação com as incertezas associadas às propriedades dos
materiais e às hipóteses simplificadoras adotadas. Finalmente,
mostramos como o fator de segurança se relaciona ao fator de projeto
por meio das tomadas de decisão ao longo do processo de projeto.
Podcast
Agora, o especialista Carlos Frederico de Matos Chagas encerra o tema
falando sobre os principais tópicos abordados.

Referências
21/02/2023, 18:09 Introdução ao projeto mecânico
https://stecine.azureedge.net/repositorio/00212en/03535/index.html# 44/44
BUDYNAS, R. G.; NISBET, J. K. Elementos de máquinas de Shigley. 10.
ed. Porto Alegre: AMGH, 2016.
NORTON, R. L. Projeto de máquinas: uma abordagem integrada. 4. ed.
Porto Alegre: Bookman, 2013.
ULLMAN, D. G. The mechanical design process. 4. ed. Nova York:
McGraw Hill, 2010.
URICH, K. T; EPPINGER, S. D. Product design and development. 6. ed.
Nova York: McGraw Hill, 2016.
WILLIAN, D. C.; RETHWISCH, D. G. Ciência e engenharia dos materiais:
uma introdução. 6. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
Explore +
Assista ao filme Máquina de Guerra (Pentagon War – 1998).