1_Introducao_Projeto 2020 2021

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Apontamentos Teóricos 
de 
Elementos de Máquinas I: 
Introdução ao Projeto Mecânico 
 
 
Autoria: 
Rosa Marat-Mendes 
Atualizado por: 
Mário Alberto Vieira 
 
 
 
2020/2021 
Folhas de Apoio à unidade curricular Elementos de Máquinas I Introdução ao Projeto 
 
ESTSetúbal/IPS Página IP-1 
 
Índice 
 Introdução ao Projeto Mecânico................................................................................................. 2 
1.1. Breves Notas ................................................................................................................................................. 2 
1.2. Introdução ..................................................................................................................................................... 3 
1.3. Definição de Projeto .................................................................................................................................. 4 
1.4. Fases do Projeto Mecânico ...................................................................................................................... 6 
1.4.1. Descrição das principais fases ........................................................................................................................ 7 
1.5. Fatores a considerar no projeto ............................................................................................................ 8 
1.5.1. Resistência .............................................................................................................................................................. 8 
1.5.2. Fiabilidade .............................................................................................................................................................. 9 
1.5.3. Custo .......................................................................................................................................................................... 9 
1.5.4. Prevenção ............................................................................................................................................................. 10 
1.5.5. Fabrico ................................................................................................................................................................... 10 
1.5.6. Impacto Ambiental ........................................................................................................................................... 10 
1.6. Relatório do projeto................................................................................................................................. 10 
1.6.1. Memória Descritiva .......................................................................................................................................... 11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Folhas de Apoio à unidade curricular Elementos de Máquinas I Introdução ao Projeto 
 
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 Introdução ao Projeto Mecânico 
 
 
1.1. Breves Notas 
 
O texto apresentado através dos seguintes capítulos, resume algumas notas e outras considerações 
sobre várias matérias sobre Elementos de Máquinas, e pretende assim servir como referência teórica de 
suporte à matéria ministrada ao nível da disciplina de Elementos de Máquinas I, leccionada ao segundo ano 
da Licenciatura em Engenharia Mecânica. 
Desta forma, os capítulos aqui apresentados foram redigidos com base nas referências bibliográficas 
seguintes, que, para o leitor mais atento, poderá servir como complemento de estudo ao texto aqui 
apresentado: 
- Karl T. Ulrich, Steven D. Eppinger, Product Design and Development, quinta Edição, McGraw-Hill, 2012 
J.K. Nisbett, R.G. Budynas, “Elementos de Máquinas de Shigley”, oitava Edição, McGraw-Hill, 2011. 
 
- B.J. Hamrock, R.S. Shmid, B.O. Jacobson, “Fundamentals of Machine Elements”, third Edition, CRC Press, 
2014. 
- A.C. Ugural, “Mechanical Design of machine components” second edition, CRC Press, 2016. 
- F.P. Beer, E.R. Johnston Jr., J.T. Wolf, “Resistência dos Materiais”, quarta Edição, McGraw-Hill, 2006. 
- A. Silva, C.T. Ribeiro, J. Dias, L. Sousa, “Desenho Técnico Moderno”, quarta Edição, Lidel, 2004. 
- H. Carinhas, “Folhas de Introdução ao Projeto Mecânico”, IST-UTL. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Folhas de Apoio à unidade curricular Elementos de Máquinas I Introdução ao Projeto 
 
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1.2. Introdução 
O projeto mecânico surge usualmente integrado num processo de desenvolvimento de produto, em que 
é parte fundamental no dimensionamento de componentes e produtos que têm como foco satisfazer uma 
determinada necessidade. O projeto mecânico nasce assim da necessidade de transformar uma ideia num 
sistema que se destina a executar uma tarefa qualquer. Em particular, a Figura 1.1 representa a constituição 
de uma equipa genérica que tem à sua responsabilidade o desenvolvimento de um determinado produto; o 
Projeto Mecânico representa uma das partes fundamentais de um processo que é altamente complexo. 
 
Figura 1.1 – Exemplo da constituição de uma equipa de desenvolvimento de produto. Modificado a partir 
de: Karl T. Ulrich, Steven D. Eppinger, Product Design and Development, quinta Edição, McGraw-Hill, 2012 
O Projeto Mecânico pode ser baseado em diferentes abordagens, como o projeto para reduzir o custo total 
de desenvolvimento do equipamento (Design-to-cost) ou o projeto para reduzir o custo de manufatura e 
montagem de um determinado produto (Design to Manufacturing and Assembly), entre outras. Uma vez 
definida a abordagem a seguir, segue-se o estudo detalhado das partes do sistema a desenvolver: a forma 
como serão montadas as diferentes secções, o tamanho e localização dos componentes, tais como: veios, 
engrenagens, parafusos, molas, rolamentos, etc... Este processo é iterativo, onde melhores ideias substituem 
as iniciais até que se atinja o conceito que melhor se adequa à necessidade. 
As necessidades que são definidas pela equipa de desenvolvimento de um determinado produto influenciam 
fortemente as suas características, como sejam a resistência, fiabilidade, utilidade, custo e peso, entre outros. 
A partir do exposto percebe-se que a escolha e o dimensionamento dos elementos de máquinas exigem do 
projetista conhecimentos avançados de resistência dos materiais, de mecânica e das propriedades dos 
materiais, para poder analisar corretamente os esforços que agem sobre as peças e determinar a sua forma 
e dimensões adequadas para que o componente possa suportar as solicitações aplicadas. 
Projetar um sistema mecânico apresenta desafios diferentes e de dificuldade acrescida àqueles encontrados 
na seleção de componentes já existentes no mercado. Muitas vezes, as exigências do sistema tornam 
evidentes os requisitos funcionais de um componente. Entretanto, projetar um sistema mecânico grande, 
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compreendendo potencialmente milhares ou mesmo milhões de elementos da máquina, é um problema muito 
mais amplo. 
Para projetar sistemas mecânicos de elevada qualidade, um engenheiro deve ter larga experiência em relação 
aos elementos de máquinas existentes. Por exemplo, um sistema mecânico não irá incorporar uma 
engrenagem de parafuso sem-fim ou uma mola de Belleville se o projetista não tiver conhecimento de que 
estes dispositivos existem. 
1.3. Definição de Projeto 
Projeto significa coisas diferentes para pessoas diferentes. Um fabricante de roupas acredita que a 
incorporação de diferentes materiais ou cores num vestido novo constitui design. Um arquiteto projeta 
fachadas ornamentais para casas. Um engenheiroescolhe um rolamento de um catálogo e incorpora-o num 
redutor de velocidades. Essas atividades de projeto, embora pareçam fundamentalmente diferentes, têm algo 
em comum: todas elas exigem criatividade, prática e visão significativas para serem bem realizados. 
No âmbito deste documento, o projeto é a transformação de conceitos e ideias em máquinas úteis – o Projeto 
Mecânico. Uma máquina é uma combinação de mecanismos, sistemas e outros componentes que 
transformam, transmitem ou usam energia, carga ou movimento para uma finalidade específica. 
Uma máquina compreende vários elementos de máquinas diferentes devidamente concebidos e dispostos 
para trabalhar juntos como um todo. As decisões fundamentais relativas à carga, cinemática e escolha de 
materiais devem ser feitas durante o projeto de uma máquina. Outros fatores, como resistência, fiabilidade, 
deformação, tribologia (fricção, desgaste e lubrificação), custo e requisitos de espaço também precisam de 
ser considerados. O objetivo é então produzir uma máquina que não só seja suficientemente robusta para 
funcionar adequadamente por um tempo razoável, mas que também seja economicamente viável. 
Desta forma, pode-se definir Projeto como sendo a: 
 “Formulação de um plano capaz de proporcionar uma solução satisfatória e exequível a uma necessidade 
humana”. 
A necessidade humana pode ser precisa ou, pelo contrário, pode ser imprecisa e requerer maior esforço ao 
projetista na especificação dos seus requisitos. 
Um exemplo de uma necessidade precisa e de uma necessidade imprecisa são as seguintes: 
1) “O veio motor deste redutor está a dar problemas; houve 8 falhas nos últimos 6 meses. Temos de corrigir 
esta situação.” 
2) “A linha de produção continua a fabricar produtos com demasiados defeitos.” 
Deste modo, depreende-se que uma necessidade nunca tem uma resposta única nem uma solução correta. 
O “bom” hoje, pode ser “mau” amanhã, muito devido ao aperfeiçoamento e ao crescimento dos conhecimentos 
técnicos e científicos, assim como devido a diferentes necessidades da sociedade. 
Um dos exemplos mais dramáticos dessa alteração, em termos de materiais aplicados na engenharia, é o 
caso da aviação. Os primeiros aviões desenvolvidos foram construídos em madeira de baixa densidade (ex: 
balsa), arame de aço e seda (Figura 1.2(a)). No entanto, à medida que os aviões ficavam maiores, a madeira 
tornava-se menos prática, e passou-se à utilização do alumínio, como por exemplo no DC3 (Figura 1.2(b)) 
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proporcionando alta rigidez à flexão e baixo peso. Devido à pressão por uma economia de combustível e 
menor emissões de carbono, houve a necessidade da utilização de materiais de ainda menor peso. Desta 
forma, no final do século XX, passaram-se a utilizar materiais compósitos, como por exemplo no Boeing 787 
(Figura 1.2(c)), em que 80% do volume (50% da sua massa) é material compósito (plástico reforçado com 
fibra de carbono). 
 
(a) (b) (c) 
Figura 1.2 – (a) biplano Wright de 1903; (b) Douglas DC3 de 1935; (c) Boeing 787 Dreamliner de 2010. 
Tal como foi dito anteriormente, não existem soluções perfeitas, mas antes satisfatórias, adequadas ao fim 
em vista e formuladas com o conhecimento atual. No entanto, a solução terá de ser exequível, ou seja, deverá 
ter possibilidade de execução, quer a nível técnico e científico, quer a nível económico e financeiro. 
Um exemplo, de várias soluções possíveis e satisfatórias, são os saca rolhas apresentados na Figura 1.3, em 
que todos eles satisfazem o fim em vista. 
 
Figura 1.3 – diversos tipos de saca rolhas. 
Os projetos podem-se classificar quanto à área de conhecimento relativa à necessidade. No caso específico 
deste documento, pretende-se que o tema seja o Projeto em Engenharia Mecânica. No entanto a Engenharia 
Mecânica é sempre interdisciplinar, podendo englobar aspectos de várias disciplinas de Engenharia Mecânica 
e aspetos de outras áreas de Engenharia, como sejam a eletrónica, a química, etc., não esquecendo, no 
entanto, que é necessário ter-se sempre em consideração limitações e fatores económicos. 
Os principais objectivos de um projeto em Engenharia Mecânica são os de criar e/ou recondicionar e/ou 
melhorar e/ou adaptar um sistema. “A Engenharia oferece à sociedade opções adequadas e exequíveis que 
constituem uma alternativa desejada ao curso natural dos acontecimentos” (Figura 1.4). 
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Figura 1.4 – Sátira às diferentes perspetivas existentes no desenvolvimento de um produto. 
1.4. Fases do Projeto Mecânico 
O Projeto Mecânico é um processo de iteração no qual se trabalha em fases, em que existe uma avaliação 
permanente dos avanços tomados e em que pode mesmo ser necessário retornar a fases de desenvolvimento 
anteriores. Assim, podem-se sintetizar faseadamente diversos componentes de um sistema, analisando-se e 
melhorando-se os mesmos durante o processo de projeto. 
O processamento total de um projeto passa por várias fases, desde o reconhecimento de uma necessidade 
até ao seu fabrico. Na Figura 1.5 está representado um exemplo de um diagrama de fluxo com as principais 
fases a ter em conta num projeto. As ligações do diagrama de fluxo estabelecem uma sequência. 
 
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Figura 1.5 – Diagrama de Fluxo de um Projeto Mecânico. 
1.4.1. Descrição das principais fases 
Necessidade – A necessidade de desenvolvimento de um determinado produto está usualmente na 
origem do processo de projeto mecânico – usualmente, esta necessidade é denominada como market-pull (o 
mercado pede por uma necessidade, e as empresas de desenvolvimento de produto respondem a ela). 
Especificações – Iniciado o seu desenvolvimento, é necessário estabelecer especificações e requisitos 
do sistema a projetar (quantidade, vida e ambiente de serviço pretendidos, etc.) e respetivos 
constrangimentos (custo máximo, dimensões e peso máximo, limitações de tecnologia e de materiais 
existentes). 
Exequibilidade – Esta fase analisa a exequibilidade técnica e a viabilidade financeira do produto ou 
sistema a desenvolver. É necessário, assim, ter em consideração aspetos tecnológicos e económicos: Há 
dependência de materiais escassos? O produto final é economicamente rentável? 
Anteprojeto – Síntese do projeto. Resulta de conhecimento técnico científico, criativo e empírico. Tem 
em conta resistência dos elementos, o seu design exterior, processos de manutenção e viabilidade económica 
da operação do produto a ser desenvolvido. Deve também ter em conta preocupações de cariz ambiental e 
de sustentabilidade – nomeadamente promovendo a utilização de materiais recicláveis e/ou biodegradáveis, 
provenientes de fontes fidedignas e ambientalmente éticas. 
Projeto de conjunto e detalhado – Definição dos desenhos de conjunto e de detalhe pormenorizados. 
Dimensionamento e análise estrutural dos componentes ou dos elementos individuais. Seleção de 
unidades/peças normalizadas (catálogos/normas); otimização; notas de cálculo; desenhos de fabrico. 
Necessidade 
Especificações 
Exequibilidade 
Anteprojeto 
Projeto de Conjunto 
Projeto Detalhado 
Avaliação 
Decisão 
Fabrico 
Optimização 
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Avaliação – A avaliação do projeto é a verificação final do seu êxito. Nesta fase, são desenvolvidos 
protótipos, que são testados sob diferentes tipos de solicitações e avaliações.Esta fase é a grande geradora 
de alterações ao projeto, já que é aqui que erros e imprecisões não detetadas nas fases anteriores são 
percetíveis aos projetistas. 
Apresentação do projeto – A comunicação do projeto aos outros, por exemplo ao responsável Superior, 
ao cliente ou ao investigador é um passo vital do projeto. Nesta fase não há regras fixas, mas há linhas de 
orientação para a sua forma mais corrente que é a escrita, por exemplo, através de um Relatório de Projeto. 
1.5. Considerações de Projeto 
Muitas das decisões a tomar durante um projeto de dimensionamento de um componente são altamente 
dependentes de constrangimentos externos, como por exemplo, a espessura mínima de uma determinada 
secção, as dimensões de outras peças adjacentes, ou mais importante ainda, a resistência do material já 
definido para a construção do projeto. Discutem-se, aqui, algumas das principais considerações que devem 
ser tidas em conta durante o Projeto de um determinado componente. 
1.5.1. Resistência 
A resistência dos materiais está associada à sua capacidade de resistir a um determinado carregamento 
sem que ocorra falha ou deformação plástica. Adicionalmente, a resistência de um determinado componente 
é altamente dependente da forma, das suas dimensões, do modo de carregamento e do meio ambiente (entre 
outros). Portanto, para além das incertezas relativas à determinação da carga real a ser aplicada no 
componente, há que considerar a incerteza quanto à capacidade desse mesmo componente resistir a essa 
carga. As incertezas relativas à resistência podem ser devidas a: 
• Variações nas propriedades do material (heterogeneidade de lote para lote, no mesmo lote e na 
própria peça); 
• Efeitos de escala (por exemplo, efeitos de buckling em componentes esbeltos); 
• Tipo de carregamento (a resistência é diferente se o carregamento é variável no tempo e se cresce 
gradualmente ou bruscamente; se o estado de tensão é uniaxial ou multiaxial, se é de tração ou 
compressão, etc.); 
• Processo de fabrico (a resistência depende do acabamento superficial, de alterações do estado 
mecânico e do estado metalúrgico – tratamento térmico, provocado pelo processo de fabrico); 
• Meio Ambiente (redução da tensão de cedência com o aumento da temperatura, redução da 
tenacidade com a redução da temperatura, das propriedades com a oxidação/corrosão). 
No caso geral, o projetista deve prevenir-se das incertezas associadas a estas variáveis aplicando um 
Coeficiente de Segurança, notado pelas designações 𝑛, CS ou SF (em inglês, safety factor), pela equação ( 
1.1): 
 
𝑛 =
𝑅𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑟𝑒𝑔𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
 ou 𝑛 =
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑅𝑒𝑎𝑙
 ( 1.1 ) 
 
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Em que 𝑛 é um factor de correção da propriedade para lhe definir um valor admissível a não ser ultrapassado, 
de forma a que desastres como os da Figura 1.6 não ocorram. No caso da fratura do navio Liberty (Figura 
1.6(a)), em que mais de 200 navios fraturaram, chegou-se à conclusão que o efeito das concentrações de 
tensões e das tensões residuais na soldadura, não tinham sido tomadas em conta, durante o projeto desses 
navios. Foi daqui que “nasceu o estudo da mecânica da fratura”. Já no caso da ponte Silver Bridge, no Ohio 
(Figura 1.6(b)), chegou-se à conclusão de que colapsou devido a falhas nos procedimentos de manutenção 
e a carregamentos operacionais excessivos (superiores ao que o seu projeto inicial permitia). 
 
(a) (b) 
Figura 1.6 – (a) fratura frágil no navio Liberty (1943); (c) fratura da ponte Silver Bridge (1967). 
A especificação de um coeficiente de segurança não é tarefa simples, sendo fundamentalmente um fator 
empírico, dependendo em grande parte da experiência acumulada com o tipo de projeto em causa. 
Em projetos de grande responsabilidade, só com experimentação e cuidadosa análise estatística se pode 
definir um coeficiente de segurança. Em certos projetos específicos, o coeficiente de segurança é indicado 
por normas e códigos de projeto respectivos. 
Em projetos simples e de baixa responsabilidade, o coeficiente de segurança pode ser atribuído com base 
em indicações de certos livros da especialidade. 
A escolha do coeficiente de segurança será tratada novamente no Capítulo 2 destas folhas 
1.5.2. Fiabilidade 
A fiabilidade é a probabilidade de um determinado componente desempenhar sem falha a função 
destinada, em condições estabelecidas (modo de operação, ambiente de serviço, vida pretendida, etc.) A 
fiabilidade é, portanto, uma medida de confiança que se pode ter num órgão. A fiabilidade de 100% nunca se 
consegue obter, pois significa que a falha do elemento será completamente impossível. 
1.5.3. Custo 
O cálculo do custo do projeto é essencial na análise de exequibilidade, importante em todas as fases do 
projeto. Para isso terá de se ter em conta as seguintes variáveis: 
• adoção de materiais adequados à aplicação, conceções simples e processos de fabrico rentáveis; 
• máxima utilização de consumíveis normalizados e já fabricados de série (ex: parafusos); 
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• especificação de tolerâncias de fabrico razoáveis (a precisão é diretamente proporcional ao custo). 
• aplicação de gráficos de “Ponto de equilíbrio” (Indicam a solução mais rentável para o fim em vista). 
1.5.4. Prevenção 
O fabricante de um produto pode ser considerando responsável por danos materiais e humanos devido 
a falha intrínseca ou à sua operação, caso se prove que não foram tomadas medidas preventivas contra estas 
falhas. Para tal deverá ter-se em conta com os seguintes pontos (entre outros): 
• evitar arestas vivas/obstáculos à operação; 
• colocar redes/proteções em componentes rotativos ou com potencial de impacto em seres vivos; 
• prover dispositivos de sistemas de proteção/segurança – por exemplo, controlo de maquinaria com 
duas mãos. 
1.5.5. Fabrico 
O elemento a projetar necessitará de ser fabricado e montado a um custo competitivo e os materiais 
e o cálculo vão depender dos processos de fabrico escolhidos e adoptados. O projetista deverá então estar 
bem informado sobre os processos de fabrico existentes. Tal como indicado anteriormente, o projeto pode ter 
como foco principal a redução dos custos no fabrico e montagem (Design for Manufacturing and Assembly). 
1.5.6. Impacto Ambiental 
O projetista deve ter em conta, no desenvolvimento de um novo conceito, produto ou componente, o 
impacto ambiental que as suas escolhas terão, a longo prazo, para a sustentabilidade dos recursos existentes 
na terra, para a preservação do ambiente e da atmosfera, e para a qualidade de vida dos seus utilizadores. 
Assim, deve-se ter em conta se, por exemplo, um material mais barato pode ter custos ambientais mais 
elevados, por exemplo na fase de produção e/ou transporte, ou na fase de desmantelamento e tratamento de 
resíduos. Garantir a sustentabilidade ambiental representa uma das responsabilidades basilares inscritas no 
código deontológico dos engenheiros. 
1.6. Relatório do projeto 
Num relatório de projeto há que ter em conta os seguintes aspetos que deverão ser incluídos: 
1. Capa com título e identificação do projetista; 
2. Índices (geral, de figuras, de tabelas, nomenclatura e siglas); 
3. Bibliografia ou Referências bibliográficas; 
4. Memória Descritiva, onde se faz o relato sucinto das fases do projeto relativas à necessidade, 
especificações e exequibilidade; 
5. Notas de cálculo relativas às fases do projeto final (de conjunto e detalhado): 
Deve-se referir o critério de cálculo utilizado, que pode ser baseado em normas pré-definidas, assim 
como as expressões de cálculo apresentadasna sua forma literal, seguida da forma numérica e 
resultados. 
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Os resultados iterativos não deverão ser incluídos nesta secção. 
6. Desenhos das formas, dimensões, instruções de montagem, de fabrico, etc., relativas a todo o projeto. 
• Desenho geral de conjunto/subconjuntos com lista de peças e cotas gerais de atravancamento e 
de montagem, com número de vistas necessárias e suficientes à compreensão do funcionamento; 
• Desenhos de fabrico das peças exaustivamente cotados com todas as instruções necessárias ao 
fabrico. 
7. Anexos, onde se deverão incluir: 
• Anteprojeto; 
• Cálculos repetitivos – quadro de valores; 
• Descrições sucintas – Uso de esquemas, gráficos, esboços; 
• Fundamentos Longos; 
• normas/catálogos; 
• Análises comparativas entre soluções e tentativas e iterações. 
1.6.1. Memória Descritiva 
Uma das componentes mais importantes do relatório de um projeto é a sua memória descritiva. Esta 
deve incluir alguma informação (não demasiadamente técnica e exaustiva) sobre as principais características 
do produto. O projetista deverá colocar-se na posição de um vendedor, que está a expor as características e 
a demonstrar as principais funcionalidades de um produto a outra entidade a quem interesse esse produto. 
Em geral, deve incluir a seguinte informação: 
1. Introdução geral onde deve ser identificado o produto (com marcas, referência do produto, número 
de série, ano de fabrico, etc.) identificando o motivo que o levou a escolher e a desenhar o presente 
componente. 
2. Explicar detalhadamente as funções do componente. O que faz? Para que serve? Onde se utiliza? 
Sempre que necessário deverá incluir imagens 3D dos objetos. 
3. Explicar resumidamente como é que se opera o componente e como é que se deve manusear 
corretamente. 
4. Dar informações sobre a constituição física do componente. Justificar quais os materiais utilizados, 
cores dominantes, etc.. Tem subconjuntos ou módulos? Tem acessórios opcionais? 
5. Identificar as características técnicas do componente, como as suas dimensões globais, peso, a 
potência, cilindrada, tipo de energia utilizada, etc. É produto certificado? Que tipo de certificação?