Estudo de caso

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UNIFACS – UNIVERSIDADE SALVADOR
ENGENHARIA MECÂNICA
PAULO VINICIUS LIMA DE SIQUEIRA TRINDADE
VINÍCIUS LEÃO DE CARVALHO CUNHA DO AMARAL
ESTUDO DE CASO
Salvador
2012
PAULO VINICIUS LIMA DE SIQUEIRA TRINDADE
VINÍCIUS LEÃO DE CARVALHO CUNHA DO AMARAL
ESTUDO DE CASO
Trabalho avaliativo apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da UNIFACS – Universidade Salvador, como requisito parcial para conclusão da disciplina de Materiais Cerâmicos, Poliméricos e Compósitos.
Orientadora: Sueila Silva Araújo 
Salvador
2012
ESTUDO DE CASO 01
Problema: Qual o material da capa de CD? Qual o problema da embalagem? Se a substituição do material influencia ou não no projeto.
Os cases (capas) de Compact Disc (CD’s), surgiram a partir da necessidade de armazenar os CD’s de forma prática, de fácil acessibilidade, e que o CD não sofresse com os fatores externos (intempéries, sujeira ou danos mecânicos). 
Esses cases aparecem de diversos materiais dentro do mercado, mas nesse estudo será avaliado o desenvolvido de PMMA – Polimetil Metacrilato, esse polímero pode ser caracterizado como um polimérico acrílico e também um termoplástico especial, assim garantindo-o propriedades úteis para ser utilizado como material de case de CD, sendo essas: excelente propriedades óticas, por ser transparente e permitir melhor visibilidade do produto (CD); alta resistência a intempéries , logo protege o produto contra os fatores externos que possam levá-lo ao defeito; boa resistência a abrasão, assim não desgasta-se com facilidade; estabilidade dimensional, garante que o polímero não perca sua forma mesmo com a variação da temperatura; facilidade de pigmentação, que deixa-o esteticamente melhor. Entretanto esse material apresenta desvantagens para ser utilizado com esta finalidade, sendo essas: Ser facilmente atacado por solventes fortes, ser caro, as peças moldadas são altamente sujeita a tensões e, principalmente, tem baixa resistência mecânica. Dessa forma, independente das outras propriedades, qualquer impacto poderia ocasionar a quebra do case expondo o CD e logo não atendendo a um dos principais requisitos.
Após estudos para satisfazer as reais propriedades necessárias a um bom case de CD, eles passaram a ser confeccionados de PE – Polietileno, por ter baixo custo, refletindo no preço final do produto; por ter elevada resistência química e a solventes, assim garantindo que não haja danos químicos ao CD; é macio e flexível, sendo viável nesta aplicação por não quebrar com facilidade; fácil processamento; excelentes propriedades isolantes, garantindo desta forma que não haja interferência externa no CD de fora a danificá-lo. 
O principal problema relacionado com os cases de CD’s de PMMA são as quebras com facilidade das extremidades. Havendo muitos fatores que precisam ser analisados para afirmar com convicção qual o causador desse problema. Primeiramente, deve ser analisado o material de confecção o PMMA que não é viável por ter baixa resistência mecânica, esse pode ser o fator causador; outro fator é o projeto de case, devido à variação brusca de espessura do material gerando um ponto concentrador de tensão, facilitando a ocorrência da fratura.
Portanto, as mudanças de design e do material, do PMMA para o PE, trouxeram grandes benefícios para os consumidores e para os produtores, pois minimizaram os custos de produção e os custos para suprir as quebras no processo, e conseguem exercer a função de preservar o Compact Disc.
Pesquisa feita baseada na literatura:
DSE BRASIL. Acrilico. Disponível em: <http://www.dsebrasil.com.br/acrilico_dse.htm>. Acesso em: 8 mar. 2012.
CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2. ed. São Paulo: Artliber, 2006. 280 p. ISBN 9788588098107 (broch.)
CALLISTER, William D.,. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. xvii, 589 p.
ESTUDO DE CASO 02
Problema: Quadro de bicicleta em plástico com fibra de carbono quebrado, essa quebra foi gerada através de que?
As bicicletas são veículos, geralmente, de duas rodas presas a um quadro, movidas através do esforço mecânico gerado pelo usuário. Elas podem ser utilizadas como veículos, em questão de transporte; para o lazer, utilizadas por pessoas de todas as idades para propiciar o bem estar; ou como modalidade esportiva, dando as bicicletas designs mais complexos e adequados para competições, neste caso o objeto de estudo.
Cotidianamente são desenvolvidos novos métodos de fabricação de bens, visando aperfeiçoar suas propriedades e/ou reduzir o seu custo de fabricação. Com as bicicletas não foi diferente, na tentativa de reduzir o seu peso para que esta obtivesse um melhor desempenho durante as competições, elas passaram a ser fabricadas também em fibra de carbono. 
O material utilizado na produção dessas bicicletas na verdade é um compósito, formado por fibra de carbono e, na maioria das vezes, por resina epóxi. A fibra de carbono confere ao material, boas propriedades em questão de resistência física e química mesmo a elevadas temperaturas e ainda utilizados em um compósito, como neste caso, garante elevado desempenho. A resina epóxi utilizada em compósito, se apresenta em estado liquido, ela confere ao material alta resistência mecânica e química, além de ser um plástico termorrígido, garantindo que após sofrer o processo de cura, torna-se rígido, infusível e insolúvel, pois as moléculas tridimensionais formão estruturas bastante rígidas devido à força das ligações, dando ao material uma maior resistência ao esforço mecânico. A combinação desses materiais conferem alta resistência e baixo peso, sendo aplicável em termos de equipamento para competição. A fibra de carbono tem o papel de carga, aditivo usado como enchimento, visando melhorar propriedades e diminuir o custo, mais especificamente, de reforço, sendo essas, aditivos que conferem ao composto melhores propriedades mecânicas, das quais aumento do modulo de elasticidade e resistência mecânica. As cargas de reforço devem ter o cuidado especial durante a elaboração do projeto, e durante o processamento, pois as partículas sólidas arranjadas de forma errada podem se tornar pontos concentradores de tensão, levando o produto a sofrer ruptura, mesmo abaixo da tensão de ruptura anteriormente estabelecida.
Considerando a ruptura no quadro da bicicleta, esta pode ter sido ocasionada por erro de fabricação, deixando durante o processo de formação do compósito, pontos concentradores de tensão propiciando a falha; falha de projeto nos cálculos corretos das tensões e/ou dimensões corretas; o erro também pode ter sido ocasionado por mau uso, visando que uma bicicleta deste tipo deve ser utilizada em terrenos lisos e o uso em terrenos não regulares pode causar um excesso de tensão e gerando a fratura. 
Observando a ruptura que aconteceu neste quadro de pode-se notar que esta aconteceu numa área mais propícia à incidência de tensões, pela sua localização próxima a caixa de movimento central. E esta fratura, apesar das várias possibilidades de falhas existentes, tende a ter sido causada por um erro de projeto nos cálculos das dimensões do quadro ou um erro de processamento que torna a carga de reforço pontos concentradores de tensão.
Pesquisa feita baseada na literatura:
DICIONÁRIO INFORMAL. Bicicleta. Disponível em: <http://www.dicionarioinformal.com.br/bicicleta/>. Acesso em: 8 mar. 2012.
INFOESCOLA. Fibra de carbono. Disponível em: <http://www.infoescola.com/quimica/fibra-de-carbono/>. Acesso em: 8 mar. 2012.
SILAEX. Epóxi. Disponível em: <http://www.silaex.com.br/resinas%20ep%C3%B3xi.htm>. Acesso em: 8 mar. 2012.
CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2. ed. São Paulo: Artliber, 2006. 280 p. ISBN 9788588098107 (broch.)
CALLISTER, William D.,. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. xvii, 589 p.ESTUDO DE CASO 03
Problema: Porque ocorreu a fratura de um assento de PP fixo em uma base de metal de um barco a motor? Passageiro foi jogado ao mar e morreu afogado.
O assento, no caso estudado, é feito de Polipropileno – PP, fixado em uma base metálica de um barco a motor convencional, reservado para uma pessoa, com o fim de manter o usuário do barco numa posição confortável para que possa navegar da melhor forma possível.
O polipropileno é muito aplicado na fabricação de utensílios comumente utilizados, dentre eles seringas descartáveis, carpetes e peças de automóveis.
A utilização do Polipropileno – PP na fabricação de assentos é muito comum pelas características que este polímero apresenta, são elas: baixo custo, elevada resistência química e a solventes, fácil moldagem, fácil coloração, alta resistência a fratura por flexão e fadiga, boa resistência ao impacto acima de 15°C, boa estabilidade térmica. Porém algumas propriedades limitam as aplicações desses assentos, tais como: maior sensibilidade a luz UV e agentes de oxidação, sofrendo degradação com maior facilidade. 
Neste objeto de estudo esta fratura pode ter ocorrido pela ação dos raios solares, pelos agentes de oxidação, ou até pela incompatibilidade da pigmentação. Dessa forma para ter uma melhor resposta do que houve com este assento a faz-se necessário a exposição deste a alguns ensaios.
Deste modo a melhor explicação teórica para a fratura neste assento seria a ação conjunta dos raios solares e possivelmente, da pigmentação agindo como um solvente, que enfraquecem as ligações químicas, criando pontos concentradores de tensão onde a ruptura seria mais provável. Com a aceleração obtida pelo barco numa partida, pode ter sido esta a causa da fratura no assento e de o passageiro ser jogado ao mar.
Pesquisa feita baseada na literatura:
PORTAL SÃO FRANCISCO. Polipropileno. Disponível em: <http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/plasticos/polipropileno.php>. Acesso em: 8 mar. 2012.
DICIONÁRIO INFORMAL. Polipropileno. Disponível em: <http://www.dicionarioinformal.com.br/polipropileno/ >. Acesso em: 8 mar. 2012.
RECICLA BRASIL. Reciclagem PP. Disponível em: < http://reciclabrasil.net/pp.html >. Acesso em: 8 mar. 2012.
CANEVAROLO JR., Sebastião V. Ciência dos polímeros: um texto básico para tecnólogos e engenheiros. 2. ed. São Paulo: Artliber, 2006. 280 p. ISBN 9788588098107 (broch.)
CALLISTER, William D.,. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002. xvii, 589 p.