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1 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 1 Tipos de Materiais (Relevância) “Nós, os físicos, podemos imaginar e projetar todos os detalhes dos reatores com base em dezenas de combinações dos requisitos essenciais, mas serão apenas reatores de papel até que o metalúrgico nos diga se ele pode ser construído e do que pode ser construído. Só então perceberemos se há alguma esperança de que estes reatores possam produzir energia a um preço aceitável” Dr. Normann Hilberry Diretor do Laboratório Nacional de Argonne (1957-1961) 2 Tipos de Materiais (Classificação) 3 Tipos de Materiais (Metais) • Materiais Metálicos: os materiais metálicos são normalmente combinações de elementos metálicos. • Propriedades: Grande número de elétrons livres. Não são transparentes à luz. São resistentes, mas deformáveis. 4 Tipos de Materiais (Metais – Tabela Periódica) 5 Tipos de Materiais (Metais – Aço) • Aço Fe + C (máximo de 2,11%) 6 Tratamento térmico: engrenagem de aço que sofreu tratamento térmico superficial. Tipos de Materiais (Metais – Aço) Microestrutura da seção longitudinal do semi-eixo (1.000x). Tipos de Materiais (Cerâmicos) • Materiais Cerâmicos: os materiais cerâmicos são normalmente combinações de metais com elementos não metálicos. Os principais tipos são: óxidos, nitretos e carbetos. • Propriedades: Isolantes térmicos e elétricos. Mais resistentes às altas temperaturas e a ambientes corrosivos que os metais e polímeros. Apresentam elevada dureza, porém frágeis (quebram sem deformações visíveis). 8 Tipos de Materiais (Cerâmicos Avançados) • Cerâmicos: são produzidos com reagentes de alta pureza e processamento sofisticado. 9 Microesfera de Óxido de Alumínio (alumina). Microestrutura superficial. Tipos de Materiais (Polímeros) • Materiais Poliméricos: os polímeros são constituídos de macromoléculas orgânicas, sintéticas ou naturais. • Propriedades: São geralmente leves. Isolantes elétricos e térmicos. Flexíveis. Apresentam boa resistência à corrosão e baixa resistência ao calor. 10 2 Tipos de Materiais (Compósitos) • Materiais Compósitos: os materiais compósitos são projetados de modo a conjugar as propriedades de dois ou mais materiais. 11 Peças de automóveis Estrutura Cristalina • Um material cristalino é aquele no qual os átomos estão situados em uma disposição repetitiva ou periódica ao longo de grandes distâncias atômicas; isto é, existe uma ordenação de grande alcance tal que na solidificação, os átomos se posicionarão entre si em um modo tridimensional repetitivo, onde cada átomo está ligado aos seus átomos vizinhos mais próximos. Cristalino Amorfo 12 Estrutura Cristalina (Redes de Bravais) 13 Material Cristalino Material Policristalino Material Amorfo Estrutura Cristalina (Redes de Bravais) 14 3 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 2 Imperfeições, Difusão e Falhas • Um defeito ou imperfeição na estrutura cristalina pode ser compreendido como a ruptura de sua regularidade. Defeitos Puntiformes. Defeitos Lineares. Defeitos de Superfície. 1 Imperfeições (Defeitos Puntiformes) • Defeitos Puntiformes: são aqueles associados a magnitude de um ou dois átomos. 3 Impureza Intersticial Vacância Impureza Substitucional Imperfeições (Defeitos Lineares) 4 Defeitos Lineares: são imperfeições da rede que ocorrem ao longo de uma linha e são chamadas de discordância. Existem três tipos de discordâncias: Discordância em Cunha. Discordância em Hélice. Discordância Mista (mistura de discordância em hélice e em cunha). Imperfeições (Defeitos Lineares) 5 Discordância tipo aresta ou tipo cunha Imperfeições (Defeitos Lineares) 6 Discordância em Hélice Imperfeições (Defeitos Lineares) 7 Discordância tipo Hélice Imperfeições (Defeitos Lineares) 8 Discordância Mista Imperfeições (Defeitos Lineares – Discordâncias e deformação) 9 Deformação Imperfeições (Defeitos Superficiais) • Defeitos Lineares: são imperfeições que ocorrem ao longo de uma superfície. Superfície Externa Contorno de Grão Contorno de Macla 10 4 Imperfeições (Defeitos Superficiais – ligações livres) 11 Superfície Externa Imperfeições (Defeitos Superficiais – Contorno de Grão) 12 Contorno de Grão: é a região de encontro dos grãos, que podem ter orientações cristalográficas diferentes Imperfeições (Defeitos Superficiais – Contorno de Macla) 13 Contorno de Macla: é um tipo especial de contorno de grão através do qual se estabelece uma simetria especular da rede cristalina. Difusão Difusão é o fenômeno de transporte de material por movimento atômico. O processo de difusão pode ocorrer em materiais, líquidos, gasosos e sólidos; iremos ver quais são os processos de difusão mais importantes que ocorrem nos materiais sólidos e que podem influenciar na sua utilização. É um processo altamente dependente da temperatura. 14 Fratura • Deformação Elástica: é aquela que cessa após os esforços cessarem. • Deformação Plástica: é aquela que não cessa após os esforços cessarem. 15 Fratura • A fratura frágil caracteriza-se por apresentar pequena ou nenhuma deformação plástica na vizinhança de uma trinca que está avançando. • Fadiga é uma forma de falha que ocorre em estruturas que estão sujeitas à tensão dinâmica, por exemplo: pontes, aeronaves e componentes de máquinas. • Fluência é a deformação permanente que ocorre ao longo do tempo nos materiais quando eles são submetidos a tensões constantes. 16 5 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 3 Processos de Fabricação (Ligas Metálicas) • Laminação • Forjamento • Trefilação • Extrusão • Estampagem • Usinagem • Fundição 2 Processos de Fabricação (Laminação) A laminação consiste em passar um material entre dois cilindros que promovem a compressão do mesmo e a sua redução de espessura. É um dos processos mais utilizados na indústria. 3 Chapas de Aço Processos de Fabricação (Forjamento) O forjamento é a deformação mecânica, geralmente a quente, através de golpes sucessivos ou através de compressão contínua. 4 Biela Forjada Processos de Fabricação (Trefilação) A trefilação consiste em “puxar” o material através de um orifício cônico, diminuindo a sua seção reta. Barras e arames são feitos por este processo. 5 Fio Trefilado Processos de Fabricação (Extrusão) A extrusão consiste na passagem de um corpo metálico, geralmente de forma cilíndrica, que é forçado a escoar através da abertura, por meio de uma ação de compressão de um pistão acionado pneumaticamente ou hidraulicamente. 6 Perfis Extrudados Processos de Fabricação (Estampagem) A estampagem é um processo de conformação plástica, geralmente a frio, e para a produção de peças de paredes finas. 7 Chapa Original Chapa Deformada Peça Estampada Processos de Fabricação (Usinagem) A usinagem consiste em um processo que busca produzir formas com elevada tolerância dimensional, bom acabamento superficial e muitas vezes de geometrias complexas. 8 Processos de Fabricação (Fundição) A fundiçãoé um processo de fabricação no qual se utiliza o metal ou liga metálica completamente fundido, vertendo-o em uma cavidade denominada molde (produzida pelo objeto denominado “modelo”). 9 Metal Líquido Molde Metalografia Preparação da amostra para observação em microscópio. 10 Aço Embutido Ataque Químico Microestrutura de Aço 6 Processos Térmicos A maior parte dos processos de tratamento térmico consiste no aquecimento e resfriamento das peças, com o objetivo de alterar suas propriedades mecânicas, afim de aumentar o desempenho de tais materiais. O processo de aumento da temperatura deve ocorrer de maneira controlada, mantendo a temperatura por um tempo determinado e posterior resfriamento. Recozimento. Normalização (recozimento ao ar livre). Têmpera. Revenido. 11 Processos Térmicos (Recozimento) O termo recozimento se refere ao tratamento térmico em que o material é exposto a uma temperatura elevada durante um longo período de tempo e depois resfriado lentamente. Finalidades do recozimento. Alívio de tensões. Redução da dureza. Aumento da ductilidade. Obtenção de microestrutura específica. 12 Processos Térmicos (Recozimento) Exemplo de microestrutura modificada em liga metálica. 13 Laminado Recozido 1h Recozido 2h Processos Térmicos (Têmpera) A têmpera, de uma forma qualitativa, é o tratamento térmico que consiste em aquecer o material a altas temperaturas, mantê-lo a esta temperatura durante um intervalo de tempo, e depois resfriá-lo rapidamente. Finalidades da têmpera: Aumento da dureza. Aumento da resistência mecânica. 14 Processos Térmicos (Têmpera) Exemplo de microestrutura martensítica em aço submetido a têmpera. 15 Estrutura Acicular (na forma de agulhas) Processos Térmicos (Revenido) O revenido consiste no tratamento térmico que se emprega depois da têmpera e visa diminuir a fragilidade das peças, além de torná-las mais maleáveis para o processo de usinagem. 16 Têmpera Revenido Processos Térmicos (Revenido) Exemplo de microestrutura de aço temperado e revenido. 17 Estrutura Acicular Aço Temperado Aço Levemente Revenido Aço Revenido Corrosão Entende-se por corrosão a deterioração de um material, geralmente metálico, que pode ocorrer por uma ação química ou eletroquímica, do meio ambiente, associada ou não, a esforços mecânicos. 18 Anodo de SacrifícioMaterial Corroído Cobertura Polimérica 7 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 4 Materiais Cerâmicos (Cimentos e Vidros) Os materiais cerâmicos são compostos originados a partir de elementos metálicos e não metálicos, na maioria das vezes originando óxidos, carbetos ou nitretos. Alguns autores incluem neste estudo as cerâmicas argilosas (as porcelanas), assim como os cimentos e vidros. 2 Materiais Cerâmicos (Cimentos e Vidros) Características Gerais Alta dureza. Fragilidade (baixa capacidade de absorver energia através de deformação plástica). Isolantes elétricos. Isolantes térmicos. Resistentes a corrosão. 3 Materiais Cerâmicos (Vidros) Os vidros são materiais não cristalinos como predominância de SiO2 (70%) aproximadamente e adição de outros óxidos. - CaO. - NaO. - K2O. - Al2O3. 4 Alteram a transparência ótica e a facilidade de fabricação (viscosidade) Materiais Cerâmicos (Vidrocerâmicos) São vidros com um determinado grau de cristalinidade, criada a partir de tratamentos térmico adequado (às vezes, com a adição do dióxido de titânio). Propriedades dos vidrocerâmicos: Baixo coeficiente de expansão (diminuindo a probabilidade de ocorrer choque térmico). Maior resistência mecânica. Compatibilidade com altas temperaturas. Boas propriedades dielétricas. Boa compatibilidade biológica. 5 Materiais Cerâmicos (Cerâmicas Argilosas) Argila é o material composto de pequeníssimas partículas minerais (na ordem de 0,002mm) oriundas da degradação de rochas. Estas partículas, quando agregadas em ambiente úmido, possuem grande plasticidade, sendo utilizadas na produção de cerâmicos estruturais e louças brancas. 6 Grande Plasticidade Cerâmicas Estruturais Louças Brancas Materiais Cerâmicos (Refratários) São cerâmicas que podem ser submetidas a ambientes de altas temperaturas sem sofrer fusão ou decomposição, permanecendo inertes neste ambiente. As argilas refratárias são formadas por Al2O3, SiO2, MgO, CaO, TiO2 entre outros e em diversas composições. 7Forno Mufla Material Refratário Materiais Cerâmicos (Abrasivos) São cerâmicas utilizados para polir, desgastar ou cortar outros materiais de menor dureza. Exemplos de cerâmicos abrasivos: Carbeto de Tungstênio (WC), Carbeto de Silício, Óxido de Alumínio e Areia de Sílica. 8 Lixa com Material Abrasivo Amostra Metalográfica Materiais Cerâmicos (Cimentos) Uma características destes materiais, comercializados na forma de pó é a de que quando misturados com água “pegam” e endurecem. Exemplo: Cimento Porland: é um produto obtido a partir da moagem conjunta de argila e minerais, contendo cal em diversas proporções. Esta mistura é aquecida em torno de 1.400oC e moída novamente para obtenção de pó fino. 9 Materiais Cerâmicos (Avançados) São aqueles obtidos com reagentes de alta pureza e processamento sofisticados para obtenção de produtos de alto desempenho. 10 Produção de Microesferas de UO2 8 Materiais Cerâmicos (Fabricação) 11 Minerais no Estado Bruto ConformaçãoMistura e Moagem Materiais Cerâmicos (Fabricação) 12 Usinagem do Corpo Verde Acabamento e Controle de Qualidade Tratamento Térmico Materiais Cerâmicos (Tratamento Térmico - secagem) 13 Risco de Fragmentação Materiais Cerâmicos (Tratamento Térmico - Sinterização) 14 Partículas (pó) Poros Material Densificado 9 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 5 Polímeros (Definição) A etimologia da palavra polímero vem do grego poli (muitos) e mero (unidades de repetição). Um polímero é, portanto, a macromolécula formada por muitas (dezenas de milhares) de unidades de repetição denominadas meros, ligadas umas às outras por meio de uma ou mais ligações covalentes. Polímeros (Definição) As macromoléculas são majoritariamente constituídas de “C” e “H”, sendo comum a presença de materiais não metálicos, como F, O e N. Polímeros (Definição) Polímero Monômero + Monômero...+ Monômero Monômero Polímeros (Características Gerais) Baixo ponto de amolecimento e ponto de fusão. Baixa densidade. Alta maleabilidade. Baixa resistência mecânica (comparada a dos metais). Isolantes térmicos e elétricos. Resistentes a degradação por produtos inorgânicos e por alguns produtos orgânicos. Polímeros (Classificações) Quanto a Origem: natural ou sintético. Quanto a Reação de Preparação: adição ou condensação. Quanto a Estrutura Química: linear, ramificado ou reticulado. Polímeros (Classificação) Características de fusibilidade: termoplástico ou termofixo. Heterogeneidade da cadeia: homopolímero ou copolímero. Comportamento mecânico: plásticos, elastômeros ou fibras. Polímeros Naturais Polímeros Naturais são aqueles que encontramos na natureza, como borracha da seringueira, proteínas, celulose, polissacarídeos etc. Polímeros SintéticosPolímeros sintéticos são aqueles produzidos artificialmente. 1828: Wolher (Alemanha) – obtenção da uréia. 1838: Regnault (França): realiza pesquisa associada ao policloreto de vinila - PVC. 1835 – 1900: surgem derivados sintéticos de celulose. 1839 (EUA): descobre a vulcanização. 1879: surgem os primeiros polietilenos de baixo peso molecular. Polímeros Sintéticos 1898: descoberta do policarbonato. 1907: Baekeland (USA) – obtenção das resinas de fenol- formaldeído (Baquelite®) 1910: construção da primeira fábrica de rayon (seda artificial) nos EUA. 1912: realização da polimerização do cloreto de vinila utilizando luz solar. 10 Polímeros Sintéticos 1920 – 1950: desenvolvimento da maioria dos plásticos, motivado principalmente pelas guerras. 1924: surgimento das fibras de acetato de celulose. 1928: descoberta da primeira poliamida. 1938: surgimento do Nylon® (poliamidas) e do Teflon® (politetrafluoretileno). Polímeros (obtidos por condensação) A reação química acontece entre dois monômeros com eliminação de um composto químico. Polímeros (obtidos por adição) Nesta possibilidade de produção, todos os átomos do monômero são incorporados na cadeia do polímero, não havendo eliminação de outro composto. Etileno Catalisador Polietileno Polímeros (Tipos de Estrutura Química) Linear Ramificada Tridimensional Com Reações Cruzadas (cross-linked) Polímeros (Homopolímero e Copolímero) Homopolímero: formado apenas de um único monômero. Copolímero: formado de mais de um monômero. Copolímero Homopolímero Polímeros (Plásticos, Elastômeros ou Fibras) •Plásticos: apresentam-se sólidos na temperatura de utilização, normalmente a temperatura ambiente, ou próximo a ela, podem ser subdivididos em: termoplásticos, termorrígidos e baroplásticos. •Elastômetros: polímeros que na temperatura ambiente podem deformar-se no mínimo duas vezes o seu comprimento inicial, retornando ao comprimento original rapidamente depois de retirado o esforço. Polímeros (Plásticos, Elastômeros e Fibras) Fibras: termoplástico orientado (com um sentido longitudinal dito eixo principal da fibra) satisfazendo a condição geométrica de L/D =1/100. Como exemplos, têm-se as fibras de poliacrilonitrila (PAN), os “náilons” (Nylon®) e o poliéster. Polímeros (Termofixos) Polímeros Termofixos: enrijecem com o aumento de temperatura e não voltam a ser maleáveis com o resfriamento. Existem ligações cruzadas, dificultando o deslizamento entre as cadeias. Polímeros (Exemplos de Termofixos) Resinas Epóxi: encapsulamentos, materiais para calafetar, materiais isolantes, pisos industriais, pranchas de surfe, tintas anticorrosivas etc. Polímeros (Exemplos de Termofixos) Resinas Fenólicas: geralmente são utilizadas como parte de um compósito que possui fibras de vidro, amianto, madeira, formando materiais laminados. 11 Polímeros (Exemplos de Termofixos) Resinas Poliéster Insaturadas: roupas de “poliéster” puro ou misturadas com algodão. Polímeros (Termoplásticos) Polímeros Termoplásticos: tornam-se macios e deformáveis com o aumento de temperatura. As ligações entre as cadeias são geralmente de Van der Waals são recicláveis. • Polímeros (Exemplos Termoplásticos) O polipropileno, o polietileno, e o policloreto de vinila (popularmente conhecido como PVC). 12 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 6 Polímeros (Definição) A etimologia da palavra polímero vem do grego poli (muitos) e mero (unidades de repetição). Um polímero é, portanto, a macromolécula formada por muitas (dezenas de milhares) de unidades de repetição denominadas meros, ligadas umas às outras por meio de uma ou mais ligações covalentes. Polímeros (Definição) As macromoléculas são majoritariamente constituídas de “C” e “H”, sendo comum a presença de materiais não metálicos, como F, O e N. Polímeros (Definição) Polímero Monômero + Monômero...+ Monômero Monômero Polímeros (A Razão do Sucesso) - São mais leves que metais ou cerâmica, o que motiva o seu uso na indústria de transportes, embalagens, equipamentos de esporte, etc. - Têm alta flexibilidade, variável ao longo de faixa bastante ampla, conforme o tipo de polímero e os aditivos usados na sua formulação. 5 Polímeros (A Razão do Sucesso) - Têm alta resistência ao impacto e, essa propriedade, associada à transparência, permite substituição do vidro em várias aplicações, como em lentes de óculos, faróis de automóveis, etc. - Exigem baixas temperaturas de processamento, o que resulta em um baixo consumo de energia e também faz com que os equipamentos sejam mais simples e não tão caros. 6 Polímeros (A Razão do Sucesso) - Têm baixa condutividade elétrica e térmica, uma vez que polímeros não contêm elétrons livres, responsáveis pela condução. São mais resistentes a corrosão: as ligações químicas presentes nos plásticos lhes conferem maior resistência à corrosão por oxigênio ou produtos químicos do que no caso dos metais (ligação metálica). 7 Principais Aplicações dos Polímeros 8 * Polietileno de Baixa Densidade PEBD* Frascos, tampas, filmes agrícolas, recobrimento de fios e cabos, revestimento de Tetra Pak, filmes para empacotamento automático de leite, suco, iogurte etc. Principais Aplicações dos Polímeros 9 * Polietileno de Alta Densidade PEAD* Sacolas, bobinas picotadas, sacarias em geral, back sheet de absorventes higiênicos e fraldas, tampas para bebidas, caixas de uso geral, coletores de lixo, frascos para alimentos, cosméticos etc Principais Aplicações dos Polímeros 10 * Polietileno de Baixa Densidade Linear PEBDL* Sacaria industrial, filmes stretch, tanques para armazenamento de água, cisternas, caixas d’água, filmes para empacotamento automático de líquidos e sólidos, tampas com lacre. brinquedos, geomembrana. 13 Diferenças Estruturais entre PEBD, PEAD e PEBDL 11 Polietileno de Alta Densidade Polietileno Linear de Baixa Densidade Polietileno de Baixa Densidade Principais Aplicações dos Polímeros 12 * Polipropileno Homopolímero (Termoplástico) PP Homo* Peças de parede fina, caixas de DVD, brinquedos, eletrodomésticos, tampas com lacre, flip-top, utilidades domésticas de parede fina, embalagens transparentes para alimentos e cosméticos etc Polímeros (Termofixos) Polímeros Termofixos: enrijecem com o aumento de temperatura e não voltam a ser maleáveis com o resfriamento. Existem ligações cruzadas, dificultando o deslizamento entre as cadeias. Polímeros (Termoplásticos) Polímeros Termoplásticos: tornam-se macios e deformáveis com o aumento de temperatura. As ligações entre as cadeias são geralmente de Van der Waals são recicláveis. • Processos de Produção de Polímeros Vazamento: é o processo de moldagem descontínuo mais simples, aplicável tanto para polímeros termoplásticos quanto para termorrígidos. Consiste em verter, isto é, vazar no molde a composição moldável do polímero, sob a forma de uma solução viscosa de mistura do polímero com o seu monômero. 15 Processos de Produção de Polímeros Fiação por fusão: é um processo contínuo, aplicável a polímeros termoplásticos de difícil solubilidade e alta resistência ao calor, permitindo a obtenção de fibras, através da passagem do polímero fundido por uma placa contendo orifícios. 16 Processos de Produção de Polímeros Compressão: é um processo demoldagem descontínuo, que se aplica comumente a materiais termorrígidos. Consiste em comprimir o material, amolecido ou fundido por aquecimento, dentro da cavidade do molde, cujo desenho deve prover dispositivos para a retirada de rebarbas e para a ejeção da peça, enquanto o molde ainda está aquecido. 17 14 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 7 Água • Massa de Água Estimada: 265.400 trilhões de toneladas 70% da superfície da Terra. 2 Água oceânica necessita dessalinização (processo caro). Dos 265.400 trilhões de toneladas, somente 0,5% representa a água “viável” do ponto de vista tecnológico e econômico. Água (Propriedades Físicas) As maiores densidades da água estão entre 0oC e 4oC, temperaturas em que a 1 atm a água se encontra no estado líquido a água em estado sólido (gelo) flutua. 3 Temperatura oC De ns id ad e ( g/ cm 3 ) Água (Algumas Propriedades Físicas) • A presença de sais na água do mar aumenta a sua densidade. • A água possui elevado calor específico, ou seja, pode liberar grandes quantidades de calor à custa de pequenas variações de temperatura. 4 Água (Algumas Propriedades Químicas) • Excelente Solvente (Solvente Universal). • Dissolve o oxigênio e o dióxido de carbono, permitindo a ocorrência de fotossíntese. 5 Fotossíntese CO2 C + O2 Água (Algumas Propriedades Químicas) • pH é a quantificação da acidez ou alcalinidade da água. • O excesso de ácido carbônico na água (oriundo do processo de poluição) pode ocasionar a diminuição do pH da água através da formação de ácido carbônico. 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Neutro Ácido Básico Água (Qualidade) A Organização Mundial de Saúde (OMS) estima que 25 milhões de pessoas no mundo são contaminadas e levadas ao óbito por doenças transmitidas pela água, como cólera e diarreia intensa. 7 Água (Qualidade) O conjunto de normas brasileiras que contém a lista de parâmetros e valores máximos permitidos para avaliação da qualidade da água, para fins de potabilidade, é a Portaria do Ministério da Saúde Nº 2.914 de 12 de dezembro de 2011. No Brasil, devemos seguir os parâmetros desta portaria. 8 Água (Parâmetros de Qualidade) Cloro e cloroamoniação: o cloro é um agente bactericida. O produto entregue ao consumidor deve conter, de acordo com o Ministério da Saúde, uma concentração mínima de 0,2 mg/l (miligramas por litro) de cloro residual. 9 Água (Parâmetros de Qualidade) Turbidez: é a medição da resistência da água à passagem de luz. É provocada pela presença de partículas flutuando na água. A turbidez é um parâmetro de aspecto estético de aceitação ou rejeição do produto, e o valor máximo permitido de turbidez na água distribuída é de 5,0 NTU (unidade de turbidez nefelométrica). 10 15 Água (Parâmetros de Qualidade) Cor: é um dado que indica a presença de substâncias dissolvidas na água. Assim como a turbidez, a cor é um parâmetro de aspecto estético de aceitação ou rejeição do produto. De acordo com a portaria citada anteriormente, o valor máximo permissível de cor na água distribuída é de 15,0 U.C (unidade de medida de cor). 11 Água (Parâmetros de Qualidade) • pH: é uma medida que determina se a água é ácida ou alcalina. A faixa recomendada de pH na água distribuída é de 6,0 a 9,5. • Coliformes: representam um grupo de bactérias que normalmente vivem no intestino de animais de sangue quente. 12 Água (Parâmetros de Qualidade) Flúor: é um elemento químico adicionado à água de abastecimento, pois auxilia na proteção dos dentes contra a cárie. Podendo variar entre 0,6 a 0,8 mg/l. A ausência temporária ou variações da substância não tornam a água imprópria para consumo. 13 Água (Legislação sobre o Uso da Água) A principal legislação é a “Lei das Águas”, que entrou em vigor em 1997, pela Lei nº 9.433/1997, onde instituiu a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (Singreh). 14 Água (Uso das Águas) De acordo com a Lei das Águas, a Política Nacional de Recursos Hídricos apresenta alguns fundamentos, entre os quais: - A água é considerada um bem de domínio público e um recurso natural limitado, dotado de valor econômico. - Em situações de escassez, o uso prioritário da água é para o consumo humano e para a dessedentação de animais. 15 Água (Uso das Águas) 16 Água (Tratamento) • As etapas são: • Pré-cloração: primeiro, o cloro é adicionado assim que a água chega à estação. Isto facilita a retirada de matéria orgânica e de metais. • Pré-alcalinização: depois do cloro, a água recebe cal ou soda, que servem para ajustar o pH aos valores exigidos nas fases seguintes do tratamento. 17 Água (Tratamento) Fator pH: o índice pH refere-se à água ser um ácido, uma base, ou nenhum deles (neutra). Um pH de 7 é neutro; um pH abaixo de 7 é ácido e um pH acima de 7 é básico ou alcalino. Para o consumo humano, recomenda-se um pH entre 6,0 e 9,5. 18 Água (Tratamento) 19 Coagulantes Coagulação Floculação Sedimentação Desinfecção FiltraçãoArmazenamento Distribuição Reservatório 16 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 8 Aglomerantes • Aglomerante é o material ativo, ligante, cuja principal função é formar uma pasta que promove a união entre os grãos do agregado. 2 Choupana feita com barro Construção Moderna Aplicações Odontológicas Aglomerantes (Tipos) • Os principais aglomerantes 3 Asfalto Cal Aglomerantes (Tipos) Os principais aglomerantes 4 Gesso Cimento Portland Aglomerantes (Asfalto) • Asfalto: é uma matéria hidrocabonada (betumes asfalto e alcatrão), de cor preta, presente em muitos petróleos crus, nos quais se encontra dissolvido. • Características: 5 Poderoso ligante. Rapidamente adesivo. Altamente impermeável. Excelente durabilidade. Alta resistência ao ataque da maioria dos ácidos, álcalis e sais. Aglomerantes (Asfalto) • Tipos de Asfalto: 6 Natural • Cimento asfáltico. • Asfalto líquido ou Asfaltos Diluídos (ADP). • Emulsões Asfálticas. • Asfalto Modificado (com polímero- Borracha apenas um exemplo) Petróleo Aglomerantes (Asfalto Natural) Asfalto Natural: são asfaltos que afloram naturalmente na superfície, sendo destilados pela ação dos raios solares e do vento. 7 Aglomerantes (Asfalto) 8 O asfalto de petróleo é obtido através da destilação de tipos específicos de petróleo, em que hidrocarbonetos mais leves (gasolina, diesel e querosene) são separados. O produto obtido é o CAP, ou Cimento Asfáltico de Petróleo. Aglomerantes (Asfalto Diluído de Petróleo - ADP) 9 São obtidos a partir da diluição do CAP por destilados leves de petróleo Cura Rápida – solvente é a gasolina ou a nafta; Cura Média – solvente é o querosene. Os ADP são utilizados em etapa intermediária da pavimentação, denominada imprimação (impermeabilização). Aglomerantes (Asfalto+ Borracha) 10 O asfalto geralmente tem uma vida útil de 10 anos, pois sofre a oxidação, tornando-se quebradiço. Porém a variação que consiste em misturar o asfalto a borracha de pneu moída possui uma vida útil entre 25 a 30 anos. 17 Aglomerantes (Emulsão Asfáltica) 11 Emulsões Asfálticas são dispersões de pequeníssimas partículas (dimensões coloidais) de cimento asfáltico (CAP) estabilizadas através de agentes emulsificadores, ou seja, que as mantêm em suspensão através de efeito elétrico.Aglomerantes (Cal) É o produto obtido pela calcinação de rochas calcárias a temperaturas elevadas. Basicamente existem dois tipos de cal. Cal aérea que é subdividida em duas (cal virgem e cal hidratada). Cal hidráulica. 12 Aglomerantes (Cal - Virgem) • Cal Virgem: é o aglomerante resultante da calcinação de rochas calcárias (CaCO3) em uma temperatura inferior a de fusão do material (850 a 900ºC). Além das rochas calcárias, a cal virgem também é obtida de resíduos de ossos e conchas de animais. CaCO3 + calor (900ºC) ⇒ CaO + CO2 Calcário + calor ⇒ cal virgem + gás carbônico 13 Aglomerantes (Cal - Virgem) • Cal Virgem: o produto que se obtém com a calcinação do carbonato de cálcio recebe o nome de cal virgem, ou cal viva (CaO), que ainda não é o aglomerante usado em construção. Para que a cal seja utilizada nas atividades de construção faz-se necessário que o óxido seja hidratado para virar hidróxido de cálcio Ca(OH)2 denominado de cal extinta ou cal queimada. CaO + H2O Ca (OH)2 Cal virgem + água => Cal extinta + calor 14 Aglomerantes (Cal - Virgem) • Quando realizada a hidratação da cal virgem no canteiro de obras, o processo ocorre da seguinte forma: As pedras são colocadas em tanques onde ocorre a sua extinção ao se misturarem com a água. O fenômeno de transformação de cal virgem em cal extinta é exotérmico, isto é, se dá com grande desprendimento de calor (250 cal/g, podendo em alguns casos a temperatura atingir 400 ºC), o que torna o processo altamente perigoso. 15 Aglomerantes (Cal - Virgem) Após a hidratação das pedras, o material deverá descansar por 48 horas no mínimo, antes de ser utilizado na obra. As argamassas de cal, inicialmente, têm consistência plástica, mas endurecem por recombinação do hidróxido com o gás carbônico, presente na atmosfera (daí o nome cal aérea), voltando ao seu estado inicial de carbonato de cálcio. • Ca (OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O • Cal extinta + gás carbônico Carbonato de cálcio + água. 16 Aglomerantes (Cal - Hidratada) • É um produto manufaturado que sofreu em usina o processo de hidratação. É apresentada como um produto seco, na forma de um pó branco de elevada finura. A cal hidratada oferece sobre a cal virgem algumas vantagens: • Maior facilidade de manuseio, por ser um produto pronto, eliminando do canteiro de obras a operação de extinção. • Maior facilidade de transporte e armazenamento. 17 Aglomerantes (Cal - Hidratada) Nesta variação de cal, tem-se a presença de material argiloso, o que vai alterar suas propriedades de dissolução em meio aquoso. CaCO3 + calor (900ºC) ⇒ CaO + Mat. argiloso + CO2 Calcário + calor ⇒ cal virgem + gás carbônico 18 Aglomerantes (Cimentos) • Cimento Portland: é um pó fino, com propriedades aglutinantes, e que endurece quando em contato com a água, sendo, portanto, um aglomerante hidráulico. Depois de endurecido, mesmo sob ação da água, não se decompõe mais. 19 Aglomerantes (Cimentos) • O cimento Portland é composto de clínquer. • Entende-se por clínquer, a como matéria prima composta por calcário e argila. Essa mistura passa por um forno giratório, cuja temperatura interna chega a alcançar 1450 ºC, atingindo uma fusão incipiente. • O clínquer ainda incandescente é bruscamente resfriado, e finamente moído, transformando-se em pó. 20 18 Aglomerantes (Cimentos) 21 Calcário Areia Argila Aquecimento Resfriamento Moagem Final 19 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 9 Tintas As tintas são os produtos mais utilizados para proteger a superfícies de materiais, são constituídas essencialmente de partículas em suspensão denominadas de pigmento em veículos fluído, água ou óleo. A função primordial do pigmento é cobrir e decorar as superfícies, já do veículo é aglutinar as partículas e formar a película de proteção. 2 Tintas (Composição) • As Tintas geralmente são formadas por pigmento, veículos voláteis e não-voláteis e aditivos de variados tipos. 3 Tintas (Classificação) Tintas imobiliárias: são aquelas comumente utilizadas na construção civil, sendo subdivididas em produtos aquosos (látex) e produtos a base de solventes orgânicos (tintas a óleo, esmaltes sintéticos etc). Tintas industriais do tipo OEM (original equipment manufacturer). São as tintas utilizadas nos produtos industriais, como nas latas de refrigerante, por exemplo. Tintas especiais, que abrangem outros diferentes dos anteriormente citados, como tintas para repintura automotiva, tintas marítimas, tintas para madeira etc. 4 Tintas (Classificação Quanto ao Revestimento ) Látex - PVA : o látex tem uma base solúvel em água e é mais adequado para a parte interna das residências, permitindo a fácil limpeza. Este tipo de tinta seca rapidamente e apresenta excelente aspecto. Tinta Acrílica: possui base solúvel em água, com apresentação estética semelhante ao do látex. Porém, como apresenta em sua composição resinas acrílicas, resulta em produto de alta impermeabilidade, tornando-a ideal para exteriores e áreas molhadas da habitação. 5 Tintas (Classificação Quanto ao Revestimento ) Tinta Esmalte (ou tinta a óleo): apresenta base insolúvel em água, sendo muito utilizadas em superfícies metálicas ou madeiras. Tintas Epóxi e Poliuretano: tintas a base de epóxi e de poliuretano são sintéticas e insolúveis em meio aquoso, sendo utilizadas em casos muito específicos, como em caixas de água. 6 Tintas (Classificação Quanto ao Revestimento ) Verniz: são películas geralmente utilizadas em madeiras conferindo proteção, profundidade e brilho. Geralmente é constituído de óleo secante, resinas solventes (ex.: aguarrás). Laca: é verniz natural, ou seja, uma resina obtida de plantas da família das anacardiáceas. É obtido através da extração a partir das cascas destas árvores, de forma a não ter contato com o ar e com a luz. É muito utilizada em acabamentos de móveis e instrumentos musicais, por apresentar melhor efeito sonoro. 7 Tintas (Critérios para Escolha) • A escolha da tinta a ser aplicada depende de alguns fatores que as caracterizam em função de suas propriedades, podendo ser: Facilidade na aplicação. Rápida secagem. Boa aderência. Resistência e durabilidade depois de seca. 8 Tintas (Critérios para Escolha) Facilidade na Aplicação Nesta avaliação, entram as propriedades reológicas (como as tintas escorrem) e, portanto, é necessário considerar com cuidado possibilidades de diluição, muitas vezes só determinadas empiricamente. 9 Camada de Tinta Tintas (Critérios para Escolha) • Rápida Secagem 10 Quando as tintas são aplicadas em grandes áreas, a secagem é sempre complicada, principalmente nas secagens muito rápidas. No entanto, qualquer pintura deverá estar pronta a ser repintada no dia seguinte, quando necessário. 20 Tintas (Critérios para Escolha) • Boa Aderência: para que a pintura seja considerada conforme é sempre necessário haver boa aderência às superfícies, qualquer que seja o tipo de tinta e método de aplicação. Para uma boa aderência é necessário preparar bem as superfícies (desengordurá-las) e escolher o sistema de pintura mais adequado. 11 Tintas (Critérios para Escolha) • Resistência e durabilidade depois de seca: a película deve se apresentar dura e ao mesmo tempo flexível, pois assim consegue suportar certas expansões e contrações. As películas muito duras são normalmente se tonam quebradiças. As mudanças detemperatura são as causas mais comuns de aparecimento de fissuras, expansões e descasque total da tinta. 12 Tintas (Produção Industrial) • Mistura – os insumos são adicionados a um tanque, que pode ser aberto ou fechado, provido de um sistema de agitação adequado. • Dispersão (Moagem) – o produto pré-disperso é submetido à dispersão em moinhos adequados. Durante esta operação ocorre o desagregamento dos pigmentos e cargas e ao mesmo tempo há a formação de uma dispersão maximizada e estabilizada desses sólidos. 13 Tintas (Produção Industrial) • Completagem –Nesta fase são feitos os acertos finais para que a tinta apresente parâmetros e propriedades desejados; nesta fase ocorre o acerto da cor, viscosidade e a correção do teor de sólidos, etc. • Filtração – Após a completagem e aprovação, a tinta é filtrada e imediatamente após é envasada. • Envase – A tinta é envasada em embalagens pré-determinadas. O processo deve garantir a quantidade de tinta certa em cada embalagem. 14 Tintas (Produção Industrial) 15 Insumos - Solventes - Resinas - Óleos Pigmentos Mistura Moinho de DispersãoCompletagem Filtração Envase Tintas Utilizadas na Indústria de Defesa • Tintas com pigmento constituído de material absorvedor de radiação eletromagnética Tecnologia Stealth. 16 Descaracterização da Assinatura no Radar 21 Química dos Materiais Prof. João Mattos Aula 10 Madeiras A madeira é um dos mais antigos materiais; utilizada desde os primórdios da civilização. Isso ocorre porque apresentam características técnicas, econômicas e estéticas que dificilmente se encontram em outros materiais 2 Madeiras Características Gerais Resistência mecânica tanto a esforços de compressão como a esforços de tração. A madeira foi o primeiro material de construção a ser utilizado tanto em colunas como em vigas. Resistência mecânica elevada, superior ao concreto, com a vantagem do peso próprio reduzido. 3 Madeiras Características Gerais Resistem excepcionalmente a choques e esforços dinâmicos Apresentam boas características de isolamento térmico e absorção acústica. Secas, apresentam propriedades dielétricas. 4 Madeiras Características Gerais Possuem facilidade de aperfeiçoamento e simplicidade de ligações: para se trabalhar com as madeiras empregam-se ferramentas simples. Têm custo de produção baixo, reservas que podem ser renovadas e, quando convenientemente preservadas, apresentam vida útil prolongada à custa de insignificante manutenção. 5 Madeiras Características Gerais Em seu estado natural, apresentam uma infinidade de padrões estéticos e decorativos. Resistentes a corrosão. 6 Madeiras (Estrutura) casca Floema (camada viva) Camada cortical (camada morta) Câmbio Anéis de Crescimento Medula Raios Medulares (Transporte e Armazenamento de Nutrientes) Alburno (Células Vivas – Seiva Bruta) Câmbio Cerne Madeiras (Classificação) Endógenas (de dentro para fora): crescem pela adição de células novas dentro do tecido existente, ou seja, o crescimento se dá de dentro para fora, sendo assim a parte mais externa é mais antiga e endurecida 8 Madeiras (Classificação) Exógenas (de fora para dentro): de germinação externa, ou seja, quando o desenvolvimento transversal do caule ocorre com adição de matéria orgânica logo abaixo da casca. 9 Madeiras (Algumas Propriedades Físicas) Cor: a variação da cor natural da madeira se deve, principalmente, a presença de extrativos (taninos, resinas e óleos). Geralmente, as madeiras de cores escuras apresentam maior durabilidade natural, porque alguns destes pigmentos são tóxicos aos fungos e insetos. 10 22 Madeiras (Propriedades Físicas) Cheiro: ocorre em algumas espécies, sendo mais evidente em madeiras com alto teor de umidade. É consequência da presença de substâncias, na sua maioria voláteis, que tendem a diminuir com o passar do tempo. É uma característica importante na identificação de espécies e na classificação quanto ao uso, devido à possibilidade de desprender odor desagradável. 11 Madeiras (Algumas Propriedades Físicas) Grã: é o termo usado para descrever a direção longitudinal dos elementos anatômicos estruturais da madeira. 12 Principais tipos de grã - direita (a); revessa (b); inclinada (c) Madeiras (Outras Propriedades Físicas) • Teor de Umidade • Densidade • Figura • Textura • Estabilidade Dimensional 13 Influenciam as Propriedades Mecânicas Madeiras (Propriedades Mecânicas) 14 Ensaios Mecânicos Tração paralela às fibras Tração perpendicular às fibras Compressão paralela às fibras Flexão estática Compressão perpendicular às fibras Cisalhamento paralelo às fibras Fendilhamento Resistência ao impacto Dureza Madeiras Processadas (Alguns Exemplos) 15 Produto Característica Uso MDF (Medium Density Fiberboard) Painel (Chapa) de média densidade, produzido a partir das fibras de madeira com adição de resina sintética e submetido a alta temperatura, tempo e pressão. Pisos, rodapés, batentes, portas usinadas e peças torneadas. Madeiras (Processadas) 16 Produto Característica Uso MDP (Medium Density Particleboard) Painel (Chapa) de partículas de madeira em camadas, com adição de resina sintética e submetido a alta temperatura, tempo e pressão. Portas retas, tampos retos e tampos pós formados. Madeiras (Processadas) 17 Produto Característica Uso HDF (High Density Fiberboard) Painel de alta densidade, produzido a partir das fibras de madeira com adição de resina sintética e submetido a alta temperatura, tempo e pressão. Pisos laminados, forros, divisórias e portas. Madeiras (Processadas) 18 Produto Característica Uso Compensado Painel constituído de lâminas de madeira sobrepostas e cruzadas entre si, as quais serão unidas por adesivos e resinas, através de pressão e calor. Pisos, forros, paredes, esquadrias, portas, telhados etc. 23 Química do Materiais Prof. João Mattos Revisão da Aula 6 a Aula 10 Atividade de Revisão Referente a Aula 6 Suponha que você tenha que projetar quimicamente um polímero que tenha alta resistência mecânica. Você consideraria ligações cruzadas ou não em sua estrutura molecular? SIM. POIS FICA MAIS FÁCIL MOVIMENTÁ-LAS. 2 Atividade de Revisão Referente a Aula 7 Suponha que você tenha que projetar um ambiente que deve apresentar alta estabilidade térmica, o que você poderia utilizar? ÁGUA 3 Atividade de Revisão Referente a Aula 8 Suponha que você tenha que utilizar um produto betuminoso de alto peso molecular para recobrir uma superfície. De que parte da coluna de precipitação você faria isto? COLUNA DE DESTILAÇÃO E FRACIONAMENTO / DENSIDADE 4 Atividade de Revisão Referente a Aula 9 Suponha que você tenha que escolher uma tinta para recobrir uma superfície em ambiente interno e úmido. Qual seria sua escolha? ( ) Tinta Látex. ( X ) Tinta Acrílica ( ) Tinta Óleo ( ) Tinta Epóxi. 5 Atividade de Revisão Referente a Aula 10 Proponha um método de “secar” um árvore sem cortá-la baseado na figura a seguir. INTERROMPER O FLUXO DE CEIVA Atividade de Revisão Referente a Aula 10 casca Floema (camada viva) Camada cortical (camada morta) Câmbio Anéis de Crescimento MedulaRaios Medulares (Transporte e Armazenamento de Nutrientes) Alburno (Células Vivas – Seiva Bruta) Câmbio Cerne
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