Seleção de Materiais

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A ESTRATÉGIA DE SELEÇÃO 
 
1. ATRIBUTOS DE MATERIAIS 
Cada membro das famílias de materiais é caracterizado por suas propriedades, suas 
características de processamento, seu custo e disponibilidade e as consequências ambientais de 
sua utilização. Denominamos tudo isso como sendo seu perfil de propriedades. 
 
2. ESTRATÉGIAS DE SELEÇÃO 
 
SELECIONAR MATERIAIS envolve procurar a melhor combinação entre os requisitos de 
projeto e as propriedades dos materiais que poderiam ser usados para elaborar o projeto. 
 
EXEMPLO: SELEÇÃO DE MATERIAIS PARA O VISOR DE UM CAPACETE DE SEGURANÇA. 
 
À esquerda os requisitos que o material deve cumprir – restrições e objetivos. As restrições: 
apto a ser moldado e transparência. O objetivo: ser o mais inquebrável possível, ou seja, a mais 
alta tenacidade à fratura possível. 
À direita, o banco de dados dos materiais: os atributos de materiais e documentação. 
O “motor” de comparação aplica as restrições à esquerda aos materiais à direita, triando e 
eliminando materiais que não as cumprem e apresenta uma lista de candidatos viáveis. 
A lista é então classificada pela tenacidade a fratura. 
Consideram-se então três ou quatro materiais que cumprem as restrições e tem as mais 
altas tenacidades a fratura. 
Estes são estudados mais detalhadamente através de pesquisa de documentação, 
finalizando com a escolha do material mais apto. 
 
A primeira etapa da seleção de materiais é portanto uma tradução: converte os requisitos 
de projeto (muitas vezes vagos) em restrições e objetivos que podem ser aplicados aos bancos de 
dados de materiais. 
A próxima tarefa é a triagem, que elimina os que não podem cumprir as restrições. Essa 
etapa é seguida pela classificação, que ordena os sobreviventes por sua capacidade de cumprir 
um critério de excelência, como minimizar custo ou maximizar resistência ao impacto. 
A tarefa final é explorar mais a fundo os candidatos mais promissores, como por exemplo 
seus históricos de falhas, e como elaborar melhor um projeto com eles. Essa etapa é denominada 
documentação. 
 
TRADUÇÃO: Qualquer componente de engenharia tem uma ou mais funções: suportar uma carga, 
conter uma pressão, transmitir calor e assim por diante. 
Isso deve ser conseguido sujeito a restrições: certas dimensões são fixas, o componente 
deve suportar as cargas ou pressões do projeto sem falhar, deve ser isolante ou condutor, deve 
poder funcionar em certa faixa de temperatura e em um dado ambiente e muito mais. 
Ao projetar o componente, o projetista tem um objetivo, que é o de fazê-lo o mais barato 
possível, ou o mais leve, ou o mais seguro ou até mesmo alguma combinação dessas 
propriedades. 
Certos parâmetros podem ser ajustados para otimizar o objetivo – dimensões não 
limitadas pelos requisitos de projeto podem ser variadas, e o mais importante é livre para escolher 
o material para o componentes. 
São as chamadas variáveis livres. 
FUNÇÃO, RESTRIÇÕES, OBJETIVOS E VARIÁVEIS LIVRES 
Função O que o componente faz? 
Restrições Quais as condições não negociáveis que ele deve cumprir? 
Quais são as condições negociáveis, porém desejáveis, que ele deve cumprir? 
Objetivo O que deve ser maximizado ou minimizado? 
Variável livre Quais são os parâmetros do problema que o projetista tem liberdade de 
mudar? 
 
Funções, restrições, objetivos e variáveis livres definem as condições de contorno para selecionar 
um material e uma forma para sua seção transversal (no caso de componentes que suportam 
cargas). 
 
A primeira etapa para relacionar requisitos de projeto com propriedades de materiais é uma clara 
declaração de função, restrições, objetivos e variáveis livres. 
 
EXEMPLO: REQUISITOS DE PROJETO PARA O VISOR DE CAPACETE 
 
- Precisa-se de um material para o visor de um capacete de segurança para dar máxima proteção 
ao rosto. 
 
TRADUÇÃO: 
- Para permitir clara visão, o visor deve ser oticamente transparente. 
- Para proteger o rosto pela frente, pelos lados e por baixo, tem de ser duplamente curvado, o que 
exige que o material possa ser moldado. 
Assim temos duas restrições: transparência e capacidade de ser moldado. 
 
A fratura do visor exporia o rosto a dano, portanto deve-se maximizar a resistência à fratura. 
 Como a propriedade do material que mede a resistência a fratura é a tenacidade a 
fratura, KIC, o objetivo é maximizá-la. 
 
TRIAGEM 
 
A Triagem elimina candidatos que não podem fazer o serviço porque um ou mais de seus 
atributos está fora dos limites estabelecidos pelas restrições. 
Como exemplos, o requisito “o componente deve funcionar em água fervente” ou “o 
componente deve ser transparente” impõe limites aos atributos de temperatura de serviço 
máxima e transparência ótica que os candidatos bem sucedidos têm de cumprir. 
São os chamados limites de atributos. 
 
CLASSIFICAÇÃO: ÍNDICES DE MATERIAIS 
 
Os limites de atributos não ajudam a ordenar os candidatos que permanecem. 
Para isso, são necessários critérios de otimização, encontrados nos índices de materiais, que 
medem quão bem um candidato que passou na etapa de triagem pode fazer o serviço. 
Às vezes o desempenho é limitado por uma única propriedade, outras vezes, por uma 
combinação delas. 
Por exemplo, os melhores materiais para flutuação são os que têm as mais baixas 
densidades, ρ; os melhores para isolamento térmico são os que têm os menores valores de 
condutividade térmica, λ. Muitas vezes, não queremos os menores valores: o melhor material 
para um trocador de calor é o que tenha o maior valor de λ, por exemplo. 
O mais comum é que o desempenho seja limitado não por apenas uma única propriedade, 
mas uma combinação delas. 
A propriedade ou grupo de propriedades que maximiza desempenho para um dado projeto 
é chamado ÍNDICE DE MATERIAL, que fornece critérios de excelência que permitem classificar 
materiais por sua capacidade de ter bom desempenho na aplicação dada. 
 
EXEMPLO: TRIAGEM E CLASSIFICAÇÃO PARA O VISOR DO CAPACETE 
 
Uma busca por materiais transparentes que podem ser moldados resulta na lista a seguir. Os 
quatro primeiros são termoplásticos, os dois últimos, vidros. 
 
MATERIAL TENACIDADE A FRATURA MÉDIA, KIC 
(MPa.m1/2) 
Policarbonato (PC) 3,4 
Acetato de celulose (CA) 1,7 
Polimetilmetacrilato (acrílico, PMMA) 1,2 
Poliestireno (OS) 0,9 
Vidro de cal de soda 0,6 
Vidro de borossilicato 0,6 
 
As restrições reduziram o número de materiais viáveis a seis candidatos. Quando classificados por 
tenacidade a fratura, os candidatos classificados nos primeiros postos são PC, CA e PMMA. 
 
 
 
 
 
DOCUMENTAÇÃO 
 
O resultado das etapas até aqui é uma lista curta e ordenada de candidatos que cumprem as 
restrições e maximizam ou minimizam o critério de excelência. 
Poderia ser escolhido apenas o candidato classificado em primeiro lugar, mas quais vícios 
ocultos ele poderia ter? 
Quais são suas forças e fraquezas ? 
Tem boa reputação? – resumindo: qual é a sua classificação de crédito? 
 
Para seguir adiante, procura-se um perfil detalhado de cada candidato: sua documentação. 
A Documentação é muito diferente dos dados de propriedades estruturados usados para 
triagem. Normalmente envolve estudos de casos de utilizações anteriores do material, análise de 
falha e detalhes referentes a corrosão, informações sobre disponibilidade e preço e assemelhados. 
São informações encontradas normalmente em manuais, planilhas de dados de 
fornecedores, estudos de casos de utilização e análise de falha. 
A documentação ajuda a reduzir a lista até a escolha final, permitindo uma combinação 
definitiva entre requisitos de projetos e atributos de materiais. 
 
EXEMPLO: DOCUMENTAÇÃOPARA MATERIAIS PARA O VISOR DO CAPACETE 
 
Nesse ponto, ajuda saber como os três candidatos mais bem classificados na lista mostrada 
anteriormente são usados: 
 - Policarbonato: Escudos e óculos de segurança, lentes, acessórios leves, capacetes 
de segurança, chapa laminada para vitrificados a prova de bala. 
 - Acetato de celulose: Armações de óculos, lentes, óculos de segurança, cabos de 
ferramentas, capas para telas de televisão, acabamentos decorativos, volantes de 
automóveis. 
 - PMMA, Plexiglas: Lentes de todos os tipos, janelas de aeronaves, recipientes, 
cabos de ferramentas, óculos de segurança, iluminação, lanternas traseiras de 
automóveis. 
 
Como se pode observar, os três materiais têm um histórico de utilização para óculos e escudos 
de proteção. 
 
O policarbonato, classificado no posto mais alto, tem um histórico de utilização para capacetes 
de proteção. 
Selecionamos este material, confiantes de que sua alta tenacidade à fratura é a melhor 
escolha. 
CONDIÇÕES LOCAIS 
Muitas vezes, a escolha final entre candidatos concorrentes depende de condições locais: 
experiência adquirida ou equipamento existente, disponibilidade de fornecedores da região, entre 
outras. 
Neste caso, a decisão deve ser baseada em conhecimento local. Isso não significa que o 
resultado do procedimento sistemático seja irrelevante. É sempre importante saber qual é o 
melhor material, mesmo que as condições locais impeçam de usá-lo.