Propriedades e Aplicações do Alumínio

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FACULDADE SATC
Curso de Engenharia Química
	
	Disciplinas:
	Ciência dos Materiais e Resistência dos Materiais
	Acadêmicos:
	Bruno Martins Beretta
Evelin G. Lauffer Strützki 
Dheniffer Mezari Silvestre
Gian Garcia
Renan R. de Bona Sartor
	
ATIVIDADE INTERDISCIPLINAR
1. ALUMÍNIO
O alumínio, representado na tabela periódica pela sigla Al, é um metal encontrado em todas as partes do mundo e um dos elementos químicos mais abundante da terra, ficando atrás apenas do oxigênio e silício. O alumínio pode ser produzido através da bauxita, um mineral composto por uma mistura de óxidos, sendo o principal o de alumínio. [1]
Este elemento químico, assim como o cálcio, níquel, prata, cobre, ouro, platina e chumbo, apresenta estrutura cristalina na forma cúbica de face centrada (CFC), apresentando um total de quatro átomos no interior da célula unitária e o seu fator de empacotamento atômico (FEA) é de 0,74. [1]
Por ser o metal não ferroso mais utilizado pelo homem são muitas as suas aplicações, tanto na sua forma pura quanto na mistura com outros metais – conhecidas como ligas metálicas. Com este metal, fabrica-se utensílios domésticos (talheres, frigideiras, panelas), equipamentos elétricos, nos meios de transportes (carrocerias de automóveis, trens, embarcações), móveis, cosméticos e produtos farmacêuticos. [2]
Seu destaque é na produção de embalagens (latas de refrigerantes/cervejas, pacote de salgadinhos, tampas de iogurtes, embalagens Tetra Pak). A folha de alumínio é completamente impermeável, deixando o sabor e o aroma completamente isolado do meio externo, pode também conservar de forma eficiente os alimentos, reduzindo o desperdício. [2]
1.1. PROPRIEDADES DO ALUMÍNIO
O fato do alumínio apresentar inúmeras aplicações deve-se a sua combinação única de propriedades atraentes, muitas delas extremamente importantes na criação de uma sociedade sustentável. [1]
1.1.1. Leve e resistente
O alumínio, com densidade aproximada de 2,7 g/cm3, pesa 1/3 do peso do aço. Essa diferença de peso, significa redução de consumo de energia com transportes e uma vantagem na construção civil e na área automobilística. [3]
Sua resistência à tração também é bem considerada, chegando a ficar na faixa de 70 a 700 Mpa, sendo que sua resistência aumenta em baixas temperaturas, diferente do aço. [2]
1.1.2. Maleável
Devido a sua maleabilidade superior, o alumínio pode ser moldado em praticamente qualquer formato imaginável. [3]
1.1.3. Excelente refletor
Este elemento é capaz de refletir luz visível e calor irradiado, vindo a se tornar o metal mais ideal para refletores, devido as suas propriedades de reflexão e por seu peso leve, vindo a reduzir o consumo de energia por causa da alta eficiência energética. [1]
1.1.4. À prova de fogo
É um material não-combustível, possui capacidade de proteção contra o fogo maior que a fibra de carbono. Somente se moldado em películas muito fina pode vir a se incendiar. Seu ponto de fusão é de 660 °C. [2]
1.1.5. Vida longa e baixa manutenção
O alumínio não enferruja, pois reage com o oxigênio do ar e forma uma camada protetora de óxidos, essa camada é densa e oferece excelente proteção contra a corrosão, quando danificada, essa camada pode se reparar sozinha. [2]
Essa resistência à corrosão prolonga a vida do alumínio em automóveis e na construção civil. [3]
1.1.6. Supercondutor de calor e eletricidade
O alumínio é duas vezes melhor condutor que o cobre, um condutor de alumínio que possui aproximadamente a metade do peso de um condutor de cobre, tem a mesma condutividade. Sendo a melhor opção para sistemas de transmissão de energia elétrica, tais como componentes de transferência de calor. [2]
1.1.7. Fácil de reciclar
Este elemento dura para sempre e é o melhor amigo do meio ambiente. Por volta de 75% de todo alumínio produzido até hoje ainda está em uso. O processo de reciclagem do utiliza apenas 5% da energia originalmente necessária para a produção do alumínio primário e após ser reciclado o alumínio não perde suas propriedades. [3]
2. ENSAIO DE TRAÇÃO
Consiste na aplicação de carga de tração uniaxial crescente em um corpo de prova especifico até a ruptura. Trata-se de um ensaio amplamente utilizado na indústria de componentes mecânicos, devido às vantagens de fornecer dados quantitativos das características mecânicas dos materiais. [4]
Com esse tipo de ensaio, pode-se afirmar que praticamente as deformações promovidas no material são uniformemente distribuídas em todo o seu corpo, sendo que a mesma termina no momento em que é atingida a carga máxima suportada pelo material, quando começa a aparecer o fenômeno da estricção ou da diminuição da secção do provete, no caso de matérias com certa ductilidade. [4]
A ruptura sempre se dá na região mais estreita do material, a menos que um defeito interno no material, fora dessa região, promova a ruptura do mesmo, o que raramente acontece. [4]
2.1. PREPARANDO O ENSAIO
Nos corpos de provas normalmente a seção reta é circular, porém corpos de provas retangulares também são usados, conforme Fig. 1. Durante os ensaios, a deformação fica confinada à região central, mais estreita, do corpo de prova. O diâmetro padrão é aproximadamente 12,8 mm, enquanto a seção reduzida deve ser pelo menos quatro vezes esse diâmetro. O corpo de prova é preso pelas extremidades nas garras de fixação do dispositivo de testes. 
Fig. 1 – Corpo de prova para o ensaio de tração.
Fonte: Ensaio dos materiais.
A máquina de ensaio de tração, Fig, 2, é projetada para alongar o corpo de prova a uma taxa constante, além de medir contínua e simultaneamente a carga instantânea aplicada e os alongamentos resultantes, isso com o auxílio de extensômetros, conforme Fig. 3. 
Fig. 2 – Máquina de ensaio mecânicos – EMIC.
Fonte: EMIC.
Fig. 3 – Ensaio de tração.
Fonte: Dos autores.
A norma seguida para o ensaio de tração em alumínio é a ABNT NBR 7549:2008 Versão Corrigida: 2012 (Alumínio e suas ligas – produtos laminados, extrudados e fundidos – ensaio de tração).
Quando um corpo de prova é submetido a um ensaio de tração, a máquina de ensaio fornece um gráfico que mostra as relações entre a força aplicada e as deformações ocorridas durante o ciclo. Mas o que interessa para determinação das propriedades do material ensaiado é a relação entre a tensão e a deformação. [4]
2.2. GRÁFICO TENSÃO X DEFORMAÇÃO
A tensão corresponde à força dividida pela área da seção sobre a qual a força é aplicada. Encontrando os valores da tensão pode-se construir o gráfico conhecido como tensão-deformação, mostrado na Fig. 4. [4]
Fig. 4 – Curva Tensão x Deformação Convencional.
Fonte: Estudo dos materiais.
3. CÁLCULO 
Ao aplicar uma força uniaxial em um corpo de prova, este se alonga até o momento de sua fratura. Este é um teste padrão de alongamento e podem-se retirar vários dados do material, como por exemplo: tensão máxima, tensão de ruptura, deformação, alongamento e módulo de elasticidade. [5]
3.1. TENSÃO
A quantidade de força aplicada em um corpo de prova dividida pela área da seção inicial do corpo é igual a tensão (σ) no material. A tensão geralmente é expressa em megapascal (MPa) ou Newton por milímetro quadrado (N/mm²). [6]
As principais medidas de tensão são: a tensão máxima, obtida quando há a maior força aplicada durante o ensaio, e que é representada no ponto máximo do gráfico e; tensão de ruptura, que é menor que a tensão máxima e é representada no final da linha do gráfico, quando o corpo de prova está na eminência de romper. [7]
A tensão de ruptura é menor que a tensão máxima pois após uma certa carga, o corpo de prova sofre estricção, diminuindo assim sua área e conseqüentemente a tensão. [5]
A = espessura x largura
A = 12,5 mm x 5 mm
A = 62,5 mm²
σ = F/A
σ(max) = 13291N / 62,5 mm²
σ(max) = 212,7 MPa
σ(ruptura) = 8013,4 N / 62,5 mm²
σ(ruptura) = 128,2 MPa
3.2. DEFORMAÇÃO
A deformação, ou alongamento, (ε) é a variação do comprimento do corpo deprova. É expressa geralmente em porcentagem e é calculada pela subtração do comprimento final do corpo de prova, na eminência de romper, pelo comprimento inicial, tudo dividido pelo comprimento inicial. Quanto mais dúctil o material, maior será o seu alongamento. [6]
ΔL = L – Lo
ΔL = 90,16 mm – 80 mm = 10,16 mm
ε = (ΔL)/Lo * 100% = (L – Lo)/Lo * 100%
ε = 10,16 mm / 80 mm = 0,127 * 100%
ε = 12,7%
3.3. MÓDULO DE ELASTICIDADE DE YOUNG
O módulo de elasticidade (E) é calculado pela divisão da tensão pela deformação ainda na fase elástica. Nessa fase a deformação segue a lei de Hooke. [5]
O módulo de elasticidade representa a rigidez do material; assim, quanto maior for o módulo de elasticidade, menor será a deformação elástica provocada por uma dada tensão, e mais rígido será o metal. Se a carga for aliviada nesta região, em qualquer ponto da reta, o material volta ao ponto de origem (ponto 0), seguindo a reta sem qualquer deformação residual ou permanente. [6]
Pela análise do gráfico é possível perceber que a linha tensão x deformação segue a lei de Hooke até a tensão de 170 MPa, onde permanece reta, com deformação específica de 2,5%. Portanto estes são os valores de tensão máxima e deformação na zona elástica do material.
E = σ/ε
E = 170 MPa / 0,025
E = 6800 MPa
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] LOPES; C. F. T. Estudo do tratamento de solubilização da liga de Al 354.0. Porto: Faculdade de Engenharia da Universidade de Porto 2008.
[2] HYDRO. Sobre o alumínio. Disponível em: <http://www.hydro.com/pt-BR/a-hydro-no-brasil/>. Acesso em: 30 maio 2017.
[3] SAPA. Por que usar o alumínio? Disponível em: <https://www.sapagroup.com/pt-BR/>. Acesso em: 30 maio 2017.
[4] ENSAIO DOS MATERIAIS. Curso de Engenharia Industrial Mecânica, Universidade Regional Integrada do Alto Uruguai e das Missões. Santo Ângelo, 2017.
 [5] TRIGO, Thiago. Ensaio de Tração. Disponível em: <http://www.infoescola.com/fisica/ensaio-de-tracao/>. Acesso em: 30 maio 2017.
[6] INFOSOLDA. Ensaio mecânico: Tração. Disponível em: <http://www.infosolda.com.br/biblioteca-digital/livros-senai/ensaios-nao-destrutivos-e-mecanicos/209-ensaio-mecanico-tracao.html>. Acesso em: 30 maio 2017.
[7] TRAÇÃO e compressão: generalidades. Disponível em: <http://www.mspc.eng.br/matr/resmat0120.shtml>. Acesso em: 30 maio 2017.