AULA 01 CONHECIMENTOS BÁSICOS PARA UM PROJETISTA ELEMENTOS DE MÁQUINAS

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Disciplina: Elementos 
de Máquinas
Professor: Teofilo Alves
AULA 01: CONHECIMENTO BÁSICO PARA UM PROJETISTA
Elementos de Máquinas
O que é um Projeto?
Projetar é formular um plano para atender a uma necessidade
específica ou resolver um problema.
Se o plano resultar na criação de algo concreto, então o produto deverá
ser funcional, seguro, confiável, competitivo, e próprio para ser usado,
fabricado e comercializado.
Projeto é um processo inovador e altamente repetitivo, é também de
tomada de decisão.
Algumas vezes é preciso tomar decisões com pouquisimas informações,
ocasionalmente com a quantidade exata de informações ou com um
excesso de informações parcialmente contraditórias.
Elementos de Máquinas
O que é um Projeto?
Projeto é uma atividade de intensa comunicação em que são usadas
tanto palavras como imagens e empregadas as formas escritas e oral. Os
engenheiros têm de se comunicar de forma eficaz e dialogar com pessoas
de várias disciplinas.
Os recursos pessoais de criatividade, habilidade comunicativa e de
solução de problemas de um projetista são entremeados com
conhecimentos tecnológicos e princípios básicos. Ferramentas de
engenharia (como matemática, estatística, computadores, desenhos e
linguagens) são combinadas para produzir um plano que, quando levado a
cabo, resulta num produto que é funcional, seguro, confiável,
competitivo, bem como próprio para se usar, fabricado e comercializado,
independente de quem o cria ou o utiliza.
Elementos de Máquinas
Projeto de engenharia mecânica.
Engenheiros mecânicos estão associados à
produção e ao processamento de energia e ao
fornecimento dos meios de produção, às
ferramentas de transporte e às técnicas de
automação. A base de conhecimentos e habilidades
é vasta.
O projeto de engenharia mecânica envolve todas as
disciplinas da engenharia mecânica.
Os problemas reais resistem à
compartimentalização. Um simples mancal de
deslizamento envolve fluxo, transferência de calor,
atrito, transporte de energia, seleção de materiais,
tratamentos termomecânicos, descrições
estatísticas e assim por diante.
Elementos de Máquinas
Fases e interações do processo de projeto.
O que é o processo de projeto? Como ele se inicia? O engenheiro
simplesmente se senta a uma mesa com uma folha de papel em branco
e anota rapidamente algumas ideias? O que acontece a seguir? Quais
fatores influenciam ou controlam as decisões que devem ser tomadas?
Finalmente, como termina o processo de projeto?
O processo de projeto completo, do início ao fim geralmente é descrito
conforme figura a seguir.
Elementos de Máquinas
Fases e interações do processo de projeto.
Percepção, decisão de agir.
Especificações, limitações características
Qual a solução?
É adequada? É a melhor?
Testes, mercado ...
Oral, escrita, gráfica
Elementos de Máquinas
1. Identificação da necessidade.
Geralmente da inicio ao processo do projeto. O reconhecimento e a
expressão dessa necessidade em palavras normalmente constituem um
ato extremamente criativo, pois as necessidades podem ser:
 Apenas um vago descontentamento;
 Um sentimento de inquietação;
 Ou a sensação de que algo não está correto.
Muitas vezes a necessidade não é evidente; seu reconhecimento
normalmente é acionado por:
 Uma determinada circunstancia adversa
 Ou por um conjunto de circunstâncias aleatórias que surgem quase que
simultaneamente.
Elementos de Máquinas
1. Identificação da necessidade.
Exemplo: A necessidade de fazer algo a respeito de uma máquina de
embalagem de alimentos poderia ser indicada pelo nível de ruído, por
uma variação no peso da embalagem e por meio de ligeiras, porém
perceptíveis, variações na qualidade da embalagem ou
acondicionamento.
Elementos de Máquinas
2. Definição do Problema.
Há uma diferença distinta entre a declaração de uma necessidade e a
definição do problema.
Definição do problema é a mais especifica e deve incluir todas as
especificações para o objeto a ser projetado. As especificações são:
As quantidades de entrada e de saída;
 As características e as dimensões do espaço que o objeto deve ocupar e
todas as limitações de tais quantidades.
Um projeto pode ser considerado uma caixa-preta, onde devemos
especificar as entradas e saídas juntamente com suas características e
limitações. Custo / Quantidade a ser fabricada / Vida útil esperada /
Intervalo / Temperatura de operação / Confiabilidade.
Qualquer coisa que limite a liberdade de escolha do projetista é uma
restrição.
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3. Síntese.
A síntese de um esquema interligando possíveis elementos do sistema
algumas vezes é denominada invenção do conceito ou projeto conceitual
que é a primeira e a mais importante etapa na tarefa de síntese.
Vários esquemas têm de ser propostos, investigados e quantificados em
termos da métrica estabelecida.
À medida que o esquema vai ganhando corpo, análises devem ser
realizadas para avaliar se o desempenho do sistema é satisfatório ou
melhor que o obtido anteriormente e, no caso de ser satisfatório, qual
seu nível de desempenho. Os esquemas que não são satisfatórios devem
ser revisados, aperfeiçoados ou descartados.
O projeto é um processo repetitivo no qual passamos por várias etapas,
avaliamos os resultados e, então, retornamos a uma fase anterior do
procedimento.
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4. Análise e otimização.
Analisar as soluções propostas implica em avaliar se as mesmas atendem
as limitações do problema e otimizar as que atendem para que atendam
melhor. Ferramentas de projetos, tais como modelos diferentes de
cálculo para permitir o refinamento de soluções propostas, podem ser
utilizados nessa fase. Com essas ferramentas, será possível otimizar o uso
de materiais, o processo de fabricação, o custo de manutenção e todas as
demais características necessárias para a correta avaliação do produto na
fase seguinte. A análise poderá mostrar que algumas das propostas pré-
selecionadas deverão ser descartadas ou modificadas significativamente,
para que possam concorrer com as demais na etapa seguinte, a da
avaliação.
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5. Avaliação.
A avaliação define a solução a ser implementada. Como critérios para a
avaliação estão: o atendimento à necessidade e às limitações definidas
anteriormente e todos os demais fatores limitantes eventualmente
levantados durante a síntese.
Nesta fase, poderão ser utilizados parâmetros de comparação ainda não
avaliados, como o consumo de potência, o número de profissionais
necessário para operar a máquina, a possibilidade de empacotamento e
transporte do produto, e outros.
Aqui queremos descobrir se o projeto realmente atende às necessidades.
Ele é confiável? Ele é economicamente viável em termos de fabricação e
uso? Sua manutenção e possíveis ajustes são fáceis? Pode-se obter lucro
com sua utilização?
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6. Apresentação.
Apresentar um projeto parece tarefa menos nobre para um engenheiro. No
entanto, isto também faz parte de sua profissão. Afinal, é para isso que são
feitos os desenhos, para transmitir uma ideia a pessoas que vão julgar o
projeto ou construí-lo.
Saber transmitir a suas ideias e motivar as pessoas para as quais as ideias estão
sendo transmitidas é função do engenheiro. Pode fazer toda a diferença na
aceitação ou não de um projeto. Saber falar corretamente, utilizar
adequadamente os recursos gráficos, argumentar com destreza, transmitir a
confiança em seu próprio trabalho, tudo isso requer esforço e dedicação.
Requer também talento, algo que nem sempre é possível adquirir, mas que
pode ser compensado com técnicas que podem ser aprendidas. Quem julga os
projetos normalmente não tem o conhecimento técnico necessário para avaliar
seu desempenho, mas possui uma enorme capacidade de discernir entre
projetos comercialmenteviáveis ou não. Um grande projeto com uma péssima
apresentação tem menores chances de ser aceito que um projeto apenas
razoável com uma grande apresentação.
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Considerações de Projeto (Desenho)
Algumas vezes a resistência exigida de um elemento em um sistema é um
fator importante na determinação da geometria e das dimensões desse
elemento. A resistência é uma consideração de projeto importante,
quando falamos de consideração nos referimos a alguma característica
que influi no projeto do elemento ou talvez de todo o sistema.
Normalmente, um bom numero de características deve ser considerado e
priorizado em uma dada situação de projeto.
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1. Funcionalidade;
2. Resistência;
3. Distorção/deflexão/rigidez;
4. Desgaste;
5. Corrosão;
6. Segurança;
7. Confiabilidade;
8. Fabricabilidade;
9. Utilidade;
10. Custo;
11. Atrito;
12. Peso;
13. Vida;
Considerações de Projeto (Desenho)
Características importantes não necessariamente em ordem de
importância:
14. Ruído;
15. Estilo;
16. Forma;
17. Tamanho;
18. Controle;
19. Propriedades térmicas;
20. Superfície;
21. Lubrificação;
22. Mercantilidade;
23. Manutenção;
24. Volume;
25. Responsabilidade pelo produto;
26.Refabricação/recuperação de recurso.
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Recursos e ferramentas para projeto
O engenheiro tem uma grande variedade de ferramentas e recursos
disponíveis para auxiliar na solução de problemas de projeto.
1. Ferramentas computacionais
Programas de projeto (desenho) com auxilio de computador (CAD)
permitem o desenvolvimento de projetos tridimensionais (3-D) dos quais
podem ser geradas vistas ortogonais bidimensionais convencionais com
dimensionamento automático, etc. (Ex. AutoCAD, Solid Works, etc)
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Recursos e ferramentas para projeto
2. Aquisição de informações técnicas
Vivemos atualmente na chamada “era da informação”, em que as
informações são geradas em um ritmo alucinante.
Algumas fontes de informação:
 Bibliotecas;
 Fontes governamentais;
 Associações de profissionais;
 Vendedores comerciais;
 Internet.
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Responsabilidades profissionais do engenheiro de 
projeto
Quando estiver trabalhando em um projeto, é importante desenvolver
uma abordagem sistemática. Uma atenção especial às etapas a seguir
ajudará a organizar a técnica de processamento de soluções:
 Entenda o problema;
 Identifique o conhecido;
 Identifique o desconhecido e formule a estratégia de solução;
 Enuncie todas as hipóteses e decisões;
 Analise o problema;
 Avalie sua solução;
 Apresente sua solução.
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Padrões e Códigos
Um padrão é um conjunto de especificações para peças, materiais ou
processos destinados a atingir uniformidade, eficiência e determinada
qualidade.
O Código é um conjunto de especificações para análise, projeto,
manufatura e construção de algo. O proposito de um código é atingir um
determinado grau de segurança, eficiência e desempenho ou qualidade.
Exemplo de organizações e associações que especificam padrões e
códigos:
ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos);
ASTM (Sociedade Americana de Testes e Materiais);
SAE (Sociedade de Engenharia Automotiva).
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Economia
A consideração do custo tem um papel de tal importância no processo de
decisão de um projeto que poderíamos facilmente despender tanto tempo
no estudo do fator custo quanto o tempo dedicado ao estudo do projeto.
Pontos importantes a se considerar:
 Tamanhos padrão: o emprego de tamanhos padronizados ou de estoque
é um principio básico na redução dos custos;
 Tolerâncias grandes: Entre os efeitos das especificações de projeto
sobre o custo, as tolerâncias são talvez as mais significativas;
 Ponto de equilíbrio: Volume de produção, a velocidade das linhas de
montagem ou alguma outra condição.
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Economia
 Ponto de equilíbrio:
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Segurança:
Tensão e resistência:
A subsistência de muitos produtos depende de como o desenhador
ajusta as tensões máximas em um componente para serem
menores que a resistência do componente em pontos de interesse
específicos.
O desenhador deve permitir que a tensão máxima seja inferior à
resistência com uma margem suficiente, de modo que, apesar das
incertezas, as falhas sejam raras.
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Incerteza:
São muitas as incertezas no projeto de máquinas. Exemplos de incertezas
concernentes à tensão e a resistência:
1. Composição do material e efeito da variação em propriedades;
2. Variações nas propriedades de ponto a ponto no interior de uma
barra de metal em estoque;
3. Efeitos sobre as propriedades de processar o material no local
ou nas proximidades;
4. Efeitos de montagens próximas como soldagens e ajustes por
contratação sobre as condições de tensão;
5. Efeito de tratamento termomecânico sobre as propriedades;
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Incerteza:
6. Intensidade e distribuição d carregamento;
7. Intensidade de concentrações de tensão;
8. Influencia do tempo sobre a resistência e a geometria;
9. Efeitos de corrosão;
10.Efeitos de desgaste.
11.Incerteza quanto ao numero de fatores que causam incertezas.
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Incerteza:
Os engenheiros devem conviver com a incerteza. As 
mudanças sempre vêm acompanhadas de incertezas.
Existem métodos matemáticos para lidar com as 
incertezas. As técnicas primárias são métodos 
determinísticos. O método estabelece um fator de 
projeto baseado nas incertezas absolutas de um 
parâmetro de perda de função e um parâmetro 
máximo admissível. Nesse caso, o parâmetro poderia 
ser a carga, a tensão, a deflexão etc.
Os engenheiros 
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Incerteza:
Exemplo:
Considerar que a carga máxima de uma estrutura
seja conhecida com uma incerteza de ± 20% e que a
carga que provoca falha seja conhecida com uma
incerteza de ± 15%. Se a carga causadora da falha for
nominalmente igual a 9kN, determinar o fator de
projeto e a carga máxima admissível que compensará
as incertezas absolutas.
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Fator de projeto (desenho) e fator de segurança:
Após concluir o projeto, o fator de projeto real pode mudar em razão de
mudanças como arredondamento para um tamanho padrão de uma seção
transversal ou o emprego de componentes saídos de prateleiras com
valores maiores em vez de empregar o que é calculado usando-se o fator
de projeto.
O fator é então conhecido como fator de segurança, n. O fator de
segurança tem a mesma definição do fator de projeto, porém,
geralmente, ele difere em termos numéricos.
nd = resistência de perda de função (S) / tensão admissível (σ)
Tensão admissível (σ) = P (força)/A (área)
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Fator de projeto (desenho) e fator de segurança:
Exemplo:
Uma barra com área de seção transversal igual a A e
carregada sob tração com uma força axial P=9 kN é
submetida a uma tensão σ = P/A. Adotando uma
resistência do material igual a 168 N/mm² e um fator
de projeto igual a 3,0, determinar o diâmetro mínimo
de uma barra maciça de seção circular. Usando o
diâmetro preferencial para cima de 16mm
determinar o fator de segurança.
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Confiabilidade: 0 ≤ R ≤ 1
Dimensões e Tolerâncias:
 Dimensão nominal;
 Limites;
 Tolerâncias;
 Folga;
 Interferência;
 Margem.
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AULA: CONHECIMENTO BÁSICO PARA UM PROJETISTA