02 - Ciências dos Materias - Unidade 1 - Parte 1

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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL ROSEMAR PIMENTEL
CENTRO UNIVERSITÁRIO GERALDO DI BIASE
Ciências e Tecnologia dos Materiais
CURSO: Engenharia Civil - NI
NOME DO DOCENTE: Eng. Carlos Eduardo Pereira Leite
NOME DA DISCIPLINA
OBJETIVOS
- Verificar os principais critérios no processo de seleção dos materiais. 
- Entender a relação entre a composição, a estrutura e as propriedades de um material. 
- Estudar os efeitos ambientais e outros efeitos. 
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CONTEÚDO(S):
Unidade 1 - INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS
ROTEIRO DA AULA
EXPOSIÇÃO DO CONTEÚDO (Assista o Vídeo/Powerpoint Explicativo)
TEXTO BASE/SAIBA MAIS (Leia o texto base e as outras indicações: livros, sites , slides, podcast sobre o assunto)
TAREFA (Realize as tarefas postadas no NEAD)
ENCONTRO ONLINE: Plataforma Teams (semanal no horário/dia da aula presencial)
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Conhecer as propriedades mecânicas dos materiais é necessário para o projeto de estruturas afim de evitar que ocorram níveis inaceitáveis de deformação e/ou falhas.
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5
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Unidade 1 - INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DOS MATERIAIS
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Introdução
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DEFINIÇÕES
Ciência dos Materiais: é a investigação das relações entre composição/estrutura e propriedades dos materiais;
• Engenharia dos Materiais: responsável por projetar, desenvolver ou aperfeiçoar técnicas de processamento de materiais (= técnicas de fabricação) com base nas relações composição/estrutura e propriedades. E também desenvolver formas de produção de materiais socialmente desejáveis a custo socialmente aceitável.
A Ciência e a Engenharia dos Materiais são campos intimamente interligados e interdisciplinares.
 “A Ciência e Engenharia dos Materiais é a área da atividade humana associada com a geração e a aplicação de conhecimentos que relacionem composição, estrutura e processamento de materiais às suas propriedades e usos.” Morris Cohe
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TETRAEDRO
Objeto da Ciência e Engenharia de Materiais
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São muitas
perguntas ...,
a serem feitas em cada caso!!! 
Seleção de Materiais
Fluxograma de desenvolvimento de um produto: condições de contorno e relações funcionais entre projeto, seleção de materiais e seleção de processo.
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 Introdução
A seleção de materiais e componentes para a construção sustentável pode ser então definida como a seleção de produtos com intuito de obter, através de um projeto, a redução dos impactos ambientais e o aumento dos benefícios sociais dentro dos limites da viabilidade econômica do empreendimento.
O que é projeto?
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 QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?
Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes de tratamento térmico e composição de cada material.
 COMO ESCOLHER?
 
Quais os critérios que um engenheiro deve adotar para selecionar um material entre tantos outros?
 
Em primeiro lugar, o engenheiro deve caracterizar quais as condições de operação que será submetido o referido material e levantar as propriedades requeridas para tal aplicação, saber como esses valores foram determinados e quais as limitações e restrições quanto ao uso dos mesmos.
A segunda consideração na escolha do material refere-se ao levantamento sobre o tipo de degradação que o material sofrerá em serviço. Por exemplo, elevadas temperaturas e ambientes corrosivos diminuem consideravelmente a resistência mecânica.
Finalmente, a consideração talvez mais convincente é provavelmente a econômica: 
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Qual o custo do produto acabado??? 
Cuidado - um material pode reunir um conjunto ideal de propriedades, porém com custo elevadíssimo. 
FILOSOFIA DO COMPROMISSO.
• Em raras ocasiões um material reúne uma combinação ideal de propriedades, ou seja, muitas vezes é necessário reduzir uma em benefício da outra. Um exemplo clássico são resistência e dutilidade: geralmente um material de alta resistência apresenta ductilidade limitada. 
 Este tipo de circunstância exige que se estabeleça um compromisso razoável entre duas ou mais propriedades.
Importância da Seleção
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Seleção de Materiais Importância 
Os Mecanismos causadores de falhas em plantas industriais
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Os Mecanismos causadores de falhas em componentes aeronáuticos 
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As Causas de Falha em componentes aeronáuticos
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Seleção de materiais X Análise de Falhas
• Análise de falhas é importante para assegurar a integridade e segurança
 
 – Prevenção de falhas
 – Melhoramentos e modificação de projetos
 – Melhor entendimento do projeto, materiais, fabricação e métodos de inspeção
• Na ocorrência de falhas fica clara a importância da seleção de materiais
TÍTULO
Conceitos para Seleção
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Critérios de Seleção
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Quais os principais critérios de seleção de materiais?
 
 Requisitos de seleção e Redução de custos
Exemplos: 
• Considerações dimensionais 
• Considerações de forma 
• Considerações de peso 
• Considerações de resistência mecânica 
• Resistência ao desgaste 
• Conhecimento das variáveis de operação 
• Facilidade de fabricação 
• Requisitos de durabilidade 
• Número de unidades 
• Disponibilidade de material 
• Custo 
• Existência de especificações de códigos 
• Viabilidade de reciclagem 
• Valor da sucata 
• Grau de normalização 
• Tipo de carregamento 
• .... 
Requisitos de Seleção
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Redução de Custo
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Exemplo da redução do consumo de gasolina em um carro
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Exemplo de economia de consumo em peso de metal mantendo a rigidez e a resistência 
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Seleção de materiais X Projeto
• O procedimento ideal deve ser um dialogo entre diferentes profissionais (interação cíclica). 
Podemos ter seleção no contexto de:
– Criação de novos produtos; 
– Modificações visando adaptação a novas condições de serviço;
– Material inadequado;
– Novos materiais ou processos => desempenho
– Redução de custo
 Seleção de materiais X Projeto
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O procedimento ideal deve ser um dialogo entre diferentes profissionais (interação cíclica). 
Podemos ter seleção no contexto de:
– Criação de novos produtos;
– Modificações visando adaptação a novas condições de serviço;
– Material inadequado;
– Novos materiais => desempenho;
– Redução de custo;
ABORDAGEM - Microscópica e Macroscópica
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A aplicação das visões "macroscópica" e "microscópica“ - a primeira necessária nos estágios iniciais do processo, para que nenhuma oportunidade de seleção seja perdida, e a segunda mais adequada ao detalhamento final, após aplicação das restrições pertinentes. 
Índice de Mérito
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Índice de Mérito (IM) • O IM é uma fórmula algébrica que no contexto de determinado requisito identifica as variáveis importantes e suas relações funcionais. Ele permite julgar o desempenho dos diversos materiais para uma função específica desejada. 
 O IM é uma fórmula algébrica que expressa um compromisso entre duas características ou propriedades.
 MF Ashby desenvolveu os mapas das propriedades (baseado no IM) dos materiais que são usados para a seleção dos matériais.
 
 
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Exemplos: IM para minimização de peso de acordo com geometria e carregamento
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Exemplo de IM
Mapas de Propriedades - Ashby
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 MF Ashby desenvolveu os mapas das propriedades dos materiais usados para a seleção dos matérias.
 
Força (Strengh)
 e 
Energia (Energy)
(1 MJ = 1000000 Joule)
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O Módulo de Young é uma propriedade mecânica que mede a rigidez de um material sólido. Define a relação entre tensão (força por unidade de área) e deformação (deformação proporcional) em um material no regime de elasticidade linear de uma deformação uniaxial. O símbolo para o móduloé E e a unidade é Gpa. 
 x
A Densidade de um corpo define-se como o quociente entre a massa e o volume desse corpo. Desta forma pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em determinado volume. O símbolo para a densidade é ρ e a unidade é Kg/m3. 
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Como a Seleção é realizada?
Para que seja possível chegar em uma lista de prováveis materiais que podem ser utilizados no projeto, podem ser utilizados os “Mapas das Propriedades dos Materiais”, conhecidos como Mapas de Ashby, que foi quem inicialmente desenvolveu o mesmo.
Estes mapas procuram agrupar todas as famílias de materiais cujas coordenadas compõem Índices de Mérito (ou de desempenho). Em geral, o agrupamento dos materiais nos mapas faz com que seja necessário o uso de escalas logarítmicas, ocasionando uma perda de definição, que é compensada ampliando-se regiões do mapa.
.
O índice de mérito (IM), linha em vermelho no mapa ao lado, é uma fórmula algébrica que expressa uma relação entre duas propriedades. A partir disso, quanto maior o IM, mais adequado é o material para aquela função planejada.
 
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Maior
Menor
 
 Mapas de Seleção 
As linhas guias (amarelo e azul) representam
IM = Densidade(kg/m3) / Resistência (mpa)
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Inclinações diferentes
 =
 IMS diferentes
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Ex: Seleção de materiais leves e resistentes para um perfil metálico T sujeito a flexão
1) Suponhamos que o perfil tenha como requisito P = 10; Portanto o material deve estar ao longo ou acima da linha P=10 (linha amarela);
2) Vamos supor que outro critério é que o material tenha uma resistência de 300MPa.
(acima da linha vermelha)
3) Materiais prováveis:
- Aços;
- Ligas de Ti;
- Ligas de Al de alta resistência;
- Compósitos de engenharia
Conclusão
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Obs.: PRFC = polímero reforçado com fibra de carbono
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O que escolher? Pelo custo do material usado? 
Além de tudo isso temos fabricação, disponibilidade, etc.... 
Por IM o PRFC parece o mais adequado, seguido do alumínio. Mas e o custo?
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ENCONTRO PELO APLICATIVO TEAMS
DIA: 4ª feiras
HORÁRIO: 19H
Sala: 6º período – UGB/NI
E fique por dentro de tudo o que acontece no UGB/FERP
@ugbferp
OBRIGADO(A) !
Prof. Carlos Eduardo Pereira Leite
21 – 988145070 - WhatsApp
carlos.pereiraleite@hotmail.com
Lavf58.29.100