Lista 1 - JORCELAN PEREIRA DA ROCHA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ 
 CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
INSTITUTO DE TECNOLOGIA 
Introdução a Ciência e Engenharia de Materiais 
1º lista de exercícios 
Data de entrega: 27/04/2021 
PROFESSOR: Bernardo Borges Pompeu Neto; 
 
EMAIL: pompeu@ufpa.br; 
2021.1. 
 
NOME DO ALUNO: Jorcelan Pereira da Rocha. 
 
1 - Você gostaria de projetar um avião que possa voar impulsionado de modo contínuo 
apenas com a força de braços e pernas de uma pessoa. Que propriedades você 
recomendaria para o material? Que materiais seriam adequados? 
 
Para projetar um avião necessário utilizar um material que apresente, entre outras 
propriedades, alta resistência estrutural, boa elasticidade, serem inoxidáveis e que possuírem 
baixa massa específica. 
Dentre outros materiais já presentes na atualidade, citam-se os seguintes materiais 
como possíveis escolhas: 
I. O mais comum, o alumínio devido a essas ligas possuírem todas as 
propriedades supracitadas. 
II. Compósito de "polímero reforçado com fibras de carbono" (ou "PRFC"), o 
qual consiste em fibras de carbono embutidas no interior de um polímero. Esses 
materiais são mais rígidos e mais resistentes do que os materiais reforçados com fibras 
de vidro, no entanto eles são mais caros. 
III. As ligas de titânio que são extremamente resistentes; são possíveis limites de 
resistência à tração à temperatura ambiente tão elevados quanto 1400 MPa (200.000 
psi). Produzindo resistências específicas excepcionais. Além disso, as ligas são muito 
dúcteis e podem ser forjadas e usinadas com facilidade. 
 
2- Que propriedades deve ter o material usado na fabricação da cabeça de um martelo 
de carpinteiro? Como você produziria uma cabeça de martelo desse tipo? 
Deve possuir propriedades que visem promover a dureza correta à cabeça do martelo, 
menor vibração e maior capacidade de amortecer impactos ao cabo e cunha metálica e seja 
capaz de suportar processos repetitivos e impactos, além de garantir maior segurança. 
Para a produção da cabeça do martelo é imprescindível obter a quantidade correta de 
dureza na cabeça da ferramenta. Segundo a norma técnica NBR 10.760, de outubro de 1989: 
Martelo de Aço - Especificações: "As durezas ... devem estar entre 50 HRC, no mínimo, e 58 
HRC, no máximo, constatadas em três pontos distintos. A profundidade de tratamento deve 
ser de 3mm no mínimo, ao fim da qual deve ter uma dureza de 44 HRC no mínimo". Isso leva 
ao interessante uso do aço carbono forjado. Visto que essa peça não pode ficar dura demais, 
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pois tornar-se quebradiça, no entanto, cederá se não ficar dura o suficiente. A correta 
produção da cabeça do martelo também é essencial para garantir qualidade à ferramenta. 
Quanto melhor o equilíbrio, mais fácil será usá-lo. Assim, o aço carbono usado para projetar a 
cabeça do martelo apresenta as seguintes propriedades: alta resistência à tensão mecânica, alta 
rigidez e alta tenacidade. 
3- Selecione um ou mais dos seguintes itens ou dispositivos modernos e faça uma busca 
na Internet para determinar qual (is) material (is) específico(s) é(são) usado(s) e quais 
propriedades específicas esse(s) material (is) possui(em) para o dispositivo/item 
funcionar corretamente. Por fim, escreva um texto curto no qual você relata suas 
descobertas. 
(a) Células solares; 
As células fotovoltaicas devem ser produzidas em materiais semicondutores, portanto, 
os tipos de células solares mais utilizados no mundo são de silício, tais como silício cristalino, 
silício monocristalino (mono-Si), silício policristalino (multi-Si) e silício amorfo (a-Si). 
São utilizados esses tipos de materiais, para que, quando os fótons as atingirem, alguns 
dos elétrons que circundam os átomos se desprendam e migrem para uma região que está com 
ausência de elétrons, criando uma corrente elétrica, chamada de energia solar fotovoltaica. 
Portanto, a célula fotovoltaica reage com a incidência dos raios do sol e libera elétrons 
que são transferidos para um circuito dentro de um painel solar, gerando energia elétrica. 
Dessa forma, o material usado para o encapsulamento tem que ser resistente mecanicamente, 
eletricamente e termicamente, porque o módulo fotovoltaico fica muito quente quando está 
trabalhando convertendo a radiação solar em energia elétrica. 
(b) Palhetas de turbinas eólicas; 
As lâminas das turbinas eólicas são feitas de materiais compósitos (casos compostos 
de epoxy e polyester), essencialmente plásticos reforçados com fibras. 
Esses materiais devem proporcionar: leveza, rigidez, e um bom rendimento 
aerodinâmico. 
(c) Blocos de motores de automóveis (excluindo o ferro fundido); 
Bloco de alumínio. Esse material é resistente à abrasão, leve e igualmente durável ao 
ferro fundido, o que torna os motores mais compactos e eficientes. 
Já, os blocos de plástico estão sendo fabricados com plásticos termorrígidos 
granulados, acrescidos de fibra de vidro, em um processo de moldagem por injeção. O 
material compósito é fundido, e solidifica-se depois de ser injetado no molde sob-pressão. 
(d) Carrocerias de automóveis (excluindo os aços-liga); 
O uso do alumínio na indústria automotiva é recente, mas, por ser leve e resistente, é 
utilizado para fabricar os painéis da carroceria. 
http://g1.globo.com/carros/noticia/2011/11/g1-mostra-em-video-como-nasce-um-carro.html
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O resultado dessa medida é a obtenção de um veículo mais leve e com melhor 
desempenho. 
(e) Equipamentos esportivos; 
Nylon é um polímero. Foi à primeira fibra têxtil sintética produzida. Dos fios desse 
polímero fabricam-se o velcro e os tecidos usados em roupas esportivas. 
Quimicamente, o nylon é um polímero de condensação feito com repetidas unidades com 
ligações amida entre elas: por isso é conhecido como uma poliamida. A variante mais comum 
é o nylon 6,6 também chamado de nylon 66 devido ao fato de ambas, diamina e o diácido, 
terem 6 estruturas de carbono. 
O nylon consiste, também, no mais conhecido representante de uma categoria de 
materiais chamados poliamidas, que apresenta ótima resistência ao desgaste e ao 
tracionamento. 
Além disso, as travas das chuteiras são feitas de ABS ou de polipropileno, além de 
resinas de poliuretano, elastômeros e adesivos especiais. Os uniformes são feitos de 
microfibras de poliéster, mais resistentes a puxões, mais leves e confortáveis. 
(f) Bolas de futebol; 
As bolas são fabricadas atualmente com poliuretano (altamente durável e leve) foi 
usado como revestimento e nas camadas internas se empregou o poliestireno, as câmaras eram 
de látex. Em 2002, mais polímeros fizeram parte da confecção da bola: sob o revestimento de 
poliuretano se empregou dez camadas de poliestireno e na câmara foi usada a borracha 
butílica. Outro polímero, o Kevlar, foi usado para costurar a bola. 
(g) Bolas de basquete; 
Em opção ao couro, a fibra ultrafina ZK, é um material sintético. Tem as vantagens de 
toque fino, suor e antiderrapante, couro natural relativo, resistência à abrasão, resistência a 
mofo e fácil manutenção. Basquete é frequentemente usado para treinamento profissional e 
competição. 
(h) Bastões de esqui; 
Os bastões geralmente são construídos de fibras de carbono, que tem como 
propriedades a leveza, resistência e possibilita maior finura. 
Esses acessórios estão cada vez mais leves e resistentes, com design anatômico e 
compatível com diferentes ângulos e velocidades. 
 
(i) Quadros leve de bicicleta. 
 
Fibra de carbono é um material suprassumos das bicicletas, por conseguir ser 
extremamente leve, moldável para qualquer formato, e ultrarresistente. 
 
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 CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL4- Classifique cada um dos seguintes materiais em metal, cerâmica ou polímero. 
Justifique cada escolha: (a) latão; (b) óxido de magnésio (MgO); (c) Plexiglas
®
; (d) 
policloropreno; (e) carbeto de boro (B4C); e (f) ferro fundido. 
 
(a) Latão; 
 
Classificado como um metal, o latão é uma mistura entre Cobre (Cu) e Zinco (Zn), 
extremamente ideal para a utilização em peças, componente e demais outros equipamentos. 
Os materiais nesse grupo são compostos por um ou mais elementos metálicos (tais como 
ferro, alumínio, cobre, titânio, ouro e níquel) e, com frequência, também elementos não-
metálicos (por exemplo, carbono, nitrogênio e oxigênio) em quantidades relativamente 
pequenas. 
Os átomos nos metais e nas suas ligas estão arranjados de uma maneira muito 
ordenada e, em comparação às cerâmicas e aos polímeros, são relativamente densos. Em 
relação às características mecânicas, esses materiais são relativamente rígidos. 
 
(b) Óxido de Magnésio (MgO); 
 
Classificado como material cerâmico, o Óxido de Magnésio (MgO) rapidamente reage 
com água quando exposto a umidade ou durante a mistura de concretos refratários, gerando 
uma camada de hidróxido de magnésio, Mg(OH)2 , na superfície das partículas. As cerâmicas 
são compostos por elementos metálicos e não-metálicos; na maioria das vezes, elas consistem 
em óxidos, nitretos e carbetos. 
 
(c) Plexiglas; 
 
É classificado como material polímero, porquanto, as características mecânicas dos 
polímeros são muito mais sensíveis a mudanças de temperatura na vizinhança da temperatura 
ambiente. Considerando o comportamento tensão--deformação para o poli (metil metacrilato) 
(Plexiglas) em várias temperaturas entre 4 e 60°C (40 e 140°F). 
O plexiglas é um termoplástico transparente à base de petróleo tipicamente fabricado 
em chapas. É um material forte, resistente e leve, com maior resistência ao impacto que o 
vidro. Também é útil para aplicações externas devido a uma maior estabilidade ambiental do 
que a maioria dos outros plásticos, como poliestireno e polietileno. 
 
(d) Policloropreno; 
 
Classificado como material polímero, porquanto, nas famílias dos polímeros incluem 
materiais plásticos e de borracha. Muitos deles são compostos orgânicos quimicamente 
baseados no carbono, no hidrogênio e outros elementos não metálicos (como O, N, Si). 
O policloropreno é homopolímeros do 2-cloro-1,3-butadieno. A borracha de 
policloropreno pode ser considerada uma borracha de uso geral, face às boas características 
técnicas, das quais salientamos: uma boa resiliência, deformação residual, resistência à fadiga 
por flexão, resistência ao calor e à chama; boa resistência aos óleos animais e vegetais, mas 
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resistência moderada a óleos minerais e gorduras e a muitas substâncias químicas e alguns 
solventes, nomeadamente de natureza aromática. 
 
(e) Carbeto de boro; 
 
Uma propriedade mecânica de utilidade apresentada pelos materiais cerâmicos é a sua 
dureza, que é utilizada com frequência quando uma ação de abrasão ou de polimento é 
necessária; de fato, os materiais mais duros conhecidos são cerâmicos. 
O carbeto de boro, (fórmula química B4C), também chamado carboneto de boro, é um 
material cerâmico extremamente duro usado em armaduras de tanques, coletes a prova 
de balas, reatores nucleares e diversas outras aplicações industriais. Com dureza de 9.3 
na escala de Mohs, é o quinto material mais duro conhecido. 
 
(f) Ferro fundido. 
 
O ferro fundido é classificado metal, porquanto, os materiais nesse grupo são 
compostos por um ou mais elementos metálicos (tais como ferro, alumínio, cobre, titânio, 
ouro e níquel) e, com frequência, também elementos não-metálicos (por exemplo, carbono, 
nitrogênio e oxigênio) em quantidades relativamente pequenas. 
 Sendo que o Ferro fundido é uma liga de ferro em mistura eutética com elementos à 
base de carbono e silício. Forma uma liga metálica de ferro, carbono (a partir de 2% a 
7%), silício (entre 1 e 4%), podendo conter outros elementos químicos. 
 
5- Use o google para pesquisar a história e os usos de um dos seguintes materiais: Vidro, 
Cimento, Fibra de Carbono; 
Apresente o resultado sob a forma de um relatório curto, de aproximadamente 100 a 
200 palavras (cerca de meia página). 
 
CIMENTO 
 
A origem do cimento remonta há cerca de 4.500 anos. Os imponentes monumentos do 
Egito antigo já utilizavam uma liga constituída por uma mistura de gesso calcinado. As 
grandes obras gregas e romanas, como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de 
solos de origem vulcânica da ilha grega de Santorino ou das proximidades da cidade italiana 
de Pozzuoli, que possuíam propriedades de endurecimento sob a ação da água. 
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John 
Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de 
calcários moles e argilosos. 
Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura 
de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento artificial. Em 
1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, 
transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se 
tão dura. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, 
https://pt.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_qu%C3%ADmica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Boro
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carro_de_combate
https://pt.wikipedia.org/wiki/Colete
https://pt.wikipedia.org/wiki/Proj%C3%A9til_bal%C3%ADstico
https://pt.wikipedia.org/wiki/Reator_nuclear
https://pt.wikipedia.org/wiki/Escala_de_Mohs
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ferro
https://pt.wikipedia.org/wiki/Mistura_eut%C3%A9tica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio
https://pt.wikipedia.org/wiki/Liga_met%C3%A1lica
https://pt.wikipedia.org/wiki/Carbono
https://pt.wikipedia.org/wiki/Sil%C3%ADcio
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com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de 
durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland. 
Os principais usos são: argamassa de revestimento e assentamento; concreto simples 
(sem armadura) ou armado com função estrutural; concreto protendido; pavimento de 
concreto simples ou armado. 
 
6- Desenvolva uma Lista de propriedades necessárias para cada uma das aplicações 
listadas a seguir e decida quão significativo é o aspecto econômico na seleção final dos 
materiais. 
 
a) Asfalto para pavimentação de estradas; 
 
Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as 
principais: proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite 
flexibilidade controlável; é impermeabilizante, é durável e resistente à ação da maioria dos 
ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas 
combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos. 
No âmbito econômico, conclui-se que o pavimento flexível é amplamente mais 
utilizado no Brasil e tem menor investimento no período de implantação, aproximadamente 
42% mais barato que o pavimento rígido. Porém, analisando ao longo prazo e considerando o 
investimento final, valores empregados com implantação e manutenções necessárias ao longo 
da vida útil, o pavimento rígido torna-se mais competitivo que o flexível, pelo fato que o 
pavimento flexível requerer maiores custos para mantê-lo em condições satisfatórias de uso e 
a diminuição nos custos de manutenção do pavimento rígido cobrem os gastos de sua 
construção inicial. 
 
b) Tubulação em uma casa. 
 
Em sua maioria, atubulação em uma casa é feita do Policloreto de Vinila mais 
conhecido pelo acrónimo PVC, porquanto, é leve (1,4 g/cm3), o que facilita seu manuseio e 
aplicação; resistente à ação de fungos, bactérias, insetos e roedores; 
resistente à maioria dos reagentes químicos; bom isolante térmico, elétrico e acústico; 
sólido e resistente a choques; impermeável a gases e líquidos; 
resistente às intempéries (sol, chuva, vento e maresia); durável: sua vida útil em construções é 
superior a 50 anos, não propaga chamas; versátil e ambientalmente correto; reciclável e 
reciclado; e fabricado com baixo consumo de energia. 
Uma das principais características do PVC é o longo ciclo de vida de suas aplicações, 
que varia de 15 a 100 anos, sendo a média superior a 60 anos. Por ser reciclável, contribui 
diretamente para o melhor desempenho das empresas, ao reduzir custos e economizar 
insumos, além de contribuir nos resultados ambientais decorrentes da diminuição dos 
resíduos.