clculo estrutural num©rico e experimental da carenagem de ... clculo estrutural num©rico e

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  • Clculo estrutural numrico e experimental da carenagem

    de um veculo

    Samuel Cezinando Ribeiro Furtado

    Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

    Engenharia Mecnica

    Jri

    Presidente: Prof. Lus Faria

    Orientador: Doutor Arlindo Jos de Pinho Figueiredo e Silva

    Co-Orientador e Perito Externo: Msc Cristiano Alves da Silva

    Vogais: Doutor Lus Sousa

    Outubro 2009

  • i

    The most environmentally friendly thing that you can do for a car that burns gasoline is to make

    lighter bodies Henry Ford

  • ii

    Aos meus Pais Cizinando Furtado e Adriana Furtado

  • ii

    AGRADECIMENTOS

    Em primeiro lugar gostaria de agradecer a todos os que contriburam de forma directa ou indirecta para a concluso deste trabalho;

    Uma palavra de apreo a todos os meus colegas e amigos que, mesmo sem saberem, ajudaram-me muito ao longo da minha vida;

    Ao Pedro Teixeira que, apesar dos contratempos constantes na oficina, ainda assim conseguia ajudar;

    Aos Professores Lus Reis, Virgnia Infante e Manuel Freitas que, mesmo no sendo meus orientadores estiveram sempre disponveis para ajudar;

    Ao meu orientador Professor Arlindo Silva por todo o auxlio prestado, pois muitas vezes se no fosse os seus conselhos este trabalho no se concretizava. Tambm um obrigado pela pacincia.

    Aos meus ex-colegas Cristiano, Caetano, Nuno, Pedro, Hugo, Cabedal, Vargas, que

    agora so meus amigos, por me terem aturado durante estes anos todos. Cristiano uma

    palavra de apreo pela enorme ajuda;

    famlia Santarm, por me terem ajudado numa fase muito importante da minha

    vida, o que contribuiu de forma decisiva para a continuao dos meus estudos. Obrigado

    pela amizade e pelo carinho;

    Aos meus amigos de infncia e toda a famlia Semedo, por toda carinho, amizade e

    lealdade demonstradas at os dias de hoje. Bela, sem a tua ajuda, isso no saa. No digo

    nomes porque so muitos;

    Aos meus irmos e os meus restantes familiares que sempre acreditaram. O vosso

    apoio muito importante na minha vida;

    minha esposa um obrigado por demonstrar tanto amor e compreenso. Amo-te

    muito.

    Aos meus pais por todo esforo que fizeram para nos transmitirem os mais nobres

    valores, e principalmente por serem a minha referencia ainda hoje. Obrigado.

    Papa bu sta sempre li!!!

  • iii

    RESUMO

    A indstria automvel est actualmente muito pressionada a reduzir o peso dos componentes

    dos seus veculos, e consequentemente os consumos energticos. O conceito do eco design ou

    design sustentvel ganhou uma importncia vital, principalmente devido escassez de matria-prima

    e aos problemas resultantes da degradao ambiental, o que resulta cada vez mais na tentativa de

    incorporar nos produtos, materiais de baixo impacto ambiental e grande abundncia. Os materiais

    compsitos vegetais cumprem plenamente estes requisitos.

    Portanto, neste trabalho, analisou-se a possibilidade de substituir as fibras de vidro pela fibra

    de juta, que uma fibra vegetal, na construo de um capot dianteiro de um veculo automvel (um

    buggy). Foram realizados ensaios experimentais, de traco e de flexo em trs pontos aos provetes

    construdos a partir de compsitos reforados pelas referidas fibras (de vidro e de juta), e

    comparados os resultados obtidos, com os resultantes da simulao computacional dos mesmos,

    tambm realizada. O capot construdo pelas fibras em diversas configuraes foi analisado,

    simulando a aplicao de uma carga semelhante ao que resultaria do facto de uma pessoa de 80 kg

    se sentar em cima, e constatou-se que, introduzindo algumas modificaes, os compsitos

    construdos utilizando a fibra de juta conseguem cumprir os requisitos mecnicos necessrios sua

    utilizao.

    Da anlise do ciclo de vida realizada, constatou-se que a maior causa do impacto ambiental

    (90%) a queima de combustvel durante a fase de uso de um veculo automvel, e que por sua vez

    est directamente ligada ao peso do veculo, onde o consumo aumenta com o aumento do peso do

    veculo.

    Palavras-chave: Automvel, eco design, materiais compsitos, fibras de vidro, fibras de juta, ciclo de vida

  • iv

    ABSTRACT

    Nowadays, the automotive industry faces a lot of pressure to reduce the weight of its vehicles

    components and consequently the energy consumption. The concept of eco-design or sustainable

    design gained a vital importance, principally due to the shortage of the raw materials and the resultant

    problems of the environmental degradation. Because of this, there are an increase interest to

    incorporate in the products, materials with low environmental impact and great abundance. The

    vegetable composite materials carry out fully these requisites.

    So, in this work, there was analyzed the possibility to substitute the fiberglass by jute fiber,

    which is a vegetable fiber, in the construction of a frontal bonnet of a buggy.

    Experimental and computational tensile and flexure test were perform for the composite

    reinforced by jute fiber and fiberglass, and the obtained results were compared. The frontal bonnet

    built by the different materials were analyzed, simulating the application of a similar load to what it

    would result from the fact of a person of 80 kg to sit in top, and it was noticed that, introducing some

    modifications, the built composite using jute fiber manage to carry out the mechanical necessary

    requisites for its use. Nevertheless, the solution that also guarantees the best environmental

    performance is the use of jute fiber in the bidirectional configuration [(0/90), (0/90), (45/-45),] s.

    From the life cycle analysis, it was noticed that the biggest cause of the environmental impact

    (90%) is the burning of fuel during the vehicle phase of use, and that for its time it is straightly

    connected with the weight of the vehicle, where the consumption increases with the increase of the

    weight of the vehicle.

    KEYWORDS: Automobile, eco design, composite materials, fiberglass, jute fiber, life cycle

    assessments

  • v

    NDICE

    AGRADECIMENTOS ............................................................................................................. ii

    RESUMO .............................................................................................................................. iii

    ABSTRACT ........................................................................................................................... iv

    NDICE FIGURAS ............................................................................................................... viii

    NDICE TABELAS ................................................................................................................. xi

    MOTIVAO ....................................................................................................................... xiv

    OBJECTIVOS ...................................................................................................................... xv

    1. INTRODUO .................................................................................................................. 1

    2. REVISO BIBLIOGRFICA .............................................................................................. 3

    2.1. A problemtica da substituio de materiais na indstria automvel ........................... 3

    2.2. O eco design e a indstria automvel ......................................................................... 5

    2.3. Materiais compsitos .................................................................................................. 7

    2.3.1. Definio .............................................................................................................. 7

    2.3.2. Tipos e Classificao ............................................................................................ 8

    2.3.3. Vantagens e limitaes ........................................................................................ 9

    2.3.4. Aplicaes ............................................................................................................ 9

    2.3.5. Fabricao...........................................................................................................13

    2.3.6. RTM ....................................................................................................................18

    2.3.7. Reforos ..............................................................................................................23

    2.3.8. Fibra de vidro ......................................................................................................24

    2.3.9. Matrizes ...............................................................................................................26

    2.3.10. Propriedades mecnicas do compsito .............................................................28

    2.4. Compsitos naturais ..................................................................................................34

    2.4.1. Historia dos compsitos naturais .........................................................................34

    2.4.2. Evoluo do consumo das fibras naturais na Europa ..........................................35

    2.4.3. Utilizao actual de materiais compsitos reforados por fibras vegetais na indstria automvel .......................................................................................................36

    2.4.4 . Vantagens das fibras naturais em relao