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ELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IELEMENTOS ORGÂNICOS DE MÁQUINAS IATAT--096096

Universidade Federal do ParanáUniversidade Federal do ParanáCurso de Engenharia Industrial MadeireiraCurso de Engenharia Industrial Madeireira

M.Sc. Alan Sulato de Andrade M.Sc. Alan Sulato de Andrade

alansulato@ufpr.bralansulato@ufpr.br

MATERIAISMATERIAIS

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INTRODUÇÃO:

� Todos os projetos um dia terão que ser construídos,senão perde-se o sentido de se projetar. Uma etapaimportante dos projetos é quanto a seleção dosmateriais.

Projeto de uma garra para movimentação de toras de madeira

Material:AB?

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INTRODUÇÃO:

� Na construção de componentes específicos oumáquinas complexas é necessário a utilização dealguns materiais. Desta forma, o conhecimentoaprofundado destes materiais se torna indispensável.

Dentre os principiais materiais utilizados estão:

� Não-metálicos,� Metálicos.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:

� Sua utilização vem aumentando muito nos últimosanos. As principais vantagens buscadas são, baixopeso, resistência a corrosão, resistência a altatemperatura, resistência dielétrica e relativafacilidade de fabricação.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:

� O custo pode variar muito comparado aos metais.Existe basicamente três categorias gerais demateriais não-metálicos de interesse geral:� Polímeros,� Cerâmicas,� Compósitos.� Outros.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROS

� A palavra polímero significa “muitas partes”. Ospolímeros são moléculas orgânicas de cadeias muitolongas baseadas em moléculas de carbono.Podendo ser naturais ou artificiais (sintetizados).

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROS

Exemplo da distribuição das cadeias que formam um polímero

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSNATURAIS

� São os polímeros encontrados na natureza, nãohavendo a intervenção do homem na sua síntese.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSNATURAIS

Madeira, material orgânico composto basicamente por celulose e lignina,ambas polímeros naturais.

Lignina

Celulose

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSNATURAIS

� Outros polímeros naturais:� Cera,� Borracha natural,� Proteínas.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSARTIFICIAIS

� Grande parte dos polímeros utilizados hoje nosprojetos são sintetizados pelo homem. Suaspropriedades podem ser feitas sob medida em umalarga faixa por copolimerização com outros compostosou pela formação de ligas com dois ou maispolímeros.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSARTIFICIAIS

Produção de Polietileno a partir do petróleo

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROSARTIFICIAIS

Teflon - politetrafluoroetileno

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROS

� Os polímeros podem ser classificados em duasclasses:� Termoplásticos,� Termofixos (ou Termorígidos).

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROS

� TermoplásticosSão mais flexíveis e podem ser repetidamentefundidos e solidificados.

� Termofixos (ou Termorígidos).Devido a ocorrência de ligações cruzadas, são maisresistentes e mais rígidos.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:POLÍMEROS

� TermoplásticosEx.: Celulósicos, etilênicos, poliamidas, poliacetados,policarbonatos,

� Termofixos (ou Termorígidos).Ex.: Aminas, elastômeros, epóxis, fenólicos,poliésteres, silicones, uretanos.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:CERÂMICAS

� Estes materiais estão cada vez mais sendo utilizadosna área de engenharia. As cerâmicas de engenhariasão tipicamente, compostas de elementos metálicose não metálicos. Podem ser óxidos simples de ummetal, misturas de óxidos metálicos, carbetos,boretos, nitretos entre outros.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:CERÂMICAS

� As principais propriedades destes materiais são: altaresistência à compressão, dureza elevada,resistência química e à altas temperaturas entreoutras. Normalmente são formados por compactaçãode pó e então queimados, ou sintetizados paraformar ligações.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:CERÂMICAS

Uma das etapas de produção da cerâmica e sua utilizaçãoem um dispositivo para secagem de folhas de papel

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:COMPÓSITOS

� São materiais normalmente feitos pelo homem,consiste na combinação de algum material resistentee fibroso como fibras de vidro, carbono, ou borocoladas entre si em uma matriz de resina como epóxiou poliéster. Existe um composto natural muitoimportante: A madeira!

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:COMPÓSITOS

� Podem apresentar diversas características emfunção de sua composição. Entre as principaiscaracterísticas as que mais se destacam são aresistência e o peso reduzido.

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MATERIAIS NÃO-METÁLICOS:COMPÓSITOS

Exemplo de utilizações de composto de fibra de carbono e fibra de vidro

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MATERIAIS METÁLICOS:

� Os metais constituem o mais importante grupo demateriais de construção devido à variedade deaplicações. O seu emprego crescente deve-seprincipalmente ao contínuo conhecimento que se temadquirido de suas propriedades e do seucomportamento sob diversas condições de serviço.Somando a estes, destaca-se o aperfeiçoamento dastécnicas de fabricação e do tratamento e odesenvolvimento de novas ligas metálicas.

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MATERIAIS METÁLICOS:

� O metal mais empregado hoje é ainda o ferro e suasligas, contudo outros metais como o alumínio, cobre,chumbo, zinco, estanho, níquel e magnésio sãoutilizados ou mesmo imprescindíveis em muitasaplicações. Outros metais como o cromo, tungstênio(filamentos de lâmpadas), titânio (prótese de válvulascardíacas e de fémur, implantes dentários, etc)também merecem destaque.

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MATERIAIS METÁLICOS:

� Alguns metais se apresentam no estado puro nanatureza, mas a maioria se apresenta combinadocom outros elementos. Esses elementos combinadosconstituem os chamados minerais. Esses mineraispodem ser encontrados isolados na superfície daterra ou em conjunto com outros minerais. Chama-se"minério" os minerais dos quais se podem extrair osmetais, sendo que quando se apresentam emquantidades que permitem serem exploradoseconomicamente formam as chamados "depósitos"ou ''jazidas".

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MATERIAISMETÁLICOS:

Forma pura e combinada dos minerais, sendo estes encontrados em jazidas

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MATERIAIS METÁLICOS:

Processamento do minério visando a conversão do metal puro ou liga

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MATERIAIS METÁLICOS:

Formas comerciais de materiais metálicos

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MATERIAIS METÁLICOS:

� Uma definição simples para metal é a que consideraesse elemento "uma substância química elementarcom boa condutibilidade térmica e dielétrica,podendo ser opaca, lustrosa (refletora de luz)quando devidamente polida". Os metais também secaracterizam por apresentarem certo grau deductibilidade e plasticidade e de serem mais pesadosque outras substâncias elementares.

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MATERIAIS METÁLICOS:

� Do ponto de vista prático, as propriedades que temmaior importância na engenharia são as mecânicas,aquelas que estão relacionadas com a resistênciaque os materiais oferecem quando são solicitadospor tração, compressão, torção, choque entre outras.Estas características são levadas em conta quandose projetada qualquer tipo de estrutura.

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MATERIAIS METÁLICOS:

� O tipo de material metálico a ser utilizado nafabricação de um determinado produto vai dependerde diversos condicionantes do projeto. Entre estespode-se destacar: a função do produto ou de umaparte componente deste produto, as propriedades ecaracterísticas do metal para que suportem osesforços e condições de uso do produto, os fatoresde ordem econômica de forma a se tornar viável afabricação deste produto com o metal que estasendo especificado, entre outros.

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MATERIAIS METÁLICOS:

� De forma geral, os metais podem ser classificadosem:� Ferrosos e� Não-ferrosos.

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MATERIAIS METÁLICOS:METAIS FERROSOS

� Basicamente são os Aços e Ferros fundidos. Osmetais ferrosos em sua maioria são ligas de Ferro eCarbono. Aços se caracterizam por possuir umaporcentagem de Carbono em suas ligas entre0,008% e 2%. Os Ferros Fundidos possuem umaporcentagem de Carbono superior à 2%.

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MATERIAIS METÁLICOS:METAIS FERROSOS

Partes construídas com metais ferrosos

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MATERIAIS METÁLICOS:METAIS NÃO-FERROSOS

� São metais que possuem em sua composiçãoapenas átomos de Alumínio, Cobre, Zinco, Estanho,Níquel, Magnésio, entre outros. Existe apossibilidade de produzir ligas destes materiais.

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MATERIAIS METÁLICOS:METAIS NÃO-FERROSOS

Exemplos de utilização de alumínio, cobre e uma liga de magnésiona produção de elementos e máquinas

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MATERIAIS:

� Desafio:Buscar 3 polímeros naturais e 3 artificiais utilizadosem projetos de máquinas.Propor o tipo de material a ser utilizado nas seguintessituações:� Estrutura residencial e industrial, buscando

priorizar o conforto térmico e acústico.� Peças de motores automotivos,� Partes componentes de um planador,� Partes componentes de um foguete espacial.