Utilização de Materiais Compositos em Aeronáutica e Espaço: Fibras de Carbono e Quartzo, Trabalhos de Engenharia Química

Baixe Utilização de Materiais Compositos em Aeronáutica e Espaço: Fibras de Carbono e Quartzo e outras Trabalhos em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity!

M 09 – Avanços Tecnológicos na Área de

Materiais e Processos

Material de Apoio

Salto

Índice

• Análise de Falhas
• Materiais Cerâmicos
• Cerâmicas de alta tecnologia
• Metalurgia do Pó
• Semicondutores
• Supercondutores
• Compósitos
• Polímeros - Plásticos
• Tubulações
• Materiais Nucleares
• Materiais de construção
• Materiais estruturais
• Fibras ópticas
• Referências

especificadas, durante um dado intervalo de tempo. Geralmente expressa pelo indicador de MTBF, ou seja, o tempo médio entre falhas. Disponibilidade: é uma função da confiabilidade e mantenabilidade. A capacidade de um item estar em condições de executar uma certa função, durante um intervalo de tempo determinado. Mantenabilidade: é uma medida da facilidade e rapidez com que um sistema ou equipamento pode ser restaurado ao estado operacional após uma falha. Maior mantenabilidade implica em tempos de reparo reduzidos, por isso usualmente expressa pelo indicador MTTR, ou seja, o tempo médio para reparo. CONFIABILIDADE E GESTÃO DE RISCOS A gestão de riscos é uma parte importante do processo de gestão de ativos. Sua finalidade é compreender a causa, a probabilidade e consequências de eventos adversos e tornar aceitáveis, ou não, os riscos associados a esses eventos. A criticidade de um ativo é definida pela sua importância (valor) e vulnerabilidade para a organização, em caso de falha ou não desempenho de sua função esperada. A referência na gestão de riscos é a Norma ABNT ISO 31000

• 2009 Gestão de riscos – Princípios e diretrizes. Os gastos com manutenção em gerenciamento de risco, ou seja, o monitoramento da condição do maquinário e controle de processos, etc., devem estar diretamente relacionados à probabilidade da falha ocorrer e da gravidade das consequências dessas falhas.

O monitoramento da condição é um processo de coleta e avaliação sistemática de dados para identificar mudanças de desempenho ou condição de um sistema de ativos, ou de seus componentes, de modo que ações de correção proativas possam ser planejadas de forma econômica para manter a confiabilidade. Se disponibilidade de dados pode ser um desafio na gestão da manutenção e seus riscos, para a ABRAMAN, a partir de um histórico de seis meses de informações confiáveis já é possível fazer os cálculos para aplicação suficiente da engenharia da confiabilidade. MANUTENÇÃO PREDITIVA É CRÍTICA PARA A CONFIABILIDADE Há várias técnicas preditivas que incorporadas à estratégia de manutenção proativa, irão contribuir significativamente para a confiabilidade, disponibilidade e mantenabilidade de maquinários industriais. Entre as técnicas preditivas estão:

• Análise de vibrações: um dos métodos mais antigos de predição na indústria que permite a detecção de falhas potenciais como desbalanceamento, desalinhamento, empenamento de eixos, desgaste em engrenagens e mancais, má fixação da máquina ou componentes internos, abrasão, folgas, desgaste em rolamentos, problemas elétricos, entre outros.
• Análise de óleo: usada para detectar desgaste em peças móveis em maquinários e a presença de substâncias contaminantes. Há quatro tipos de análise de óleo: análise físico- química; análise de contaminações; espectrometria e ferrografia.
• Ferrografia: A quantificação e análise da morfologia das partículas de desgaste (limalhas), encontradas em amostras de lubrificantes são determinados, entre outros, os tipos de desgaste, os contaminantes, o desempenho do lubrificante.

Materiais Cerâmicos

• Materiais Cerâmicos : principais propriedades e produtos
• Estrutura
• Materiais cristalinos e amorfos
• Defeitos
• Classificação dos Materiais Cerâmicos
• Vidros
• Características e processamento
• Têmpera
• Materiais Cerâmicos Cristalinos
• Conformação
• Secagem
• Queima
• Microestrutura
• Cerâmicas de Alto Desempenho. A característica comum a estes materiais é serem constituídos de elementos metálicos e elementos não metálicos, ligados por ligações de caráter misto, iônico-covalente.
  • Os materiais cerâmicos apresentam alto ponto de fusão.
  • São geralmente isolantes elétricos, embora possam existir materiais cerâmicos semicondutoras, condutores e até mesmo supercondutores (estes dois últimos, em faixas específicas de temperatura).
  • São comumente estáveis sob condições ambientais severas.
  • Os materiais cerâmicos são geralmente duros e frágeis.

• Os principais materiais cerâmicos são:
• Materiais Cerâmicos Tradicionais: cerâmicas estruturais, louças, refratários (provenientes de matérias primas argilosas).
• Vidros e Vitro-Cerâmicas.
• Abrasivos.
• Cimentos.
• Cerâmicas “Avançadas”: aplicações eletroeletrônicas, térmicas, mecânicas, ópticas, químicas, biomédicas. Estrutura dos Materiais Cerâmicos

Tipos de vidros Processos de Fabricação de Materiais Cerâmicos Cristalinos

• Preparação da matéria prima em pó.
• Mistura do pó com um líquido (geralmente água) para formar um material conformável: suspensão de alta fluidez (“barbotina”) ou massa plástica.
• Conformação da mistura (existem diferentes processos).
  • Secagem das peças conformadas.
• Queima das peças após secagem.
• Acabamento final (quando necessário). Muitos materiais cerâmicos têm elevado ponto de fusão e apresentam dificuldade de conformação passando pelo estado líquido. A plasticidade necessária para sua moldagem é conseguida antes da queima, por meio de mistura das matérias primas em pó com um líquido.

Técnicas de Fabricação dos Materiais Cerâmicos Métodos de Conformação

• Prensagem simples: pisos e azulejos
• Prensagem isostática: vela do carro
• Extrusão: tubos e capilares, tijolos baianos
• Injeção :pequenas peças com formas complexas e rotor de turbinas
• Colagem de barbotina: sanitários, pias, vasos, artesanato
• Torneamento: xícaras e pratos Fabricação de materiais cerâmicos particulados Queima das peças após secagem Na queima ocorrem os seguintes fenômenos:
  • Eliminação do material orgânico (dispersantes, ligantes, material orgânico nas argilas)

Microestruturas de Produtos Cerâmicos

Cerâmicas de alta tecnologia

• Os processos de fabricação desses materiais podem diferir muito daqueles das cerâmicas tradicionais.
• As matérias primas são muito mais caras, porque tem qualidade muito melhor controlada (controle do nível de impurezas é crítico).
• As aplicações são baseadas em propriedades mais específicas:
• elétricas
  • sensores de temperatura (NTC, PTC)
  • ferroelétricos (capacitores, piezoelétricos)
  • varistores (resistores não lineares)
  • dielétricos (isolantes)
• térmicas
• químicas
  • sensores de gases e vapores
• magnéticas
• ópticas
• biológicas Funções mecânicas e térmicas

• principais materiais: Al 2 O 3 (bio-inerte) e hidroxiapatita (bio-ativa)
• ossos artificiais, dentes e juntas

Metalurgia do Pó Processo de compactação e sinterização do pó O processo, denominado de metalurgia do pó (M/P), foi inicialmente usado pelos egípcios, 3000 A.C, para fazer ferramentas de ferro. O uso moderno ocorreu no início do século XX (1900), para fazer filamentos de tungstênio para lâmpadas incandescentes. Os metais mais comumente usados em M/P são Al, Cu, Sn, Ni Ta, Ag, Be, Ti, Fe, Co. Tamanho de peças 2,5 a 50 kg. Vantagens usar M/P Econômicas:

• Um componente sinterizado com qualidade comparável a um fundido ou trabalhado normalmente é mais barato que estes. M/P tipicamente usa mais de 97% da matéria prima original na peça acabada;
• Produz peças com excelente acabamento;
• M/P é adequada a componentes com alto volume de consumo (permite automação), com formas intrincadas, com tolerâncias dimensionais fechadas;
• Peças sinterizadas tem bom desempenho em aplicações críticas de longa duração.

Dopagem Como os semicondutores em condições normais apresentam uma condução muito baixa, alguns átomos (num processo muito preciso) são substituidos por impurezas, com a finalidade de aumentar a condutividade.

• Impureza doadora: Corresponde aos elementos químicos que possuem cinco elétrons na última camada, que se colocados na estrutura do semicondutor, terão quatro elétrons envolvidos em ligações covalentes (sobra um, que fica praticamente livre). O semicondutor dopado com uma impureza doadora é denominado do tipo N.
• Impureza aceitadora: Corresponde aos elementos químicos que possuem três elétrons na última camada, que se colocados na estrutura do semicondutor, terão três elétrons envolvidos em ligações covalentes (falta um, o que implica na formação de um buraco). O semicondutor dopado com uma impureza aceitadora é denominado do tipo P. Três elementos comuns na dopagem eletrônica são o carbono, o silício e o germânio. Todos possuem quatro elétrons na camada de valência, o que possibilita que formem cristais já que compartilham seus elétrons com os átomos vizinhos, formando estruturas reticuladas ou cristalinas. Existem dois tipos de impurezas usadas: N: ocorre com a adição de fósforo ou arsênico ao silício. Tanto o arsênico quanto o fósforo possuem cinco elétrons na camada de

valência. Ocorrem ligações covalentes entre quatro elétrons e um deles fica livre, ou seja, é o chamado elétron livre, que ganha movimento e gera corrente elétrica. O nome N provém da negatividade gerada da carga negativa existente. P: nesta dopagem, há adição de boro ou gálio ao silício. Ambos possuem três elétrons na camada de valência. Quando são adicionados ao silício criam lacunas, que conduzem corrente e a ausência de um elétron cria uma carga positiva (por isso o nome P). O nome semicondutor se justifica, uma vez que uma pequena quantidade de dopagem N ou P conduzem de forma razoável, mas não excelente. O diodo é o semicondutor mais simples e possibilita que uma corrente flua apenas em uma direção. A junção PN é a estrutura fundamental de semicondutores, especialmente diodos e transistores, geralmente formada com Silício e Germânio e são utilizadas na dopagem eletrônica de metais puros.