Apostila Materiais e Propriedades

8/19/2019 Apostila Materiais e Propriedades

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Universidade Estadual de Ciências da Saúde de Alagoas

Curso Superior de Tecnologia em Sistemas Biológicos

APOSTILA TECNOLOGIADOS MATERIAIS

Materiais e suas propriedades

PROFA. KARINA MENEZES


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I INTRODUÇÃO

MATERIAIS - São todos os corpos, elementos, e substâncias que são usados naconstrução, produção ou execução de produtos, edificações e até outros

materiais.

HOSPITAL - Equipamento social, especialmente concebido e dotado para aproteção, promoção e recuperação da saúde, que possui profissionais, técnicos epesquisadores dos mais diversos ramos da atividade humana.Na maioria dos casos, hospitais são construções de grande porte, multifacetadas,com extenso rol de espaços específicos, diversos níveis de deslocamento ecirculações, redes intrincadas de instalações.

IMPORTÂNCIA DO TEMA - Nesses espaços interagem relações distintas eprocessos de atuação profissional dos mais variados níveis de refinamento – doatendimento médico às atividades de características industriais (lavanderia,nutrição, transportes, etc.).

Além da coexistência de diversos instrumentos e equipamento que dão apoio àsatividades ali exercidas e que têm a vida humana deve ser primordialmenterespeitada

OBTENÇÃO - A tecnologia dos materiais cresceu muito nas últimas décadasatravés do desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de extração demateriais da natureza, a modificação de materiais naturais e a combinação demateriais conhecidos para a formação de novos materiais.

EXTRAÇÃO - Obtenção das matérias primas diretamente da natureza comominérios e madeiras, por exemplo.

MODIFICAÇÃO - Nesse caso alguns materiais são obtidos a partir damodificação da matéria prima, seja pela fusão, pelo calor ou qualquer tipode alteração do estado natural do material, e, que ao mesmo tempo lhe dênovas propriedades

COMBINAÇÃO - Outros materiais são adicionados à matéria prima para acomposição de um material com propriedades superiores e paradeterminados fins

COMPOSIÇÃO - Dois ou mais materiais compõem um novo material,através de ligações iônicas, químicas ou polimerização

CLASSIFICAÇÃO - A literatura da engenharia e da arquitetura oferece uma grande

variação de tipologia, classificações e propriedades dos materiais.


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Desenvolveremos nosso estudo sobre aquelas que facilitem o entendimento à suaaplicação na área da saúde.

QUANTO A ORIGEM

Naturais - Se originam de fontes existentes na natureza e geralmente são

diretamente extraídas e sofrem algumas modificações físicas (redução detamanho e limpeza) mas são utilizadas em seu estado natural, isto é, semalterações químicas provocadas; Madeira, granitos, mármores, areia, etc.

Artificiais – materiais oriundos de modificação ou combinação demateriais, para que se obtenham as propriedades químicas e físicasdesejadas.

QUANTO A COMPOSIÇÃO

Metálicos - Materiais extraídos de minérios e depois transformados por

complexos processos metalúrgicos. Dúctil, resistência mecânica, elevada,condutor elétrico e térmico, dureza elevada, opaco.

Cerâmicas - São substâncias inorgânicas formadas por ligações iónicas1 e/ou covalentes2. Frágil, isolante térmico e elétrico, alta estabilidadetérmica, dureza elevada e transparentes em alguns casos.

Polímeros - Obtidos por uma modificação química a polimerização. Dúctil,baixa resistência, mecânica, baixa dureza, flexível, baixa estabilidade,térmica, transparentes em alguns casos.

Polimerização - Reação química que provoca a combinação de um grandenúmero de moléculas dos monômeros3 para formar uma macromolécula.

NA CONSTRUÇÃO CIVIL

AGREGADOS Materiais granulosos, naturais ou artificiais, divididos em partículasde formatos uniformes, cuja função é atuar como material inerte nas argamassase concretos aumentando o volume da mistura e reduzindo seu custo. Como areia,cascalho, britas e seixos.

AGLOMERANTES Material ligante, geralmente pulverulento, que promove a uniãoentre os grãos dos agregados. Os aglomerantes são utilizados na obtenção deargamassas, e concretos. Argila, Cal, Gesso, Cimento.

1 Ligação iônica ligação química baseada na atração eletrostática entre dois íons carregados com cargas opostas.2 Ligação covalente - ligação química que causa uma atração mútua entre eles, que mantêm a molécula resultante

unida.3 Monômeros são pequenas moléculas que podem se unir a outras para formarem novas e maiores moléculas

(polímeros).


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ARGAMASSA - Constituído essencialmente da mistura de agregados de baixagranulometria, aglomerantes minerais e água. Colantes, para parede, pasta derejunte, etc.

CONCRETO - Material de construção proveniente da mistura, em proporçãoadequada de: agregados (de baixa e alta granulometria), aglomerantes e água.Para contra piso, Armado, Protendido.

REVESTIMENTO - Materiais empregados nas superfícies dos elementosconstrutivos das edificações, tanto nos ambientes internos como nos externos.Proporcionam proteção e acabamento, além de atribuir características estéticas,de conforto, de durabilidade etc. Piso, forro, ladrilhos.

ACABAMENTOS - Arrematam a obra. Metais, louças, espelhos de tomada, etc.

ELÉTRICOS - Materiais utilizados na execução das instalações elétricas. Fios,tomadas, interruptores, disjuntores, etc.

HIDROSANITÁRIOS - Todo material ou conjunto de materiais utilizados comoarremates entre elementos construtivos. Tubulações, conexões, etc.

INDUSTRIALIZADOS

Biomateriais - materiais artificiais desenvolvidos para uso em áreas de saúdecom finalidade de substituir a matéria viva cuja função foi perdida. Inclui qualquer

substância sintética ou natural que pode ser usada como tratamento parasubstituição total ou parcial de qualquer tecido, órgão ou organismo. Dentre ascaracterísticas essenciais desses materiais estão a biocompatibilidade com otecido, atoxidade, pouco peso e baixo custo.

Semicondutores - Muito utilizado em equipamentos eletrônicos, ossemicondutores são sólidos capazes de mudar sua condição de isolante paracondutores com grande facilidade.

Compósitos - Materiais formados por uma matriz e um reforço com excelenteafinidade química entre si, processados sinteticamente para atingir excelentepropriedades mecânicas com a menor massa possível – o que é impossível de seralcançado com materiais convencionais.

MATERIAIS AVANÇADOS

Nanomaterial - são materiais que possuem graus estruturais na ordem de 109m

ou um nanômetro que é igual a um milionésimo de milímetro ou uma matéria à

escala nanométrica, cujas propriedades diferem das observadas em maior escala,

são objeto de estudo da nanociência e da nanotecnologia.


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Supercondutores - são materiais metálicos ou cerâmicos que conduzemeletricidade com praticamente nenhuma resistência. Em outras palavras: nadada energia elétrica é perdida quando ela flui através de um supercondutor. Já emum condutor, uma corrente elétrica diminui rapidamente devido à resistência

elétrica; e em um supercondutor, uma corrente continua a fluir para sempre,porque nenhuma resistência é oferecida a ela. Trens bala, eletroeletrônicos.

Fibra de carbono - fibra sintética composta de finos filamentos de 5 a 10micrômetros de diâmetro e composta principalmente de carbono. Cada filamentoé a união de diversos milhares de fibras de carbono. Possui propriedadesmecânicas semelhantes às do aço e é leve como madeira ou plástico. As fibrascarbônicas sozinhas não são apropriadas para uso, porém, ao serem combinadascom materiais matrizes, estas resultam num material com propriedades

mecânicas excelentes. Dos transportes aos calçados.II PROPRIEDADE DOS MATERIAIS

PROPRIEDADES - Propriedades são princípios baseados na ciência que regem ocomportamento dos materiais e são determinadas pelas estruturas de cada tipode material. Elas variam ao longo do tempo devido aos usos dos materiais e aexposição destes às condições ambientais.

CONCEITOS GERAIS

Material - Substâncias, elementos e corpos.

Corpo - Porção delimitada da matéria.

Objeto - Qualquer corpo utilizado pelo homem.

CLASSIFICAÇÃO

1) PROPRIEDADES GERAIS - As propriedades gerais, são as características

comuns a toda e qualquer porção de matéria.

Volume – Espaço ocupado pelo corpo (m3).

Inércia- A matéria conserva seu estado de repouso ou de movimento, a menosque uma força aja sobre ela. No jogo de sinuca, por exemplo, a bola só entra emmovimento quando impulsionada pelo jogador, e demora algum tempo até pararde novo

Massa- É uma propriedade relacionada com a quantidade de matéria e é medida

geralmente em quilogramas. Amassa é a medida da inércia. Quanto maior amassa deum corpo, maior a sua inércia. Massa e peso são duas coisas diferentes.


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A massa de um corpo pode ser medida em uma balança. O peso é uma forçamedida pelos dinamômetros.

Extensão - Toda matéria ocupa um lugar no espaço. Todo corpo tem extensão.Seu corpo, por exemplo, tema extensão do espaço que você ocupa.

Impenetrabilidade - Duas porções de matéria não podem ocupar o mesmolugar ao mesmo tempo.

Compressibilidade - Quando a matéria está sofrendo a ação de uma força, seuvolume diminui. Portanto podemos definir compressibilidade como capacidade damatéria se submetida à ação de forças externas (pressão), o volume ocupadopode diminuir. Dependendo do tipo de matéria, a compressão pode ser maior oumenor. O ar, por exemplo, é altamente compressível; já a água se comprimemuito pouco. Desta forma temos: Os gases são facilmente comprimidos. Os

líquidos são comprimidos até um certo ponto. Nos sólidos quase não se percebea compressão.

Elasticidade - Define-se elasticidade como uma propriedade em que a matéria,dentro de um certo limite, se submetida à ação de uma força causandodeformação, ela retornará à forma original, assim que essa força deixar de agir.Isto ocorre porque seus espaços inter atômicos e intermoleculares diminuem ouaumentam.

Indestrutibilidade - Quando um pedaço de lenha é queimado, os materiais que

fazem parte da composição da madeira se transformam em cinza e fumaça. Essatransformação mostra que não houve destruição da matéria, mas sim atransformação em outra matéria. Desta forma podemos concluir que a matérianão pode ser criada nem destruída, apenas transformada.

Divisibilidade - Com o auxílio de um martelo, podemos reduzira pó um pedaçode giz, de grafite, de granito, de madeira, etc. Isso é possível porque a matériapode ser dividida em pequenas partículas.

Descontinuidade - Toda matéria pode ser dividida sem alterar a suaconstituição, até um limite máximo ao qual chamamos de átomo. Toda matériaé descontínua, por mais compacta que pareça. Existem espaços entre umamolécula e outra e esses espaços podem ser maiores ou menores tornando amatéria mais ou menos dura.

2) PROPRIEDADES ESPECÍFICAS – características típicas de determinadosmateriais.

Organolépticas – Podem ser percebidas pelos órgãos sensoriais humanos: tato,visão, odor, etc. Cor, sabor, textura, agregação, etc.

3) PROPRIEDADES FUNCIONAIS - Variam conforme as substâncias de que omaterial é composto.


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Estanqueidade - muitas vezes confundida com a permeabilidade, define-se essapropriedade como a isenção de furos, trincas ou porosidades de um material,evitando tanto a saída como a entrada de fluídos em parte de seu conteúdo.

Permeabilidade - propriedade avaliada pela capacidade de um material

absorver e transmitir fluídos, principalmente a água.

Densidade – relação entre a massa e o volume dos materiais.

Elasticidade - Relaciona-se com a deformação e recuperação da forma sob aação e cessão de forças.

4) PROPRIEDADES QUÍMICAS - Manifestam-se quando o material entra emcontato com outros materiais ou com o ambiente.

Reação química – comportamento do material imerso ou em contato comdeterminadas substâncias (deterioração, perda de matéria).

Corrosão - Perda de material devido à uma reação química com o ambiente4.

Oxidação - Reação química típica dos metais, acontece quando um metaltransfere elétrons para outro material.

Combustão - Quando a matéria queima (combustível), significa que ela estáreagindo com o oxigênio do ar. Essa propriedade se chama combustão. Para que

ocorra combustão, é fundamental a presença do oxigênio (comburente).5) PROPRIEDADES MAGNÉTICAS - O magnetismo é uma propriedade dos átomosque tem origem em sua estrutura atômica. É resultado da combinação domomento angular orbital e do momento angular de spin do elétron. A forma comoocorre a combinação entre esses momentos angulares determina como o materialirá se comportar na presença de outro campo magnético.

Diamagnéticos: São materiais que, se colocados na presença de um campomagnético externo, estabelecem em seus átomos um campo magnético emsentido contrário ao que foi submetido, mas que desaparece assim que o campoexterno é removido. Em razão desse comportamento, esse tipo de material nãoé atraído por imãs. São exemplos: mercúrio, ouro, bismuto, chumbo, prata etc.

Paramagnéticos: Pertencem a esse grupo os materiais que possuem elétronsdesemparelhados, que, ao serem submetidos a um campo magnético externo,ficam alinhados no mesmo sentido do campo ao qual foram submetidos, quedesaparece assim que o campo externo é retirado. São objetos fracamenteatraídos pelos imãs, como: alumínio, sódio, magnésio, cálcio etc.

4 Ferrugem= produto final da corrosão do ferro


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Ferromagnéticos: quando esses materiais são submetidos a um campomagnético externo, adquirem campo magnético no mesmo sentido do campo aoqual foram submetidos, que permanece quando o material é removido. É comose possuíssem uma memória magnética. Eles são fortemente atraídos pelos imãs,e esse comportamento é observado em poucas substâncias, entre elas estão:

ferro, níquel, cobalto e alguns de seus compostos.

6) PROPRIEDADES FÍSICAS - Propriedades regem o comportamento dosmateriais em determinadas situações, sem alterar sua natureza. (Mecânicas,térmicas, elétricas, acústicas, etc.)

6.1) Mecânicas - Determinam a maior ou menor capacidade que o material tempara transmitir ou resistir aos esforços aplicados. É uma capacidade necessárianão só durante o processo de fabricação, mas também durante sua utilização.

Resistência à abrasão - capacidade relacionada ao desgaste superficialgerado pela ação de outro material ou fluido.

Resistência estática – capacidade a resistir a aplicação de forças estáticasatuantes.

Tração - tendência de alongamento do elemento na direção da forçaatuante.

Compressão - redução do elemento na direção da força decompressão.

Cisalhamento - forças atuantes tendem a produzir um efeito de corte,isto é, um deslocamento linear entre seções transversais. Flexão - deformação na direção perpendicular à da força atuante. Torção - forças atuam em um plano perpendicular ao eixo e cada

seção transversal tende a girar em relação às demais

Resistência Dinâmica - capacidade a resistir a aplicação de forçasresultantes dos movimentos atuantes.

Fluência – ocorre num material sob tensão e determinadastemperaturas constantes.

Fadiga – ocorre quando o material está sob esforços dinâmicos

cíclicos. Tenacidade – quantidade de energia que um material pode absorver

antes de fraturar.

Ductilidade - representa o grau de deformação que um material suportaaté o momento de sua rotura. Materiais que suportam pouca ou nenhumadeformação, sob a aplicação de cargas, são considerados materiais frágeis.

Dureza – resistência que uma superfície oferece ao risco.


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6.2). Térmicas – propriedade que reflete o comportamento dos materiais sobacréscimo ou decréscimo de temperatura.

Transmissão de calor - ocorre sempre quando existe uma diferença detemperatura entre dois elementos. Estes elementos podem ser constituídos

por um único material, ou por um conjunto de camadas de diversosmateriais que podem ter uma distribuição homogênea ou heterogênea. Ofluxo dessa transmissão acontece no sentido das menores temperaturas.Pode ocorrer a transmissão de calor por:

a) RADIAÇÃO – os corpos emitem energia sob a forma de ondaseletromagnéticas. Quanto mais quente estiver um corpo maisenergia liberta.

b) CONVECÇÃO – corresponde à passagem do calor de uma zona paraa outra de um fluído, por efeito do movimento relativo das suas

partículas, provocado por uma DIFERENÇA DE PRESSÃO devida aum diferencial de temperatura com a consequente diferença dedensidade da massa fluida considerada.

c) CONDUÇÃO – a condução de calor ocorre sempre que há diferençade temperatura, do ponto de maior para o ponto de menortemperatura, sendo esta a forma típica de PROPAGAÇÃO DE CALORNOS SÓLIDOS. As partículas que constituem o corpo, no ponto demaior temperatura vibram intensamente, transmitindo a suaenergia cinética às partículas vizinhas. O calor é transmitido doponto de maior para o ponto de menor temperatura, sem que a

posição relativa das partículas varie.

Condutibilidade – propriedade que alguns materiais têm em conduzirmelhor o calor que outros.

Resistência - refere-se a propriedade que um determinado material ofereceà passagem de calor, numa relação entre a sua espessura e a suacondutibilidade térmica.

Resistência ao Fogo – propriedades dos materiais em queimar ou não,propagar, decompor-se ou não sob a ação do fogo.

a)

INCOMBUSTÍVEIS (M0). Não queima.b) COMBUSTÍVEL NÃO INFLAMÁVEL (M1) submetidos ao calor,decompõem-se sem chama, sem emissão sensível de calor, semlibertação apreciável de gases combustíveis ou nocivos.

c) INFLAMÁVEL (M2) A sua combustão ou incandescência terminaapós a supressão da fonte de calor.

d)

INFLAMÁVEL (M3) A sua combustão ou incandescência prosseguemesmo após o afastamento da fonte de calor.

e) INFLAMÁVEL (M4) A sua combustão ou incandescência prossegue epropaga-se até à destruição total.

6.3) Propriedades elétricas – propriedades dos materiais em conduzir ou nãoa corrente elétrica.


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Condutividade - Facilidade que um material apresenta em conduzir acorrente elétrica. Os metais são bons exemplos de condutores elétricos.

Resistividade – propriedade do material em isolar-se, impedir apassagem da corrente elétrica.

6.4) Propriedades acústicas - O som, do ponto de vista fisiológico trata-se deum fenômeno que produz uma sensação auditiva. Do ponto de vista físico, pode-se definir som como uma sucessão de ondas com diferentes comprimentos eamplitudes. A sensação sonora é causada pela existência de uma fonte queproduz e emite o som, sendo este, por sua vez, transmitido ao ouvido humano.

Coeficiente de absorção – propriedade que permite medir o quanto ummaterial absorve o som.

Tempo de reverberação - depende do volume do compartimento, dafrequência do som, dos revestimentos e dos elementos de fechamento

existentes no interior do compartimento. Pode ser alterado, modificando ageometria do espaço e/ou as características acústicas dos materiais derevestimento.

Reverberação - som emitido e o som refletido têm um intervalo de tempoe ao receber dois estímulos do mesmo tipo em menos de 0,1s o ouvintetem a sensação que o som ainda não foi extinguido.

Dissipação do som – por calor, atrito e movimento.

III APLICAÇÕES NA ÁREA HOSPITALAR

APLICAÇÕES - O conhecimento das características e propriedades dos materiaisé, juntamente com as recomendações da lei, fator determinante no sucesso daexecução de uma obra hospitalar. Evitar o aparecimento de futuros problemas deordem construtivas e funcionais (patologias da construção, como infiltrações,aparecimento de mofo, descolamento de revestimento, etc.) é o objetivo maiorde uma aplicação de materiais bem elaborada.

Levando em conta as responsabilidades atribuídas aos espaços hospitalares etoda a complexidade envolvida na sua execução e manutenção, é imprescindívelo conhecimento da adequação dos materiais a serem empregados.

LEIS, NORMAS, REGULAMENTOS - A organização e o funcionamento de umhospital seguem uma legislação rigorosa e obrigatório, que tem como principaisinstrumentos reguladores as resoluções da Anvisa, que no caso dos materiaissão: 50, 16, 15 e 14. Sendo ainda complementado por outros instrumentos legaiscomo as normas gerais da ABNT (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMASTÉCNICAS) e da regulação do funcionamento e instalações radiológicas ounucleares – CNEN (COMISSÃO NACIONAL DE ENERGIA NUCLEAR).

Programa físico - A aplicação dos materiais em obras de serviços de saúde édiretamente relacionada com a função que o ambiente tem na estrutura do


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hospital. Os materiais devem proporcionar um nível superior de qualidade daobra, correspondendo aos imperativos de cada ambiente específico, com relaçãoao conforto dos usuários, permitir o bom funcionamento das instalações, aoadequar os espaços aos equipamentos hospitalares, e, no caso dos acabamentos

além de obedecer aos padrões de controle de infecção, ser esteticamenteagradáveis. Além disso, a aplicação dos materiais deve estar de acordo comnormas e especificações técnicas para cada setor, atividade ou função dohospital, sem que tragam nenhum tipo de risco à saúde de pacientes, corpoclínico, etc.

Setores hospitalares:

Atendimento ambulatorial Atendimento imediato Diagnóstico e terapia Internação Ensino e pesquisa Apoio administrativo Apoio técnico Apoio logístico

Controle de infecções – os critérios a se observar são: o setor na cadeiafuncional, os riscos de contaminação em cada área onde as atividades de

atendimento à saúde são desenvolvidas e os fluxos de pessoas nesses ambientes.

Crítica – procedimentos cirúrgicos, laboratórios, procedimentos com ousem paciente. Áreas com pacientes internados com doençasinfectocontagiosas. Alto risco de contaminação.

Semicrítica - procedimentos ambulatoriais e com pacientes. Risco mínimoou moderado.

Não critica – Estudo e pesquisa sem pacientes. Risco mínimo.

Técnica - se deve conhecer formas, dimensões, propriedades físicas, químicas e

mecânicas, resistências ao meio, dentre outros, para se obter trabalhabilidade,durabilidade e higiene.

Econômica - conhecimento do valor aquisitivo do material, o custo da aplicaçãoe dos equipamentos para aplicação, o custo de conservação e a durabilidade daobra.

Estéticos - observam-se a qualidade de material, o acabamento e a conservaçãoda estética, considerando-se o colorido, a textura e a forma do material aplicado.


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Estruturais – as estruturas construídas não podem atingir os limites de perdade estabilidade, de deformação ou de ruptura acima das permitidas

Combate ao fogo - materiais empregados devem ter propriedades tais quelimitem possíveis propagação e alimentação de foco acidental de incêndio internaou externamente à edificação

Conforto hidrotérmico - Limitar a permeabilidade do ar e impedir a da água.Promover a adequada satisfação às exigências de conforto do usuário emqualquer época do ano.

Conforto Acústico – eliminar ou minimizar, dentro do possível, as fontesinternas e externas de geração de ruído.

Ecologicamente corretos - materiais que produzam o mínimo de emissão depoluentes; emprego de material reciclável; madeiras certificadas; equipamentosde aquecimento, resfriamento e ventilação ecologicamente corretos; adequaçãodos materiais construtivos e das técnicas à localização geográfica; valorizaçãodas técnicas construtivas tradicionais e que favoreçam a preservação do meioambiente.

Durabilidade - ter maior tempo de vida útil possível

Manutenção - ser de fácil manutenção, ser resistente e não reagir quimicamente

com nenhum produto de limpeza.

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