Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges – DEMAR/EEL...

Curso de MIQ - Profa. Simone P. Taguchi Borges – DEMAR/EEL/USP Introdução 1


O que é a Química?

A química é o estudo da matéria e das suas interações com outra matéria e com a energia.

A química é uma ciência muito dinâmica, em transformação constante, que procura responder a inúmeras solicitações da Sociedade, tais como as variações climáticas globais, a destruição da camada de ozônio, os desastres ecológicos criados pelo homem, as doenças mortais, a produção de novos materiais(polímeros, cerâmicas, fibras, ligas, etc..).


DESAFIO DA QUÍMICA

NOVOS MATERIAIS

melhores propriedades (materiais inteligentes com propriedades especiais elétricas, mecânica, magnéticas);aumento da eco-eficiencia (bio-degradáveis);novas aplicações em energia, saúde (materiais bio-compatíveis), transporte, comunicações, eletrônica, segurança, alimentação, agro-indústria, cosméticos, etc.


A Química e as Ciências Exactas, Naturais e de Engenharia

QUÍMICA

Engenharia MedicinaGeologia Física

EngenhariaQuímica

QuímicaFísica

Geoquímica Bioquímica

Agricultura Biologia Astronomia

Ciência dosMateriais

QuímicaNuclear


Fábrica de Combustíveis da Petrogal -Matosinhos, capacidade 13200 ton/dia

Produtos: Enxofre, propano, butano, gasolinas, refinados, nafta química, éter de petróleo, petróleo, gasóleo, fuelóleo


Materiais para a indústria química

Objetivos da disciplina

•estudar as propriedades e estruturas que atribuem diferentes características aos materiais de engenharia;

•estudar a natureza de materiais metálicos, poliméricos e cerâmicos;

•adquirir habilidade na seleção de materiais para equipamentos de processos de indústrias químicas, petroquímicas, farmacêuticas, de alimentos e correlatas.


FAMÍLIAS DE MATERIAIS DE ENGENHARIA

POLIMEROS

ELASTÓMEROS VIDROS

CERÂMICOS

METAIS

COMPÓSITOS


EVOLUÇÃO DA UTILIZAÇÃO DOS MATERIAIS


DENTRO DE CADA FAMÍLIA EXISTEM AINDA SUB-GRUPOS

FAMÍLIA

CERÂMICOS

VIDROS

METAIS

POLÍMEROS

ELASTÓMEROS

COMPÓSITOS

CLASSE

…

AÇOS

LIGAS AL

LIGAS CU

LIGAS TI

LIGAS NI

LIGAS ZN

…

SUB-CLASSE…

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000…

MEMBRO…

5005-O

5005-H4

5005-H6

5083-0

5083-H2

5083-H4

5154-0

5154-H2…

ATRIBUTO

…

DENSIDADE

MÓDULO

RESISTÊNCIA

TENACIDADE

CONDUTIVI.-T

EXPANSÃO-T

RESISTIVIDADE

CUSTO

CORROSÃO

OXIDAÇÃO

…


COMPÓSITOS CERÂMICOS

POLÍMEROSMETAIS


Massa específica para diversos grupos de materiais

0.1

1

10

100

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

eros

Pol

ímer

oses

trutu

rais

Com

pósi

tos

defib

ras

Cer

âmic

ospo

roso

s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

DENSIDADE [ton/m^3]


Resistência mecânica para diversos grupos de materiais

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

eros

Pol

ímer

oses

trutu

rais

Com

pósi

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Cer

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ospo

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s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

RESISTÊNCIA [MPa]


0.1

1

10

100

1000

10000

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

eros

Pol

ímer

oses

trutu

rais

Com

pósi

tos

defib

ras

Cer

âmic

ospo

roso

s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

RESISTÊNCIA ESPECÍFICA

[MPa.m 3̂/ton]

Resistência específica para diversos grupos de materiais


Ordenação de diversos materiais pela sua resistência e pela sua resistência específica

Resistência, σ Ranking Densidade, ρ σ/ρ Ranking FAMÍLIA / TIPO MEMBRO

[MPa] resistência [kg/m^3] [mm] σ/ρ Fibras Aramid 3000 4 1310 229.01 1 Fibras Carbono HS 4140 2 1830 226.23 2 Fibras Vidro S-2 4770 1 2355 202.55 3 Fibras Vidro E 3620 3 2355 153.72 4 Fibras Carbono HM 2240 5 1830 122.40 5 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( || ) 2000 6 1760 113.64 6 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( || ) 1100 9 2000 55.00 7 Metais Titânio 6Al-4V 1096 10 4450 24.63 8 Metais Níquel Inconel X750 1800 7 8500 21.18 9 Metais Aluminio 2024-T4 469 11 2770 16.93 10 Metais Aço AISI 4340 1120 8 7850 14.27 11 Madeiras Balsa ( || ) 23 20 180 12.78 12 Madeiras Pinho ( || ) 55 16 510 10.78 13 Termoplásticos Nylon 80 13 1140 7.02 14 Termoplásticos ABS 50 17 1050 4.76 15 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( |_ ) 80 14 1760 4.55 16 Termoendureciveis Epoxy 69 15 1650 4.18 17 Metais Aço AISI 1010 310 12 7850 3.95 18 Termoendureciveis Poliester 28 19 1200 2.33 19 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( |_ ) 35 18 2000 1.75 20


0,01

0,1

1

10

100

1000

10000

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

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Pol

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oses

trutu

rais

Com

pósi

tos

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ras

Cer

âmic

ospo

roso

s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

RIGIDEZ[GPa]

Rigidez para diversos grupos de materiais


0.01

0.1

1

10

100

1000

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

eros

Pol

ímer

oses

trutu

rais

Com

pósi

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defib

ras

Cer

âmic

ospo

roso

s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

RIGIDEZ ESPECÍFICA [GPa.m 3̂/ton]

Rigidez específica para diversos grupos de materiais


Ordenação de diversos materiais pela sua rigidez e pela sua rigidez específica

Ranking Rigidez, E Ranking Densidade, ρ Ε/ρ Ranking FAMÍLIA / TIPO MEMBRO

σ/ρ [GPa] rigidez [kg/m^3] [mm] Ε/ρ Fibras Carbono HM 5 450 1 1830 24.59 1 Fibras Carbono HS 2 300 2 1830 16.39 2 Fibras Aramid 1 130 7 1310 9.92 3 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( || ) 6 140 6 1760 7.95 4 Fibras Vidro S-2 3 86 9 2355 3.65 5 Fibras Vidro E 4 72 11 2355 3.06 6 Metais Aço AISI 4340 11 210 4 7850 2.68 7 Metais Aço AISI 1010 18 210 5 7850 2.68 8 Metais Aluminio 2024-T4 10 73 10 2770 2.64 9 Metais Níquel Inconel X750 9 213 3 8500 2.51 10 Metais Titânio 6Al-4V 8 110 8 4450 2.47 11 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( || ) 7 45 12 2000 2.25 12 Madeiras Balsa ( || ) 12 3.2 18 180 1.78 13 Madeiras Pinho ( || ) 13 7.0 15 510 1.37 14 Compósitos de poli. 60%Carb.HS/Epoxy ( |_ ) 16 10 13 1760 0.57 15 Compósitos de poli. 50%Vidro S/Epoxy ( |_ ) 20 8 14 2000 0.40 16 Termoplásticos Nylon 14 3.5 16 1140 0.31 17 Termoendureciveis Poliester 19 3.5 17 1200 0.29 18 Termoplásticos ABS 15 2.1 20 1050 0.20 19 Termoendureciveis Epoxy 17 3.0 19 1650 0.18 20


0,1

1

10

100

1000

10000

Esp

umas

polim

éric

as

Mad

eira

s

Ela

stóm

eros

Pol

ímer

oses

trutu

rais

Com

pósi

tos

defib

ras

Cer

âmic

ospo

roso

s

Cer

âmic

osav

ança

dos

Liga

s m

etál

icas

CUSTO RELATIVO

(POR UNIDADE DE VOLUME)

[ton/m^3]

Custo relativo por unidade de volume para diversos grupos de materiais


Entre 40000 e 80000 diferentes, contando as variantes

de tratamento térmico e composiçãode cada material

QUANTOS MATERIAIS DIFERENTES EXISTEM ?

COMO ESCOLHER ??


Custo por kg de material


Custo por kg de produto acabado

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