Apostila UNIP Alunos 7

Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO – CQA/UNIPENGENHARIA MECÂNICA MATERIAL INSTRUCIONAL ESPECÍFICO (VOLUME ÚNICO) 2013 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP COORDENADORA E ORGANIZADORA Christiane Mazur Lauricella Doutora em Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Mestre em Tecnologia Nuclear, Engenheira Química e Licenciada em Matemática, com Aperfeiçoamento em Estatística. É professora titular da Universidade Paulista. AUTOR José Carlos Morilla Doutor em Engenharia de Materiais, Mestre em Engenharia de Produção, Especialista em Engenharia Metalúrgica e Física e Graduado em Engenharia Mecânica, com MBA em Gestão Empresarial. É professor adjunto da Universidade Paulista e da Universidade Santa Cecília. 1 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP Questão 1 Questão 1.1 A figura mostra, esquematicamente, uma turbina de alta rotação que aciona um gerador através de um redutor com engrenagens helicoidais. O gerador opera com rotação de 50 rad/s (478 rpm) a uma potência de 280 kW. O diâmetro do eixo de acionamento do gerador deve ser dimensionado pelo Critério de Tresca (mais conservativo), utilizando um fator de segurança igual a π. O material do eixo é o aço de alta resistência ASTM-A242 cuja resistência ao escoamento medida no ensaio de tração vale 350 MPa. Considerando o eixo sujeito a torção pura ( em mm, deve ser A. 20 B. 40 C. 60 D. 80 E. 100 máx=T.R/J, na qual J= .R4/2) e desprezando qualquer perda no sistema de transmissão, seu diâmetro mínimo, 1 Questão 22 – Enade 2008. 2 define-se a potência P como o trabalho realizado em um intervalo de tempo.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . ou seja. a potência pode ser Lembrando que pode ser escrita como é o módulo da velocidade do corpo. isto é.1. Sólido submetido a uma força constante. 3 . Figura 1. O trabalho . executado por é definido como o produto escalar entre Para o caso em estudo. devido a essa força.CQA/UNIP 1. R é a distância entre o ponto e o centro de rotação. Considerando que o trabalho é escrita como . como se vê na figura 1. Momento de torção em uma barra Seja um sólido submetido a uma força constante que. sofra deslocamento . Introdução teórica 1. a potência Para um sólido em rotação. como o mostrado na figura 2. a velocidade de um ponto é Na expressão anterior. Com isso. 4 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . a potência pode ser escrita como Como é o módulo do torque em relação ao eixo de rotação. a potência pode ser expressa como 1.2. Critério de Tresca ou critério da máxima tensão de cisalhamento Segundo Riley (2003). que está associado à tensão de cisalhamento. a fim de que neste não haja deformação plástica. Essa premissa tem como suporte o fato de que o principal mecanismo de deformação plástica é o mecanismo de escorregamento.CQA/UNIP Figura 2. o módulo do Assim. a potência pode ser escrita como Visto que os vetores produto vetorial fica e são perpendiculares entre si. o critério de Tresca tem como premissa limitar a máxima tensão de cisalhamento que ocorre em um ponto. Sólido em rotação em torno de um eixo. Isso pode ser observado na figura 3. D. MATSUMURA. as tensões principais . 2009. segundo o critério de Tresca.. respectivamente. C. a tensão equivalente ( eq) é dada por Para evitar que ocorra deformação plástica. para a torção pura. Fundamentos de Física: Mecânica. Mecânica Geral. HIBBELER. as tensões principais em uma torção possuem o mesmo valor e sinais contrários. HALLIDAY. São Paulo: Edgard Blucher. v.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2009). Tensões principais no círculo de Mohr de uma barra solicitada à torção (MILFONT. Resistência dos materiais. é possível escrever que: No critério de Tresca. 5 . 2004. o dimensionamento deve ser feito limitando a tensão equivalente ao valor da tensão de escoamento ( e). São Paulo: Pearson.CQA/UNIP De acordo com Hibbeler (2004). Na figura 3. O valor dessas tensões é igual ao da tensão de cisalhamento máxima. Observando-se a figura 3. Rio de Janeiro: LTC. 2004): ou 2. F. 2004. Figura 3. A relação entre a tensão de escoamento e a tensão equivalente é o fator de segurança do dimensionamento (s). N. 1. é possível escrever (HIBBELER. Dessa forma. A Z. R. L. os pontos A e B representam. Indicações bibliográficas FRANÇA. B. estado uniaxial de tensão. 8 . estado plano de deformações. 2 Questão 24 – Enade 2008. C. D. e as tensões correspondentes foram calculadas. cisalhamento puro. utilizando extensômetros elétricos (strain gages).CQA/UNIP Questão 2 Questão 2. foram medidas as deformações específicas em um ponto da fuselagem de um avião. resultando nos valores. tensão cisalhante máxima superior a 5 MPa. Com base nessas tensões e considerando o material da fuselagem elástico linear.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . tensão normal máxima de tração igual a 10 MPa. apresentados na figura. expressos em MPa. E. conclui-se que este é um ponto sujeito a um(a) A.2 Durante um teste de aterrissagem em pista molhada. A partir da deformação medida por um extensômetro. 2004). Figura 1. é necessário. na direção de aplicação do extensômetro. 2003). x é a tensão na direção x. como mostrado na figura 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . xy y é a tensão na direção y.CQA/UNIP 1. 2003). normal é x. 2005). já que. eles permitem estudar apenas os estados planos de deformação. tomada uma direção como referência e indicando-a por x . Introdução teórica Estado de tensões Um ponto material de um corpo qualquer está sujeito a um estado de tensões que pode ser uniaxial. para o estado geral. também. Como os extensômetros são aplicados nas superfícies dos corpos. 2004): Nas expressões. estudar as deformações que ocorrem na direção normal ao plano dessas superfícies (GERE. plano ou geral (SHIGLEY. Direção da medida da deformação (adaptado de ANDOLFATO. 9 . é possível determinar a tensão normal existente no ponto em estudo. Os extensômetros elétricos são equipamentos aplicados à superfície de uma peça e possuem a capacidade de medir deformações uniaxiais na direção de seu eixo. a tensão normal e a tensão de cisalhamento variam de acordo com as funções (NORTON. que é perpendicular a x. Nos estados planos de tensão. é a tensão de cisalhamento que atua no plano cuja com a direção x e é a é a tensão normal que forma ângulo tensão de cisalhamento atuante no plano cuja normal é a direção de (GERE. 2004). As tensões de cisalhamento em planos perpendiculares entre si são iguais e 10 . cada plano de tensões é representado por um ponto cujas coordenadas são as tensões atuantes no plano. máx é a igual à tensão média. valem: Nas expressões acima.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2 é a tensão é a tensão de cisalhamento máxima. segundo Gere (2003). máximo X xy 2 y x 2 1 - xy Y mínimo Figura 2.CQA/UNIP Por serem expressões cíclicas. A figura 2 ilustra um círculo de Mohr para um estado duplo de tensões (NORTON. Nesse círculo. A tensão normal que atua no plano onde age de sinais opostos. Círculo de Mohr (adaptado de NORTON. A média entre as tensões de direções perpendiculares entre si é constante para um estado plano. Uma maneira gráfica de mostrar o estado duplo é pelo círculo de Mohr. a tensão de e 2 possuem direções perpendiculares entre si. Seguem algumas observações importantes. possuem valores máximos e valores mínimos que. normal mínima e máx 1 é a tensão normal máxima. Nos planos cujas normais são as direções de cisalhamento é igual a zero. 2004). As tensões 1 1 e 2. unesp.feis. R. (MPa) 9. 2005. SHIGLEY. R. Círculo de Mohr para o estado de tensões da questão. M. BRITO. GERE. 2.0 0 6 . 2010. Porto Alegre: Bookman. Projeto de Engenharia Mecânica. Análise das alternativas Considerando o estado de tensões apresentado na questão.00 5 . 3. o círculo de Mohr fica como o apresentado na figura 3. Indicações bibliográficas ANDOLFATO. P.5 7 1 0 .br/Apostilas/Extensometria basica. Projeto de máquinas – uma abordagem integrada. MARSHEK. NORTON. São Paulo: Thomson Learning. 2008. S. JUVINALL. CAMACHO. J. J..5 1 Figura 3. 2004.04 5. a tensão normal possui o mesmo valor e é igual à tensão normal média.0 0 1 1 . 2003. A. Acesso em 11 ago.00 (MPa) 5. Disponível em <http://www. G. K. L. 11 . J.CQA/UNIP Nos planos de máx e mín. Extensometria básica.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO ..pdf>. Mecânica dos Materiais. Fundamentos do projeto de componentes de máquinas. C. M..nepae. Rio de Janeiro: LTC. R. Porto Alegre: Bookman. 3 3 Questão 23 – Enade 2005. as tensões principais σ1 e σ2 podem ser utilizadas para efeito de dimensionamento e análise de falhas em componentes estruturais. O critério de Von Mises. 3 No estado plano de tensões. um ponto sujeito às tensões σ1 = σY/2 e σ2 = -σy/2 não falhará. B. A análise do gráfico permite concluir que. as maiores tensões normais não podem ultrapassar a tensão de escoamento Y. D. um ponto entre o polígono de seis lados e a elipse representa uma condição de falha. O critério de Tresca. segundo A. O critério de Von Mises.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . onde Y representa a tensão de escoamento do material.CQA/UNIP Questão 3 Questão 3. segundo os critérios de Tresca e de Von Mises. E. um ponto sujeito às tensões σ1 = σY e σ2 = -σy não falhará. estão representados os eixos relativos a essas tensões principais e as curvas de limite de resistência. No gráfico. C. 14 . Os dois critérios. O critério de Von Mises. um ponto fora do polígono de seis lados e da elipse representa uma condição de falha. Figura 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Gráfico da teoria de Tresca (adaptado de JUVINALL. 2003). Das teorias desenvolvidas. é necessário estabelecer uma teoria de falha para os materiais a fim de prever sua resistência. Introdução teórica Critérios de resistência Segundo Juvinall (2008). de acordo com a teoria de Tresca. como teoria de Von Mises (GERE. Assim. é possível traçar o gráfico da figura 1. também. conhecida. 2008). 15 . As teorias de falhas estáticas visam a estabelecer uma relação entre a tensão de falha de um ensaio de tração e o estado de tensões que levou o componente à ruína. tendo como base o ensaio de tração do material. Para um estado plano de tensões.CQA/UNIP 1. 2004). a falha de um componente estrutural ocorre por uma combinação das tensões principais oriundas do estado de tensões a que esse ponto está sujeito. A teoria da máxima tensão de cisalhamento estabelece que qualquer material falhará quando a tensão cisalhante máxima for superior à resistência do material ao cisalhamento. destacamos a teoria da máxima tensão de cisalhamento ou teoria de Tresca e a teoria da máxima energia de distorção. que deve ser determinada a partir do ensaio de tração uniaxial (HIBBELER. Estados de tensão que produzem pontos na região compreendida pela elipse não causam falhas. 2004). De acordo com essa teoria.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Quando se traça. As falhas ocorrerão quando o estado de tensões produzirem um ponto que esteja na linha da elipse ou fora da região compreendida por ela (HIBBELER. Figura 2. 2008). um gráfico semelhante ao da teoria de Tresca. Gráfico da teoria de Tresca – elipse (adaptado de HIBBELER. não ocorrerá falha quando o estado de tensões produzir as tensões principais (σ1 e σ2) tais que. A teoria da máxima energia de distorção baseia-se no fato de que qualquer material elástico sujeito a determinado estado de tensões sofre variação de forma e/ou volume. obtém-se uma elipse como a mostrada na figura 2. podemos traçar a figura 3. Essa teoria relaciona a energia de deformação absorvida no regime elástico de um ensaio de tração com a armazenada no corpo pelo estado de tensões a que ele está submetido. ao serem representadas no gráfico. Quando comparamos os dois critérios.CQA/UNIP Na figura 1. é possível observar um polígono de seis lados que cruza os eixos 1 e 2 (eixos das tensões principais) nos pontos onde o valor da tensão é e o da tensão de escoamento (JUVINALL. A energia necessária para essa deformação fica armazenada como energia elástica (HIBBELER. 2004). para um estado plano de tensões. Existe a falha quando a energia de distorção por unidade de volume material é igual ou ultrapassa a energia de distorção por unidade de volume do mesmo material em um ensaio de tração simples. 16 . 2004). forem coordenadas de um ponto dentro do polígono. Quando comparamos os dois critérios. M. C. Fundamentos do projeto de componentes de máquinas. também ocorrerá pelo critério de Tresca. As tensões σ1 = σY/2 e σ2 = -σy/2 apresentadas no gráfico que mostra as regiões de falha (figura 4) produzem um ponto dentro da região 17 . 2008). MARSHEK. Mecânica dos materiais. 2003. JUVINALL. 3. Existe uma região. M. Indicações bibliográficas GERE. 2004. também não ocorrerá pelo critério de Von Mises. Resistência dos materiais. Rio de Janeiro: LTC. 2008. Análise das alternativas A – Alternativa correta. R. C. São Paulo: Thomson Learning. São Paulo: Pearson Prentice Hall. compreendida entre o polígono e a elipse. em que ocorre falha pelo critério de Tresca e não ocorre pelo critério de Von Mises. Na figura 3. se não ocorre falha pelo critério de Tresca. R. HIBBELER.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2.CQA/UNIP Figura 3. J. caso ocorra falha pelo critério de Von Mises. o polígono de seis lados que representa o gráfico da teoria da máxima tensão de cisalhamento tem seus vértices coincidentes com a elipse que representa o gráfico da teoria da máxima energia de distorção. Gráfico da teoria de Tresca comparado ao da teoria de Von Mises (adaptado de JUVINALL. verificamos que. JUSTIFICATIVA. K.. Isto ocorre porque: A. B. é baixo o teor de carbono desses aços. 4 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . C. A figura 1 mostra o diagrama de fases para ligas ferro-carbono. 2005). 20 . Aços Aços são ligas ferro-carbono cuja porcentagem de carbono não ultrapassa 2% (CHIAVERINI. só possuem fase austenítica.CQA/UNIP Questão 4 Questão 4. trincam-se quando submetidos a um resfriamento rápido. Introdução teórica 1. 4 Os aços ABNT 1020 não são temperáveis. e o cotovelo da curva TTT toca o eixo das ordenadas. possuem elementos de liga que deslocam o cotovelo da curva TTT para a esquerda.1. 4 Questão 26 – Enade 2008. E. pois os aços comuns ao carbono não são. D. somente os aços-ligas são passíveis de têmpera. Para o ferro puro. Com 0. há apenas grãos de perlita. há grãos de perlita com cementita depositada no contorno deles (COLPAERT. quando resfriados lentamente. o ponto que se encontra no cruzamento entre a linha A3 e a linha Acm é chamado de ponto eutetoide. A liga que possui a porcentagem de carbono correspondente a esse ponto (0. A temperatura na qual esse ponto ocorre (727 oC) é denominada temperatura eutetoide (COLPAERT. perlita e/ou cementita.CQA/UNIP Figura 1. a forma de seu reticulado é cúbica de corpo centrado. a forma do reticulado é cúbica de face centrada. Para porcentagens acima de 0. possui uma propriedade chamada de alotropia ou polimorfismo.8%) é chamada liga eutetoide ou aço eutetoide.8% (aços hipereutetoides). indicada pela letra . que é a capacidade de mudar de forma de reticulado em função da temperatura. Em função do teor de carbono. Diagrama ferro–carbono (adaptado der ASKELAND.8% (aços hipoeutetoides). Para aços com porcentagem de carbono inferior a 0. conhecida como forma alotrópica . A solução de carbono nessa forma é a austenita. os aços. a estrutura é constituída por grãos de ferrita e grãos de perlita. 2008).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2008). Abaixo 21 . O ferro. No gráfico da figura 1. Entre 910 oC e 1400 oC. assim como outros metais. 2008).8% de carbono (aços eutetoides). acima de 1400 oC. possuem na temperatura ambiente estrutura formada por ferrita. Para que essas estruturas ocorram. 2000). a forma do reticulado é cúbica de corpo centrado. Micrografias dos aços (COLPAERT. 22 . indicada pela letra . 2008). se os dois últimos dígitos forem 20. isso significa que na estrutura o teor de carbono é igual a 0. 2008). Com relação à sua designação. é necessário que o resfriamento respeite as condições termodinâmicas das transformações. Figura 2. O teor de perlita cresce com o aumento da porcentagem de carbono. A perlita se forma em lâminas bastante finas.20%) (NBR NM ISO 4948-1. 2000). 2007). somente visíveis ao microscópio. ocorrerá a formação de outras estruturas (PADILHA. Dos quatro dígitos. os aços carbono são indicados por 10) e os dois últimos correspondem à porcentagem de carbono presente (por exemplo. os dois primeiros correspondem ao tipo de aço (por exemplo.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Se o resfriamento for acelerado.8%. 2008) Notamos que abaixo da temperatura eutetoide não existe nenhuma parcela de austenita ( ) As estruturas encontradas para os aços estão representadas na figura 2 (COLPAERT. A solução de carbono nessa forma é a ferrita (COLPAERT. tendo como limite 0. com elevadas ampliações. Tal estrutura é a ferrita e a cementita em forma laminar.CQA/UNIP de 727 oC. os aços para construção mecânica são normalizados pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e indicados por quatro dígitos precedidos da sigla ABNT (NBR NM ISO 4948-1. resfria-se rapidamente o material até determinada temperatura. mantida constante até que ocorra a transformação da austenita (a austenita é instável abaixo da temperatura eutetoide). a curva mais à esquerda mostra o início da transformação e a curva mais à direita mostra o término da transformação. 2005). que ocorrem por outros mecanismos (independentes de tempo) (CHIAVERINI. O gráfico representativo do diagrama TTT é também conhecido como diagrama de transformação isotérmico. Transformação). A figura 3 mostra que a evolução da transformação pode ser representada por uma família de curvas.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Tratamento Térmico Curva TTT A relação entre a temperatura e o tempo (história) do resfriamento para obter determinada microestrutura é o que se denomina tratamento térmico. denominado TTT (Temperatura. Assim.CQA/UNIP 1. para 23 . A partir da temperatura eutetoide. que permite a construção de um tipo de diagrama.2. O diagrama TTT é similar ao diagrama de fase e permite mapear transformações de difusão de estado sólido (dependentes de tempo) e transformações rápidas. Assim. 2008). Tempo. que indicam os percentuais de transformação ao longo do tempo. Figura 3. A base teórica para o estudo dos tratamentos térmicos é a cinética química. Na figura 3. a transformação da austenita ocorre isotermicamente (CALLISTER. 2005). é introduzida uma importante variável. Diagrama TTT (adaptado de CHIAVERINI. o tempo. Nesse estudo. Curvas de resfriamento em um diagrama TTT (CHIAVERINI. A figura 5 mostra dois diagramas: uma para um aço hipoeutetoide (a) e outro para um aço eutetoide (b) (CHIAVERINI. Dessa maneira. Assim sendo. a transformação se inicia em um instante e termina em outro (CHIAVERINI. 2005). quanto maior o teor de carbono. 2008). Na figura 4. a velocidade de resfriamento é suficientemente baixa para permitir a total transformação (CHIAVERINI. Na temperatura ambiente. conforme a velocidade de resfriamento. No centro. é possível que essas transformações não ocorram ou não ocorram por completo. 2005). Figura 4. fazendo com que se encontre no material resfriado a estrutura martensítica (COLPAERT. as estruturas encontradas na superfície são diferentes das encontradas no centro da peça. uma da superfície de uma peça e outra do centro da mesma peça. 24 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Têmpera A têmpera tem como característica uma velocidade de resfriamento capaz de impedir a transformação de fase da austenita. o percentual de carbono altera a posição das curvas TTT. mais à direita ficam as curvas do diagrama. 2005). a estrutura de um aço que sofreu um resfriamento semelhante ao da superfície da figura anterior é chamada de martensita (CALLISTER. a velocidade de resfriamento é alta o suficiente para impedir que a transformação se inicie. Para os aços carbono. 2008). estão representadas duas curvas de resfriamento. Na superfície.CQA/UNIP determinada temperatura abaixo da temperatura eutetoide. sendo que. 2005). Aços e ferros fundidos. para o aço hipoeutetoide.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . mesmo para velocidades de resfriamento muito altas irá ocorrer a transformação de fase da austenita. Indicações bibliográficas NBR NM ISO 4948-1. 2008. 2007. COLPAERT. São Paulo: Edgard Blucher. FREIRE. R. 2005. 2005). Com isso. Materiais de construção mecânica. M. J. V. H.CQA/UNIP (a) (b) Figura 5. Nessa situação. D. W. 2008. 25 . Diagramas TTT para aços hipoeutetoide (a) e eutetoide (b) (CHIAVERINI. São Paulo: Hemus. Materiais de Engenharia – microestrutura e propriedades. 1983 PADILHA. ASKELAND. Observamos que. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Rio de Janeiro: LTC. 2005). 2000 . CHIAVERINI... São Paulo: Cengage Learning. Ciência e Engenharia de Materiais – uma introdução. Rio de Janeiro: LTC. 2008. D. F. A. esses tipos de aços não são temperáveis (CHIAVERINI.Classificação dos aços não ligados e ligados. a curva de início da transformação toca o eixo da temperatura. não permitindo a transformação em martensita. CALLISTER Jr. Ciência e Engenharia dos Materiais. 2. II. III e IV. B. apenas. C.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Tem grande aplicação na indústria aeronáutica por possuir baixa relação resistência/peso. e pode ser 100% reciclado. 27 . está representada a estrutura cristalina do alumínio.5 O alumínio é um metal que. IV. leveza e resistência à corrosão. 2008). tais como condutividade elétrica e térmica. em volume de produção. II e IV. I e III. Apresenta baixa condutividade térmica e. III e IV. E. Estão corretas as afirmações A. por isso. Introdução teórica Alumínio e suas ligas As ligas de alumínio são largamente empregadas em Engenharia devido a uma combinação favorável de propriedades. é usado como matéria-prima para fabricação de panelas. II. Analise as afirmações a seguir sobre esse material. I. I. portanto. apenas. não é recomendado em aplicações com temperaturas superiores a 150 °C. II e III. Na figura 1. apenas. com aplicação na construção civil e na indústria automotiva. Possui boa resistência à corrosão. que é cúbica de face centrada (CFC) (CALLISTER. III. 5 1. Trata-se de um metal com baixo ponto de fusão e.CQA/UNIP Questão 5 Questão 5. 5 Questão 27 – Enade 2008. Essas propriedades advêm de sua forma cristalina. I. só é superado pelos ferrosos. D. apenas. Estrutura cristalina do alumínio (CALLISTER. A relação entre o limite de resistência e a massa específica para o alumínio é 29. 2008).1x10 -3. chegando a possuir limites de resistência em torno de 200 MPa (DIETER.73% maior do que o do aço. 2008). Comparado ao aço. 28 .80 0. 44.7x103 80 Aço 1811 50 9.52 4. Propriedades do aço e do alumínio (adaptado de ASKELAND.74 3. As ligas de alumínio podem ser trabalhadas.93x106 7.CQA/UNIP Figura 1.77x107 2.2x10-3. massa específica menor e limite de resistência inferior. o alumínio possui ponto de fusão bem mais baixo.6x10-3 e para o aço é 51. 2008) Propriedade Ponto de fusão (K) Condutividade Térmica ( ) Alumínio 933 237 3. Quadro 1. 1983).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .2 Condutividade elétrica (Ohm-1m-1) Massa específica (kg/m3) Limite de Resistência (MPa) Comparado com o aço.8x103 400 Alumínio/Aço 0. Nessa situação. O quadro 1 mostra um comparativo entre as propriedades do alumínio e do aço (ASKELAND.75 0. a relação entre o limite de resistência e a massa específica é igual a 74. 1999). o alumínio é melhor condutor de eletricidade e melhor condutor de calor (FREIRE. 2008). exatamente por isso. J. a geometria de sua estrutura não permite a penetração do oxigênio. é usado na fabricação de panelas. Engineering design. o alumínio apresenta boa condutividade térmica (4. Ao contrário da afirmativa II.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . G. Rio de Janeiro: LTC. Ao contrário da afirmativa I. a aplicação na aeronáutica se dá pelo fato de a relação resistência/massa ser maior do que a da maioria dos materiais. New York: Mc Graw Hill. Ciência e Engenharia de Materiais – uma introdução.. Materiais de construção mecânica. constroem-se novas peças e equipamentos (CALLISTER. O óxido de alumínio (Al2O3) é um composto químico de alumínio e oxigênio conhecido como alumina. São Paulo: Cengage Learning. 1999). 2008. JUSTIFICATIVA. protegendo o metal abaixo (DIETER. 2008. R. Ao formar a camada na superfície da peça. CALLISTER Jr. Essa película. O Al2O3 possui estrutura octaédrica e ponto de fusão de 2345 K. o alumínio é passível de reciclagem. a partir do produto fundido. 1983. Rio de Janeiro: LTC. E. pois pode ser fundido novamente e. JUSTIFICATIVA. D. W. FREIRE. D. Indicações bibliográficas ASKELAND. responsável pela resistência à corrosão do alumínio metálico. 1999. M. 3. Ciência e Engenharia dos Materiais. O metal alumínio é muito suscetível ao oxigênio atmosférico e uma camada fina de óxido de alumínio se forma rapidamente na superfície exposta de metal. 2. B – Alternativa incorreta. chamada de camada passiva oferece características de resistência à corrosão (DIETER. 29 . 1999). DIETER. Análise das alternativas A – Alternativa incorreta.74 vezes a do aço) e.CQA/UNIP Como todo metal. Mede-se a variação do comprimento como função da carga. Esse ensaio consiste na aplicação de carga axial de intensidade crescente até que ocorra a ruptura.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . A fratura ocorre no ponto D.CQA/UNIP Questão 6 Questão 6. conclui-se que A. O módulo de elasticidade do material pode ser obtido pela inclinação do trecho AB.6 O gráfico abaixo representa a curva tensão x deformação de um determinado aço. D. O limite de escoamento do material é dado pelo valor da tensão no ponto D 1. 31 . Pela análise do gráfico. obtendo dados quantitativos das características mecânicas dos materiais (CALLISTER. C. E. A tensão no ponto C corresponde ao limite de proporcionalidade. ______________________ 6 Questão 22 – Enade 2005. B. Introdução teórica Ensaio de tração O ensaio de tração tem por finalidade determinar características de um material quando solicitado por força que atua ao longo do eixo do corpo. obtida em um teste de tração. O limite elástico do material ocorre no ponto E. 2008). Aplica-se uma carga de tração que cresce com o tempo. Durante o ensaio. são utilizados corpos de prova padronizados. em equipamentos chamados máquinas de ensaios de tração. 2000). Basicamente. O item (a) da figura 1 é um desses equipamentos (EMIC. (a) (b) Figura 1. representado na figura 2 (a). para cada alongamento. como o mostrado no item (b) da figura 1. representado na figura 2 (b) (SOUZA. 1983). de maneira lenta e progressiva. são encontrados dois tipos de comportamento: o dúctil. calculam-se. quando se ensaiam materiais metálicos. (a) Máquina universal de ensaios (EMIC.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . é medido o alongamento ( L) que o corpo de prova sofre e a resistência ao avanço (Q). 2000). 2010) – (b) Corpos de prova para ensaio de tração (adaptado de SOUZA.CQA/UNIP Nesse ensaio. e o frágil. 2010). Conhecidas as dimensões iniciais do corpo de prova (diâmetro d0 para corpos de prova circular e o comprimento útil L0). até que ocorra a ruptura do corpo de prova. correspondente a cada alongamento (SOUZA. 32 . 2000). 2000): Os dados referentes às deformações e suas tensões correspondentes são lançados em um gráfico conhecido como diagrama tensão-deformação (FREIRE. a tensão ( ) e a deformação ( ) pelas expressões (SOUZA. que provocam afastamento de suas extremidades. Figura 3.CQA/UNIP Figura 2. A proporcionalidade entre a tensão e a deformação é dada por uma característica do material. chamada de módulo de elasticidade (E). Tipos de diagramas (adaptado de SOUZA. Na figura 3. 2010).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . A expressão da Lei de Hooke é 33 . A diferença básica entre os materiais de comportamento dúctil e os materiais de comportamento frágil é a presença de uma região chamada de região de escoamento. é possível distinguir duas regiões: a região elástica (que ocorre antes do escoamento) e a região plástica (que ocorre após a região elástica e vai até a ruptura). estão marcados alguns pontos importantes que podem ser extraídos de um diagrama tensão-deformação. Diagrama tensão-deformação (adaptado de PUCPR. Na região elástica. pressupõe-se que a ausência de esforço está relacionada à ausência de deformação. Na figura 3. assinalada na figura 2 (a). 2000). Nessa região vale a Lei de Hooke. que afirma ser a tensão (σ) proporcional à deformação ( ). pucpr.com. Indicações bibliográficas CALLISTER.tensão de ruptura (tensão que ocorre no momento da ruptura do material). htm>.deformação de ruptura (deformação que.php?codigo=59> Acesso em 23 ago.diagrama tensão ( ) x deformação ( ). σe . 2. EMIC Máquinas universais de ensaio.tensão última ou limite de resistência do material (máxima tensão que se atinge). Análise das alternativas A – Alternativa incorreta. σp . A. 3. 2008. Rio de Janeiro: LTC. FREIRE. σR . εR . provoca o deslocamento das discordâncias e a deformação plástica). Rio de Janeiro: LTC. 2010. Materiais de Construção Mecânica. D. Ensaios mecânicos dos materiais metálicos. W. SOUZA.tensão de escoamento (tensão que. provocará a ruptura do material). A tensão no ponto C não corresponde ao limite de proporcionalidade. Ciência e Engenharia de Materiais – uma introdução. J. Disponível em <http://www. 2000): σu .CQA/UNIP As tensões correspondentes aos pontos destacados na figura 3 estão descritas a seguir (SOUZA.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . São Paulo: Edgard Blücher. 2000. 2010. M. S.br/produtos. Disponível em <http://www.emic. Deformações .lami.da deformação específica até o comportamento dos materiais . O limite de proporcionalidade está sobre a reta que 34 . Acesso em 23 ago.tensão limite de proporcionalidade (tensão acima da qual não é mais respeitada a proporcionalidade entre a tensão e a deformação – Lei de Hooke).br/cursos/estruturas/Parte03/Mod23/Curso1Mod23-03. JUSTIFICATIVA. se atingida. se atingida. 1983 PUC – PR. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira. As duas afirmações são falsas. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . E. 37 . apresentam estrutura caracterizada pela presença de martensita. a presença do níquel como elemento de liga estabiliza a austenita. após resfriamento rápido a partir da zona de solubilização. Introdução teórica Aços inoxidáveis Os aços com teor elevado de cromo (11% ou mais) oferecem resistência à corrosão muito maior do que as apresentadas pelos aços carbono comuns. Uma característica apresentada por esses aços é o fato deles serem ferromagnéticos (SCHAKELFORD. 2008). D.7 Os aços inoxidáveis ferríticos e austeníticos não permitem o endurecimento por meio de têmpera. independentemente da velocidade de resfriamento. a estrutura é sempre ferrítica e. nos aços inoxidáveis austeníticos. eles podem ser classificados em martensíticos. ferríticos ou austeníticos. Nos aços inoxidáveis ferríticos. 6 1. C. Analisando essas afirmações. possuem entre 12 e 17% de cromo e entre 0. B. Em geral. 7 Questão 27 – Enade 2005.CQA/UNIP Questão 7 Questão 7.1 e 0. A primeira afirmação é falsa e a segunda é verdadeira. encontrada na temperatura ambiente. 2008). A primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa.5% de carbono. sendo chamados de aços inoxidáveis (SCHAKELFORD. conclui-se que A. Em função de sua microestrutura básica. Os aços martensíticos. Figura 2. Estrutura de um aço inoxidável martensítico ABNT – 420 (COLPAERT. Com essa adição. não são endurecidos por tratamento térmico (SCHAKELFORD. A figura 2 é uma micrografia de um aço inoxidável ferrítico (ABNT– 409 com porcentagem de cromo igual 0.08%) na qual é possível observar apenas grãos de ferrita. Os aços inoxidáveis austeníticos são obtidos principalmente pela introdução de níquel em sua composição química. o carbono forma parte da fase martensítica e não está disponível para ser precipitado como carboneto de cromo. 2008). Outros 38 . A figura 1 é uma micrografia de um aço inoxidável martensítico na qual é possível observar apenas grãos de martensita. que transforma a ferrita em austenita e esta última em martensita durante o resfriamento. 2008).CQA/UNIP Os aços inoxidáveis martensíticos sofrem a operação de têmpera. ou seja. Os aços ferríticos. Ou seja. Após a têmpera. após o resfriamento rápido a partir da zona de solubilização. 2008). 2005).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . transformando ligas ferríticas em ligas austeníticas pela estabilização da austenita (SCHAKELFORD. a resistência à corrosão desses aços está vinculada à têmpera (CHIAVERINI. Apresentam entre 16 e 30% de cromo e não sofrem alteração de propriedades quando submetidos a resfriamentos muito rápidos por possuírem baixo teor de carbono. apresentam estrutura predominantemente ferrítica. Estrutura de um aço inoxidável ferrítico ABNT – 409 (COLPAERT. 2008). conseguese uma alteração na estrutura. Figura 1. A quantidade de carbono na estrutura não ultrapassa 0. sendo indicado para o trabalho a frio (FREIRE. como o molibdênio. COLPAERT. J. 2008. Estrutura de um aço inoxidável austenítico ABNT – 304 (COLPAERT. CHIAVERINI. são introduzidos para melhorar a resistência à corrosão intergranular. 2008). Dos três tipos de aço. 2008. D. Aços e ferros fundidos. J. Rio de Janeiro: LTC.25% e não é possível endurecer esse tipo de aço por tratamento térmico.. 2008.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Materiais de construção mecânica. W. o titânio e o nióbio. Figura 3. mas é possível aumentar a dureza e a resistência à tração por encruamento (CALLISTER. 2008). Ciência e Engenharia de Materiais – uma introdução. o austenítico é aquele que apresenta a maior resistência à corrosão e a mais baixa taxa de escoamento. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. Indicações bibliográficas CALLISTER Jr. F. A figura 3 é uma micrografia de um aço inoxidável austenítico (ABNT-304. FREIRE. Rio de Janeiro: LTC. com porcentagem de níquel igual a 8%) na qual é possível observar apenas grãos de austenita. São Paulo: Edgard Blucher. 39 . 2. V. 2005. Ciência dos materiais.CQA/UNIP elementos. 1983 SCHAKELFORD. 1983). M. São Paulo: Pearson Education. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais. H. 7% de carbono.11% de carbono. que é a composição aproximada do carboneto de ferro Fe3C. B. conclui-se que: A. D. C. A austenita é um carboneto contendo 2. b. um diagrama Fe-Fe3C.CQA/UNIP Questões 8 e 9 Questão 8. que representa a solubilidade máxima do carbono no fe2O3. mostrado na figura Com relação ao diagrama mostrado e seus constituintes. 41 . Este é. a. visto que a extremidade direita do mesmo corresponde a 6.8 Considere o diagrama de equilíbrio Fe-C para teores de carbono até 6. Este é.3% de carbono. visto que a extremidade direita do mesmo corresponde a 6. A solubilidade do carbono na austenita é máxima a 1148 °C e corresponde a 4. A solução sólida do carbono do ferro é chamada cementita. um diagrama Fe-Fe2O3.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 7 8 Questão 31 – Enade 2005. c.7% de carbono. E. de fato.7%. de fato. 0 e 4. 42 . D. conclui-se que A. sendo esta liga denominada eutética. Analisando essas afirmações. 8 9 Questão 32 – Enade 2005. A primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa. aproximadamente. 2. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira. E. C. B. As duas afirmações são falsas.3% corresponde à liga de mais baixo ponto de solidificação ou fusão (temperatura de 1148 °C).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .9 Considere o diagrama de equilíbrio Fe-C para teores de carbono até 6. mostrado na figura ESTÃO Os ferros fundidos denominados hipoeutetoides são ligas de Fe-C que possuem teor de carbono entre. A primeira afirmação é falsa e a segunda é verdadeira. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira.7%.CQA/UNIP Questão 9. A liga binária Fe-C com teor de carbono de 4.3%. que representam sistemas de dois componentes (SCHAKELFORD.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Tipos básicos de diagramas de fase (SCHAKELFORD. Figura 1. Dentre os diagramas binários. 2008).1.CQA/UNIP 9 1. Na figura 1 estão representados esses três tipos de diagramas (SCHAKELFORD. na temperatura ambiente são encontrados grãos que possuem os materiais 43 . Os diagramas mais comumente encontrados são os das ligas binárias. Introdução teórica 1. os tipos básicos são aqueles cujos componentes são: completamente miscíveis no estado sólido. Quando os materiais são completamente imiscíveis no estado sólido. parcialmente miscíveis no estado sólido. independentemente das quantidades de cada um deles. Diagramas de equilíbrio (diagramas de fase) Os diagramas de fase são representações gráficas das varáveis de estado associadas com as microestruturas. 2008). completamente imiscíveis no estado sólido. na temperatura ambiente são encontrados grãos com uma solução desses materiais. 2008). Quando os materiais são completamente miscíveis no estado sólido (item (a) da figura 1). Assim. 2005). conhecida como temperatura eutética (item (b) da figura 1). Quando os materiais são parcialmente solúveis no estado sólido (item (c) da figura 1). A composição eutética é aquela que solidifica na menor temperatura. contendo 6. mostra as estruturas dessas ligas para diversas concentrações de carbono a temperaturas diferentes (FREIRE. 2008). também conhecido como diagrama de Rozemboom. na composição eutética. existe uma composição chamada de composição eutética que. é possível encontrar grãos da solução e grãos com a composição eutética e é possível encontrar grãos da solução β e grãos com a composição eutética (SCHAKELFORD.7% (CHIAVERINI. é formada pelas soluções e β. Diagrama de equilíbrio das ligas ferro-carbono O diagrama ferro-carbono. Observa-se que. 2002). 1983). os materiais não estão em solução. A figura 2 é um diagrama ferro-carbono cujo limite máximo de carbono é de 6.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Dependendo do teor de cada elemento. comportam-se como se fossem completamente insolúveis no estado sólido.CQA/UNIP distintos. esse diagrama pode ser considerado como Fe-Fe3C com equilíbrio metaestável (CHIAVERINI. neste caso. 1986). 44 . é possível encontrar grãos do material A e grãos com a composição eutética ou encontrar grãos do material B e grãos com a composição eutética. 1.7% de carbono (COLPAERT. Os componentes básicos de um aço carbono são o ferro e o carbono. Dependendo do teor de cada elemento.2. Para esses materiais. existe uma composição chamada de eutética. sendo possível distinguir os materiais dentro do grão (CALLISTER. que formam o carboneto de ferro Fe3C. Para esses materiais. 2008). Aços eutetoides: possuem teor de carbono igual a 0.11% de C são chamadas de aços e as ligas com teor superior são chamadas de ferro fundido (CHIAVERINI.8% de carbono.CQA/UNIP Figura 2. As estruturas encontradas nesses aços são as descritas a seguir. 45 .8%. Quando o teor de carbono é igual a 0. Aços hipereutetoides: possuem teor de carbono superior a 0. sendo chamadas de ligas eutetoides.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .8%. é possível classificar os aços em três tipos. Aços hipoeutetoides: possuem teor de carbono inferior a 0. 2008).8%.8%. Diagrama ferro-carbono (adaptado de COLPAERT. Nos aços hipoeutetoides: grãos de ferrita e grãos de perlita. como os observados na figura 3. Em função do teor de carbono. Quando se analisam as ligas ferro-carbono que constituem os aços. a liga é eutetoide e sua microestrutura é chamada de perlita (camadas de ferrita alternadas com camadas de carboneto de ferro). com o teor de 0. elas apresentam comportamento semelhante ao comportamento eutético. 1986). 2005). conforme segue abaixo (CHIAVERINI. As ligas com teor inferior a 2. com o composto Fe3C depositado no contorno dos grãos (cementita). Grãos de ferrita e grãos de perlita (COLPAERT. como observado na figura 5.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Grãos de perlita com cementita no contorno (COLPAERT. Grãos de perlita (COLPAERT. Nos aços hipereutetoides: grãos de perlita. Verificamos que.CQA/UNIP Figura 3. Nos aços eutetoides: grãos de perlita. 46 . 2008). Figura 5. 2008). como os observados na figura 4. 2008). Figura 4. é possível observar a ferrita (parte clara) e o composto Fe3C (parte escura). nos grãos de perlita. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia e Materiais. J. CHIAVERINI. Tecnologia mecânica – materiais de construção mecânica.3%. indicada pela letra grega . H. São Paulo: Edgard Blucher. 2008. até a temperatura de fusão. 1983. Hipereutéticas: possuem teor de carbono superior a 4. J. Metalografia dos produtos siderúrgicos comuns. COLPAERT. Aços e ferros fundidos. 2005. ele volta a ter a forma cúbica de corpo centrado (CCC).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Rio de Janeiro: LTC.CQA/UNIP Quando analisamos as ligas ferro-carbono que constituem os ferros fundidos. 2008. M. 1. Alotropia do Ferro O ferro. W.3. chamada de alotropia ou polimorfismo. São Paulo: Pearson Education. indicada pela letra grega letra grega (CHIAVERINI. CHIAVERINI. F. 2008. V. 1986.3%. Para temperaturas inferiores a 910 o C.. indicada pela 2. assim como outros metais.3%. apresenta a característica de possuir formas de reticulados diferentes em temperaturas diferentes. Eutéticas: possuem teor de carbono igual a 4. a partir daí. entre 910 oC e 1380 oC. Ciência e Engenharia de Materiais – uma introdução. Rio de Janeiro: LTC. 47 . D. 2008). Materiais de construção mecânica. Ciência dos materiais. SCHAKELFORD. o ferro apresenta um reticulado com a forma cúbica de corpo centrado (CCC). Hipoeutéticas: possuem teor de carbono superior a 2% e inferior a 4. V. é possível classificá-las nos três tipos abaixo (COLPAERT. essa estrutura muda para cúbica de face centrada (CFC). São Paulo: MacGraw-Hill. 2005). Indicações bibliográficas CALLISTER Jr. FREIRE. Para essa situação. tem seu eixo de entrada conectado a um motor que gira a 300 rpm e fornece 31. 50 . Considerando que as engrenagens possuem 50 e 10 dentes e que a eficiência da transmissão é 0. calcule o torque na engrenagem menor. a transmissão de movimento entre duas engrenagens cilíndricas de dentes retos pode ser estudada por meio da transmissão entre duas circunferências. a velocidade periférica dos cilindros deve ser a mesma (SHIGLEY. formada por duas engrenagens e utilizada para aumentar a velocidade angular. na qual dp é o diâmetro da circunferência primitiva da engrenagem motora e dc é o diâmetro da circunferência primitiva da engrenagem movida.10 Uma transmissão.CQA/UNIP Questão 10 Questão 10. Introdução teórica Transmissão por engrenagens Segundo JUVINALL (2008). a velocidade angular da engrenagem movida.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 10 10 Questão 5 – Discursiva – Enade 2005. a rotação de um cilindro causará a rotação do outro. Considere a transmissão da figura 1. que representam dois cilindros pressionados. Se não existe deslizamento entre os cilindros. Wp é a velocidade angular da engrenagem motora e Wc. chamadas de circunferências primitivas. 1.8. um contra o outro. Não existindo deslizamento.4 kW de potência mecânica. 2005). Transmissão por engrenagens cilíndricas de dentes retos (adaptado de JUVINALL. a velocidade tangencial (v) é igual ao produto entre a velocidade angular (W) e o raio de rotação (r). em uma transmissão por engrenagens. é possível observar que.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . pode ser determinada por A relação entre as velocidades angulares pode ser escrita como Com essa última expressão. as engrenagens de uma transmissão possuem o mesmo módulo 51 . pode-se obter uma relação entre as velocidades angulares e os diâmetros das engrenagens: A velocidade angular (W).CQA/UNIP Figura 1. O sistema mais utilizado para a fabricação de engrenagens é o sistema módulo. isto é. Nele. a partir da frequência de rotação (n). Para um ponto em rotação. é (CUNHA. 2008). a relação existente para as velocidades angulares é a mesma para as frequências de rotação. 2005): Dessa forma. para os pontos pertencentes às circunferências primitivas das duas engrenagens da figura 1. A velocidade (v). 2005. São Paulo: Bookman. 2005. K. o diâmetro de uma engrenagem pode ser obtido por (JUVINALL. em uma transmissão. sabendo que a potência disponível é P. A potência de saída (P s) é (SHIGLEY. é inversa à relação entre os diâmetros e à relação entre os números de dentes. Elementos de máquinas. 52 . Com relação ao torque T que atua em cada engrenagem. J. C. temos (CUNHA. a relação entre as frequências de rotação. 2. Assim.. 2005) Na expressão acima. JUVINALL. Fundamentos do projeto de é o rendimento da transmissão e P e é a potência componentes de máquinas. M. por consequência. m é o módulo e z é o número de dentes da engrenagem. MARSHEK. o rendimento de uma transmissão só pode estar associado à potência. L. Quando esse sistema é utilizado. E. 2008): Na expressão acima. R. Projeto de Engenharia Mecânica. Indicações bibliográficas CUNHA. Rio de Janeiro: LTC.CQA/UNIP que fornece as mesmas larguras de dentes.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . a relação entre os diâmetros é igual à relação entre os números de dentes. podendo ser escritas as seguintes igualdades: A relação entre as velocidades angulares e. 2008. 2005): Como em uma transmissão por engrenagens os dentes permitem que se considere que não existe o escorregamento entre elas. Rio de Janeiro: LTC. na entrada. SHIGLEY. Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP Questão 11 Questão 11.11 No contexto do processo de fundição sob pressão, considere as afirmações a seguir. I. O molde utilizado nesse processo geralmente é constituído de duas partes, que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. Ele pode ser utilizado frio ou aquecido à temperatura do metal líquido, o que exige materiais que suportem essas temperaturas. II. O metal é bombeado na cavidade do molde e a sua quantidade deve ser tal que não só preencha inteiramente essa cavidade, como também os canais localizados em determinados pontos para evasão do ar. Esses canais servem também para garantir o preenchimento completo das cavidades do molde, sendo, simultaneamente, produzida alguma rebarba. III. Devido à pressão e à consequente alta velocidade de enchimento da cavidade do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de formas pouco complexas e de paredes mais espessas do que permitem os processos de gravidade. Estão corretas as afirmações A. I, apenas. B. I e II, apenas. C. I e III, apenas. D. II e III, apenas. E. I, II e III. 11 1. Introdução teórica Fundição sob pressão A fundição sob pressão é o processo metal-mecânico no qual o metal líquido fundido, sujeito a uma pressão superior à pressão atmosférica, é injetado dentro de um molde. 11 Questão 28 – Enade 2008. 54 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP A figura 1 mostra parte de um molde (matriz) para fundição sob pressão e, também, a peça produzida (ARAÚJO NETO, 2010). Figura 1. Matriz e peça de fundição sob pressão (ARAÚJO NETO, 2010). Devido à pressão e à consequente alta velocidade de enchimento da cavidade do molde, o processo possibilita a fabricação de peças de formas complexas e de paredes mais finas do que os processos por gravidade (CHIAVERINI, 1986). A matriz é constituída por duas partes, que são hermeticamente fechadas no momento do vazamento do metal líquido. Nesse processo de fundição, o metal é bombeado na cavidade da matriz e sua quantidade deve ser tal que não só preencha a cavidade existente na matriz como também os canais para a evasão do ar. Esses canais servem para garantir o total preenchimento da cavidade da matriz (TORRE, 2004). A pressão aplicada durante a fundição é mantida até que a solidificação se complete. Após isso, a matriz é aberta e a peça é expelida (FERREIRA, 1999). Nesse tipo de fundição, sempre pode ocorrer a formação de rebarbas (CHIAVERINI, 1986). 2. Indicações bibliográficas ARAÚJO NETO, E. Melhora na vida das ferramentas de fundição sob pressão de alumínio com revestimento PVD. Disponível em <http://www.tsdobrasil.srv.br/melhora_na_vida.pdf>. Acesso em 25 ago. 2010. CHIAVERINI, V. Tecnologia mecânica – processos de fabricação e tratamentos, v. 2. São Paulo: McGraw-Hill, 1986. FERREIRA, J. M. G. C. Tecnologia da fundição. Lisboa: Fundação Calouste Gulbekian, 1999. 55 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP Questão 12 Questão 12.12 Com relação aos processos de conformação, os esforços preponderantes que agem no sentido de deformar o material são: compressão direta, tração, flexão, compressão indireta e cisalhamento, ilustrados no quadro abaixo. Relacionando os esforços preponderantes com os processos de calandragem, corte, estiramento, laminação e trefilação, conclui-se que A. A compressão direta corresponde ao processo de calandragem e o cisalhamento corresponde ao processo de corte. B. A compressão indireta corresponde ao processo de trefilação e a flexão corresponde ao processo de calandragem. C. A tração corresponde ao processo de estiramento e a flexão corresponde ao processo de laminação. D. A tração corresponde ao processo de laminação e a compressão indireta corresponde ao processo de trefilação. E. A flexão corresponde ao processo de estiramento e a compressão indireta corresponde ao processo de corte. 12 Questão 30 – Enade 2005. 57 O forjamento e a laminação são exemplos de compressão direta. Nesses processos. tração. 1986): compressão direta. Figura 1.CQA/UNIP 1. 1986). Introdução teórica Conformação mecânica Em função dos tipos de esforços aplicados. 1986). a conformação mecânica para a produção de peças metálicas pode ser classificada como um processo de (CHIAVERINI. 58 . a conformação se dá diretamente pela compressão existente entre as partes das ferramentas (ou máquinas) e as peças (CHIAVERINI. dobramento ou flexão ou cisalhamento. compressão indireta. A figura 1 mostra exemplos típicos dessas categorias.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Processos de conformação mecânica (adaptado de CHIAVERINI. CQA/UNIP A trefilação. O processo de dobramento e o processo de calandragem são exemplos de dobramento ou flexão. 1999). 1999). 1986). vol. que sofre flexão. 1997). Ainda existem os processos de corte e de tração. sendo que o momento de maior intensidade ocorre no ponto de aplicação da força (CHIAVERINI. 59 . 1997. V.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . O processo de corte faz com que haja a separação das partes da peça a ser produzida por meio do cisalhamento em determinada seção. Para a conformação. Na extrusão. SCHEAFFER. 1986. E. Na trefilação. II. é aplicada força de compressão entre o recorte e o conjunto matriz-sujeitador. a extrusão e a estampagem profunda são processos de compressão indireta. é aplicada força de compressão na parte posterior da peça e a conformação acontece pela compressão entre a peça e as paredes da ferramenta. 1999. Conformação mecânica. CHIAVERINI. Indicações bibliográficas BRESCIANI FILHO. O processo de tração. Tecnologia mecânica – processos de fabricação e tratamentos. Conformação plástica dos metais. Campinas: Unicamp. Nesses processos. conforme indicado na figura 1 (SCHEAFFER. é aplicada força de tração na peça e a conformação se dá pela compressão entre a peça e a ferramenta. por exemplo. 1986). no endireitamento de chapas. é aplicada força no centro da distância entre os apoios da chapa. conforme indicado na figura 1 (CHIAVERINI. conforme indicado na figura 1 (BRESCIANI FILHO. faz com que as tensões de tração promovam a conformação (SCHEAFFER. 2. Porto Alegre: Imprensa Livre. Na estampagem profunda. L. o punção aplica força normal ao plano da área do recorte. usado. que o empurra para dentro da matriz. fazendo com que a conformação ocorra pela compressão lateral existente na espessura do recorte. São Paulo: McGraw-Hill. Faça um esboço do plano de referência da ferramenta e indique o ângulo de posição. Questão 14. acabamento para atingir os baixos níveis de rugosidade exigidos pela indústria. de acabamento. O diâmetro nominal do eixo acabado é de 20 mm. B. no processo de fabricação de eixos de aço ABNT 1045. em geral. 13 Atualmente a evolução da tecnologia proporciona excelentes níveis de qualidade nos processos de fabricação na indústria metal-mecânica. com raio de ponta de 0. Desbaste deve-se aplicar. são utilizadas. em geral. baixo avanço e elevada velocidade de corte. D. com uma profundidade de corte de 0. Desbaste deve-se aplicar. Nesse sentido. Acabamento deve-se aplicar. A. 61 . pequena profundidade de corte e elevada velocidade de corte. em geral. Desbaste deve-se aplicar. elevado avanço e baixa velocidade de corte. Acabamento deve-se aplicar. operações de torneamento de desbaste e. Assim sendo. em geral. a partir de um material bruto com 25 mm de diâmetro. Determine a profundidade de corte na operação de desbaste.1 mm por rotação. B. E. É utilizada uma ferramenta de pastilha intercambiável de metal duro. baixo avanço e baixa velocidade de corte. C. A operação é realizada em dois passes. conclui-se que no torneamento de A.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .CQA/UNIP Questões 13 e 14 Questão 13. em geral.4 mm e ângulo de posição da ferramenta de 45°.14 Um eixo cilíndrico é fabricado em aço ABNT 1040. baixo avanço e grande profundidade de corte. os parâmetros de corte usados nas operações supracitadas são fundamentais para atingir o resultado de trabalho desejado. Nesse contexto. sendo o primeiro de desbaste e o segundo.5 mm e avanço de 0. em seguida. sobretudo com utilização de máquinas CNC. em geral. Essa velocidade é conhecida como velocidade de corte (Vc). A figura 1 mostra uma operação de torneamento. metal duro da classe K40. aço-rápido M32. Questão 40 – Discursiva – Enade 2008.CQA/UNIP C. o operador conferiu a medida do diâmetro do eixo usinado em 5 posições diferentes ao longo do comprimento e apresentou os valores listados na tabela. cerâmica mista (Al2O3 + TiC). Explique o que pode ter acontecido e determine o diâmetro médio desse eixo. Introdução teórica Classificação das operações de usinagem As operações de usinagem podem ser classificadas em dois tipos: as de desbaste e as de acabamento. Ao 13 14 Questão 33 – Enade 2005. 62 . A velocidade de arranque de cavaco é igual à velocidade periférica da peça. Observa-se que uma das leituras foi muito diferente das demais. Com relação à ferramenta de corte. Relacione estes materiais de ferramentas de corte em ordem decrescente de tenacidade. o operador da máquina tem as seguintes opções de escolha: metal duro da classe P10. Com relação à cinemática da usinagem. cermet. 2000). os parâmetros mais importantes são a velocidade de corte. 13 14 1. As operações de desbaste são caracterizadas por grande retirada de material em curto intervalo de tempo. D. 2002). Após a usinagem.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . que é função de sua rotação. As operações de acabamento visam a dar à peça suas dimensões finais com o acabamento esperado (DINIZ et al. a profundidade de corte e o avanço (FERRARESI. o acabamento da superfície é mais uniforme quanto menor for o avanço da ferramenta. chamada de velocidade crítica. 63 . A figura 2 é uma representação do acabamento obtido para três diferentes avanços.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .CQA/UNIP movimento de avanço da ferramenta. em uma usinagem. 2005). Figura 2. 2004). Com relação à profundidade de corte (p). 2005). o acabamento superficial melhora com o aumento da velocidade de corte. ela é igual à penetração que a ferramenta executa para a remoção de material. acima dela. a profundidade de corte pode ser determinada por: Normalmente. dado pelo deslocamento da ferramenta na direção paralela ao eixo da peça usinada. pois. Essa melhora é mais acentuada abaixo de dada velocidade máxima. há aumento do gume postiço formado na ferramenta (STEMMER. Parâmetros cinemáticos de uma usinagem (STOETERAU. Figura 1. Com relação ao avanço. Sendo d0 o diâmetro inicial da usinagem e df o diâmetro final. Diferentes acabamentos para diferentes avanços (STEMMER. está associada uma velocidade de avanço (Vf). e seus nomes são: plano de referência da ferramenta.CQA/UNIP Na figura 2. existe uma redução do avanço (f). A figura 4 mostra uma ferramenta e seus planos (STEMMER. a ferramenta utilizada apresenta forma alongada. Notese que o acabamento melhora quanto menor for o avanço. Para o posicionamento da ferramenta junto à peça. O sistema de referência da ferramenta é usado para definir a geometria da ferramenta para sua fabricação e medição. chamado de gume principal. 2004). 2005). de cima para baixo. Com relação à profundidade de corte. 2005). Essa ferramenta possui um único gume cortante. na medida em que a superfície fica mais uniforme. o sistema de referência do trabalho e o sistema de referência da máquina. Ferramenta de torno (STOETERAU.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . como indicado na figura 3 (STEMMER. Nele. Figura 3. são usados planos de referência. 64 . com uma haste que se apoia na máquina pela base. ela é maior nas operações de desbaste e menor nas operações de acabamento (STEMMER. Nas usinagens em torno (figura 1). plano passivo da ferramenta e plano de trabalho convencional. são estabelecidos três sistemas de referência: o sistema de referência da ferramenta. 2005). denominados planos da ferramenta. Ferramenta com seu sistema e planos de referência (STEMMER. Esses materiais são agrupados nas sete classes citadas a seguir (STEMMER. 2005). ângulo formado entre o plano de trabalho e o gume cortante. as exigências básicas são: elevada dureza (a frio e a quente). Nas ferramentas de torno. Observada pelo plano de referência.CQA/UNIP Figura 4. 65 . Ligas fundidas. e o ângulo de quina ( ). Aços rápidos. grande tenacidade para resistir esforços de corte e impacto e estabilidade química. é possível observar dois ângulos que definem a posição relativa entre a ferramenta e a peça: o ângulo de posição ( ). uma ferramenta para torneamento apresenta forma semelhante à representada na figura 5. o plano de referência da ferramenta passa um ponto selecionado no gume da ferramenta e é paralelo à base da ferramenta. 2005). Plano de trabalho e ângulo de posição de uma ferramenta (STOETERAU. Com relação aos materiais das ferramentas. ângulo formado entre o gume cortante e o gume secundário. Plano de Trabalho Figura 5. 2004). O plano de trabalho é perpendicular ao plano da ferramenta e tangente à peça.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Nessa figura. O plano passivo é perpendicular aos outros dois. Aços ferramenta. nessa sequência. das classes T e M (CIMM. que possuem teor de carbono entre 0. cujo desenvolvimento partiu da adição de tungstênio. Quadro 1. existe uma crescente capacidade de usinar em velocidades de corte maiores e uma decrescente capacidade de absorver impactos.0%.52% e de molibdênio entre 4. Existem duas classificações: aços rápidos ao molibdênio (grupo M).CQA/UNIP Carbonetos sinterizados. Ou seja. cromo e vanádio como elementos de liga.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . entre 11.0% (FERRARESI. 2000). 66 .75% e 1. 2010). Cerâmicas.50% e 11. Cermet. são materiais para ferramentas desenvolvidos para uso em aplicações de corte de metais em alta velocidade. Composição dos aços rápidos (CIMM. que têm teores similares de carbono aos aços ao molibdênio e altos teores de tungstênio. Os aços rápidos. Do primeiro para o último. O quadro 1 mostra a composição química para vários tipos de aços rápidos. Diamantes. e aços rápidos ao tungstênio (grupo T). 2010). os materiais são mais frágeis e menos tenazes.75% e 21. cada grupo de usinagem recebe uma graduação numérica segundo as exigências e a severidade da operação. Esses campos referenciam os tipos de materiais a serem usinados. Dentro da classificação. como latão e bronze (STEMMER. por exemplo. O campo ISO K compreende materiais que geram cavacos curtos (normalmente conhecidos como cavacos de ruptura). reunidas em grupos de aplicação pela norma ISO 153-1975. Quanto menor o valor da graduação. como os aços carbono e os aços de baixa liga. 67 . mais duro e resistente ao desgaste será o “metal duro” daquele grupo de usinagem. quanto maior o valor da graduação. os aços ao manganês e o ferro fundido maleável. ainda. conhecidos como “metal duro”. como os aços inoxidáveis. P25. O sistema prevê. além de nãoferrosos e outros materiais congêneres. M e K. principalmente. materiais de difícil usinagem. como a resistência ao desgaste (dureza) e a tenacidade. 2005). O campo ISO M relaciona. 2004). há uma gama muito grande de composições químicas.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2005). “Metal duro” com numeração intermediária como. apresenta equilíbrio entre as duas características e é usado na maior parte dos casos dentro de seu campo de aplicação (STEMMER. como os ferros fundidos cinzentos. De maneira contrária. recebendo o nome de grupos de usinagem (STEMMER. designados pelas letras maiúsculas P. O campo ISO P envolve materiais que produzem cavacos longos. Essa norma estabelece três campos de aplicação. os aços fundidos. 2005).CQA/UNIP Com relação aos carbonetos sinterizados. maior será a tenacidade do “metal duro” dentro do grupo. propriedades relevantes para a seleção do material cortante. O quadro 2 mostra a relação entre os tipos de metal duro e as variáveis na usinagem (STOETERAU. São Paulo: McGraw-Hill. Indicações bibliográficas CHIAVERINI.br/portal/noticia/material_didatico/6365>. Altíssima resistência à compressão.com. Tecnologia mecânica – processos de fabricação e tratamentos. sendo possível usinar com velocidades de corte de 4 a 5 vezes maiores que as empregadas com “metal duro”. Baixo coeficiente de atrito. As cerâmicas são principalmente indicadas para a usinagem de materiais que apresentam forte efeito abrasivo (STEMMER.cimm. Elevada estabilidade química. São Paulo: Edgard Blucher. 2. N. Acesso em 01 set. E. L. 2005). F. Fundamento da usinagem dos metais. Disponível em <http://www. C.. MARCONDES. Relação entre tipos de metal duro e parâmetros da usinagem (STOETERAU. Tecnologia da usinagem dos metais. II. COPPINI. As ferramentas de cerâmicas têm adquirido importância crescente na usinagem. DINIZ. 2004). 2002. Alta dureza a quente. São Paulo: Artliber. Como ferramenta de corte.CQA/UNIP Quadro 2. Aços rápidos. 2000. D. A. V.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 1986. FERRARESI. vol. que se mantém até cerca de 1600 oC.. CIMM – Centro de Informações Metal Mecânica. 2010. a cerâmica tem as características indicadas abaixo (STEMMER. 2005). 68 . Para a obtenção das propriedades desejadas. Forjamento. 71 . usinagem de desbaste. usinagem de desbaste. O mesmo pode ser dito com relação à sua forma. Forjamento. Esses processos são chamados de processos primários (CHIAVERINI. usinagem de acabamento. Trefilação.1. polimento e tratamento térmico. usinagem de desbaste.15 Após a fundição. B. tratamento térmico e polimento. tratamento térmico. D. usinagem de acabamento e polimento.CQA/UNIP Questão 15 Questão 15. forjamento. usinagem de acabamento e polimento. os metais passam por outros tipos de processamento que visam a obter a forma e as propriedades mecânicas necessárias.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . a sequência usual de fabricação de um molde de aço AISI P20 para injeção de plásticos é: A. Usinagem de desbaste. polimento. usinagem de acabamento. Fabricação mecânica A estrutura de um material obtido por fundição pode não ser adequada para determinadas aplicações. E. ao seu acabamento e às suas dimensões. C. _______________________ 15 Questão 30 – Enade 2008. 1. tratamento térmico. usinagem de desbaste. tratamento térmico e usinagem de acabamento. Laminação. Introdução teórica 1. 1986). resulta em uma peça com formato determinado (BRESCIANI FILHO. A trefilação é um processo de deformação que força a passagem de uma barra de metal por uma seção de área menor que a sua. isto é. o forjamento e a extrusão. a trefilação. Figura 2. Na figura 1. A figura 3 é um exemplo de uma peça fabricada por 72 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2010). agindo por choque ou pressão. O forjamento é um processo de deformação plástica que.2. a parte (A) representa um laminador duo (possui dois cilindros) com um único sentido de rotação dos cilindros. A parte (B) representa um laminador duo reversível.CQA/UNIP 1. 1997). 2010). 2000). Processos primários Os processos primários mais comuns são a laminação. Barra tendo sua espessura reduzida por meio de laminação (ABAL. Produção de fios por meio de trefilação (CBA. Figura 1. Esse tipo de operação é muito usado na fabricação de fios (ROCHA e SCHAEFFER. conforme exemplificado na figura 2. os cilindros podem inverter o sentido da rotação. A laminação consiste em modificar a seção transversal de uma barra de metal pela sua passagem entre dois cilindros. 2010). A figura 1 representa uma barra sendo laminada e tendo sua espessura reduzida (ABAL. Processo de extrusão (ROCHA. A extrusão é um processo no qual o metal é comprimido em uma câmara. 2000). 2002). Processos de usinagem Um processo primário pode não conferir à peça as dimensões e os acabamentos requeridos por dada aplicação. Após esse processo. 2010).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . As operações de usinagem são classificadas em dois tipos: as operações de desbaste e as operações de acabamento. As operações de desbaste são caracterizadas por grande retirada de material em curto intervalo de tempo. Forjamento em três etapas (RSRODAS. as peças podem sofrer usinagem. Essa figura mostra um tarugo cilíndrico que foi aquecido e depois conformado entre uma matriz e um punção. 2000). 1. As operações de acabamento visam a dar à peça suas dimensões finais com o acabamento esperado (DINIZ. sendo forçado a escoar através de uma matriz que irá determinar a seção do produto resultante. A figura 4 é um exemplo de um tarugo sendo extrudado (ROCHA e SCHAEFFER. ficando com sua forma definida no segundo passo indicado na figura 3. 73 . a fim de que sejam obtidas as dimensões finais.3. Figura 4.CQA/UNIP forjamento. Figura 3. org. C. DINIZ. CHIAVERINI. COPPINI. Assim.br/pt/proc_cabos_2. N.br/aluminio/processos_laminacao. 1986). 2. II. Operação de espelhamento (CHIAVERINI. São Paulo: Artliber. v. L. Tecnologia da usinagem dos metais. destacam-se o polimento.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . qualquer tipo de tratamento que.abal. 1997. F. Figura 5. a lapidação e o espelhamento (CHIAVERINI.Associação Brasileira do Alumínio. 1986. Laminação. com tolerâncias inferiores a 0. Tecnologia mecânica – processos de fabricação e Acesso em tratamentos. E. 2002. Disponível em <http://www.cia-brasileira-aluminio... Conformação plástica dos metais. 74 .025 mm. 2010.php>. Disponível em <http://www. esquematicamente. A figura 5 mostra. Trefilação. E.asp> 30 ago. Acesso em 30 ago. endureça a superfície e/ou aumente o limite de resistência do metal deve ser feito após as operações de desbaste e antes das operações de acabamento. Indicações bibliográficas ABAL . uma operação de espelhamento. ou seja.CQA/UNIP Dentre as operações de acabamento mais comuns. O polimento tem por objetivo conferir um acabamento liso na superfície.com. A. MARCONDES. Campinas: Unicamp. por exemplo. As operações de acabamento devem dar contornos finais à peça. São Paulo: McGraw-Hill. V. BRESCIANI FILHO. 2010. A lapidação objetiva melhorar essa tolerância e o espelhamento visa a conferir tolerâncias inferiores a 0.001 mm. não deve existir nenhum tipo de operação após as operações de acabamento. CBA – Companhia Brasileira de Alumínio. 1986). Transferir o metal de adição para a solda. Esfriar a peça e o eletrodo. E. 76 . Cite uma função do revestimento do eletrodo. Nessa classificação. 1.17 Os processos de soldagem podem ser divididos em três grandes grupos: processos de soldagem por fusão. Soldagem A soldagem é um processo de junção de peças. o processo de soldagem pode ser um processo por fusão 16 17 Questão 34 – Enade 2008. Questão 6 – Discursiva – Enade 2005. B. colocando-as em contato íntimo e levando-as a um estado de fusão ou plasticidade (CHIAVERINI. Os processos de soldagem podem ser classificados de acordo com a fonte de energia para o aquecimento e a condição das superfícies em contato. 1986). Descreva cada uma das zonas que compõem a região da solda.CQA/UNIP Questões 16 e 17 Questão 16. Limpar a região para evitar contaminação e formar escória. a região da solda é composta por três zonas bem distintas.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . por pressão e brasagem. C. Entre os processos de soldagem por fusão. C. destaca-se.16 Os gases usados na soldagem a arco com proteção gasosa têm como função A. o processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido. Qual o tipo de eletrodo utilizado no processo de soldagem a arco elétrico com eletrodo revestido? B.1. pela grande utilização. Introdução teórica 1. A. Fornecer facilmente elétrons e íons para formar o plasma. 15 Questão 17. D. Nos processos de soldagem por fusão. Evitar intoxicação do soldador. um terceiro tipo de processo.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . a fonte de calor é um arco elétrico e o metal base participa. Existe um grande número de processos por fusão que podem ser separados em subgrupos. Nesse processo. ainda. 2000).CQA/UNIP ou um processo por pressão. 1986. o de brasagem (CHIAVERINI. o mais comumente utilizado. por ultrassom. No quadro 1. Nos processos de soldagem por pressão está inclusa a soldagem por fricção. Existe. O quadro 1 mostra os processos de soldagem por fusão e suas características principais (MOLDENESI e MARQUES. da constituição da solda. 2000). observa-se que um dos tipos de soldagem por fusão é a soldagem a arco. MOLDENESI e MARQUES. a maioria dos processos por fusão utiliza algum meio de proteção para minimizar essas reações (MOLDENESI e MARQUES. Processos de soldagem por fusão (MOLDENESI e MARQUES. 2000). Quadro 1. por resistência elétrica etc. 2000). por fusão. de acordo com o tipo de fonte de energia utilizada. 77 . Devido à tendência de reação do material fundido com os gases da atmosfera. Uma maneira de proteger o metal do meio circundante e da atmosfera é fazer a proteção da zona na qual o arco elétrico está ocorrendo com uma cobertura gasosa. 1986). fundindo o metal base e o eletrodo. Solda com eletrodo revestido (MOLDENESI e MARQUES. A figura 1 mostra um cordão de solda sendo executado nesse tipo de solda. em dois tipos: a soldagem a arco com eletrodo consumível e a soldagem a arco com eletrodo não consumível (CHIAVERINI. Nesse tipo de processo. podendo conter elementos que são incorporados à solda. Figura 2. de modo que o calor gerado fica concentrado. 2000). 2000).CQA/UNIP O calor é fornecido pela passagem de corrente elétrica do eletrodo para a peça. em função do tipo de eletrodo. O fluxo no qual a ponta do eletrodo está submersa atua como fundente e como isolante térmico. Os processos de soldagem a arco podem ser classificados. Figura 1. A figura 2 ilustra esse processo. influenciando sua composição química e características metalúrgicas (MOLDENESI. o eletrodo é formado por um núcleo metálico (alma) revestido com uma camada de minerais e/ou outros materiais. 2000).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal de adição. O revestimento gera escória e gases que protegem a região soldada da atmosfera. No primeiro tipo. o princípio é o emprego de um gás 78 . Cordão de solda sendo executado (MOLDENESI e MARQUES. Geralmente. facilitam a transferência de elétrons do eletrodo para o metal base. 1986). 1986). formando uma solda homogênea (CHIAVERINI.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 79 . Figura 3.CQA/UNIP em volta do arco para evitar que o eletrodo e o metal base entrem em contato com o ar do meio ambiente. A figura 3 mostra uma solda a arco com proteção gasosa. 1. Zonas em uma junta soldada (CHIAVERINI. 2000). Figura 4. Na figura 4. é possível observar as zonas nas quais os fenômenos metalúrgicos ocorrem durante a soldagem de um aço (CHIAVERINI. como argônio e hélio (CHIAVERINI. além de não permitir que existam reações químicas entre o eletrodo e o metal base com a atmosfera. Metalurgia da solda O mais alto grau de soldabilidade por fusão é apresentado pelos metais que são capazes de formar uma série contínua de soluções sólidas. 1986). Solda a arco com proteção gasosa (MOLDENESI e MARQUES. 1986). Os gases de proteção.2. são utilizados gases inertes. São Paulo: McGraw-Hill. Observa-se. V. na figura 5. a fim de não 80 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Tecnologia mecânica – processos de fabricação e tratamentos. MARQUES. 1986). E. 3. Indicações bibliográficas CHIAVERINI. Figura 5. a de normalização e a de recristalização incompleta (WAINER. Zonas de uma solda (WAINER. que na zona afetada pelo calor existem três subzonas: a de superaquecimento. Análise das alternativas Questão 16. Belo Horizonte: Universidade Federal de Minas Gerais.CQA/UNIP A zona indicada por (2) na figura 4 corresponde à camada depositada. obtida pela fusão do metal de enchimento e sua mistura com o metal base (1).. JUSTIFICATIVA. P. Os gases usados na soldagem a arco com proteção gasosa têm como função proteger o eletrodo e o metal base em fusão. 1992). 2. 2000. a estrutura do metal base é modificada pelo aquecimento e pelo resfriamento durante a soldagem. não ocorre qualquer alteração na estrutura do metal base (CHIAVERINI. V. P. A figura 5 é um detalhamento da figura 4. vol. II. A – Alternativa incorreta. 1986. São Paulo: Edgard Blucher. Soldagem: processos e metalurgia. Uma zona afetada pelo calor está indicada por (4). 1992). Na região marcada com (1). MOLDENESI. J. Nessa região. Introdução aos processos de soldagem. WAINER. 1992. expressa pela função f(θ). 18 Questão 31 – Enade – 2008. 1999). 83 . R/senθ B. L/senθ E.18 O mecanismo manivela-biela-pistão de um motor a combustão interna.cosθ D. é definida por A. Introdução teórica 1. R/cosθ C. em um determinado instante. proveniente da queima da mistura arcombustível. a relação entre a velocidade do pistão e a velocidade angular da manivela.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . a configuração geométrica na qual a biela e a manivela estão perpendiculares entre si. Movimento plano de um corpo rígido Um corpo rígido executa movimento plano quando todas as suas partes se movem em planos paralelos. No instante mostrado. respectivamente.CQA/UNIP Questão 18 Questão 18. Considere a relação V = f(θ)ω entre a velocidade V do pistão e a velocidade angular da manivela. ilustrado na figura ao lado. Os comprimentos da biela e da manivela são L e R. apresenta.1. R. Esse movimento plano geral é constituído de translação e de rotação (MERIAM e KRAIGE. e a relação ζ = g(θ)F entre o torque ζ disponível na manivela e a força F exercida sobre o pistão.senθ 16 1. L. 1999). Corpo em rotação (adaptado de MERIAM e KRAIGE. . girando em torno do ponto O com velocidade angular de rotação. todas as partículas do corpo se movem em trajetórias circulares em torno do eixo de rotação. Assim. o corpo rígido da figura 2. Rotação em torno de um eixo fixo Seja. 1999). Qualquer ponto desse corpo descreverá uma trajetória que é um círculo com raio igual à distância entre o ponto e o centro Figura 2. Nesse tipo de movimento.2. 84 .CQA/UNIP A translação é definida como qualquer movimento no qual toda linha do corpo permanece paralela à sua posição original em todos os instantes. A rotação em torno de um eixo fixo é o movimento angular em torno do eixo. o movimento plano geral pode ser encarado como a combinação entre um movimento de translação e um movimento de rotação. Figura 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . A figura 1 mostra esses movimentos. por exemplo. Tipos de movimento de corpo rígido no plano (MERIAM e KRAIGE. 1. VAB VB VA Figura 4.3. por exemplo. a velocidade do ponto A é igual a . com velocidade VA. essa soma de vetores pode ser feita como mostrado na figura 4 (FRANÇA. A velocidade relativa entre A e B tem direção perpendicular à linha que une os dois pontos. Velocidade relativa Seja. 2004). Velocidade de dois pontos de um mesmo corpo (MERIAM e KRAIGE. Graficamente. Nele. a velocidade v pode ser determinada por 1. 2005). sendo r a distância entre A e B. . Pode-se encarar o movimento do ponto A como sendo um movimento de translação igual ao do ponto B. pois o único movimento relativo possível entre A e B é uma rotação. a velocidade de A pode ser determinada pela soma vetorial entre a velocidade de B e a velocidade relativa de A em relação a B: = . 85 .CQA/UNIP Assim. o corpo da figura 3. Como as velocidades são quantidades vetoriais. o ponto B movimenta-se com velocidade VB e o ponto A. para o ponto A da figura 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Figura 3. tendo como centro de rotação o ponto B. Soma vetorial entre as velocidades (adaptado de FRANÇA. associado a um movimento de rotação do ponto A. Nesse segundo movimento. 2004). A velocidade desse segundo movimento é chamada de velocidade relativa de A em relação B (V AB) (HIBBELER. 1999). 90% 17 1. 80% D. e a relação T=g(θ).CQA/UNIP Questão 19 Questão 19. apresenta. ilustrado na figura ao lado.25. como se vê na figura 1.ω entre a velocidade v do pistão e a velocidade angular da manivela. a configuração geométrica na qual a biela e a manivela estão perpendiculares entre si. 85% E. Introdução teórica 1. sofra deslocamento . proveniente da queima da mistura arcombustível. em um determinado instante. Considerando f(θ)=1.g(θ). devido a essa força. 70% B. 19 O mecanismo manivela-biela-pistão de um motor a combustão interna. 88 .F entre o torque T disponível na manivela e a força F exercida sobre o pistão. é A. respectivamente. a eficiência do sistema. 19 Questão 32 – Enade 2008.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Os comprimentos da biela e da manivela são L e R. Considere a relação v=f(θ). que é a razão entre a potência de saída e a potência de entrada. Potência Seja um sólido submetido a uma força constante que. 75% C.1. a velocidade de um ponto é Na expressão anterior. O trabalho . R é a distância entre o ponto e o centro de rotação. Considerando que o trabalho é escrita como . ou seja. Figura 2. como o mostrado na figura 2. isto é. define-se a potência P como o trabalho realizado em um intervalo de tempo. a potência pode ser escrita como 89 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .CQA/UNIP Figura 1. a potência pode ser Lembrando que pode ser escrita como é o módulo da velocidade do corpo. Sólido em rotação em torno de um eixo. a potência Para um sólido em rotação. Com isso. Sólido submetido a uma força. executado por é definido como o produto escalar entre Para o caso em estudo. 2004. é definida como a razão entre a potência de útil produzida pela máquina (Ps) e a potência de entrada que lhe é fornecida (Pe). J. Mecânica Geral.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . . Eficiência A eficiência. o módulo do Assim.. Indicações bibliográficas FRANÇA. São Paulo: Edgard Blucher. MERIAM. C. a potência pode ser escrita como: 1. temos que 90 . A. a potência de entrada é igual ao produto entre a força (F) e a velocidade do pistão (v).2. 1999. 2. R.CQA/UNIP Visto que os vetores produto vetorial fica e são perpendiculares entre si. HIBBELER. KRAIGE. Mecânica – Dinâmica. Z. a potência pode ser escrita como Como é o módulo do torque em relação ao eixo de rotação. Rio de Janeiro: LTC. L.. MATSUMURA. L. DINÂMICA – Mecânica para Engenharia. No caso em estudo. Ou seja. 2005. L. N. São Paulo: Prentice Hall. G. Solução e análise das alternativas A eficiência ( ) é a razão entre a potência de saída (Ps) e a potência de entrada (Pe). como θ=0 e cos0=1. ou rendimento mecânico de uma máquina ( ). F. pois. Ou seja. 3. com uma massa de 7 kg (1) apoiada sobre molas (2 e 3) de diferente rigidez. Questão 21.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .20 Os modos de vibração não-amortecidos de um sistema mecânico são os autovalores de seu modelo. C. Analisando essas afirmações. A primeira afirmação é falsa e a segunda é verdadeira.CQA/UNIP Questões 20 e 21 Questão 20. a Equipe Renault utilizou em seus carros absorvedores de vibração na dianteira e na traseira. A primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa. As duas afirmações são falsas. com o objetivo de minimizar as oscilações do chassi provocadas pela passagem sobre as “zebras” e. E. B. e com um amortecedor regulável (5) contendo um fluido viscoso. consequentemente. melhorar seu desempenho. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira. que consiste basicamente em um sistema massa-mola-amortecedor de 1 grau de liberdade.21 Durante parte do Campeonato Mundial de Fórmula 1 de 2006. inseridas em uma carcaça (4) de fibra de carbono. conclui-se que: A. PORQUE A ressonância em um sistema mecânico com pequeno amortecimento ocorre quando a frequência de excitação é próxima da freqüência natural do sistema. com relação 1:3. D. 92 . No detalhe está mostrado o dispositivo empregado na dianteira. 1. O gráfico a seguir apresenta uma possível configuração do fator de amplificação da resposta da parte dianteira do veículo em função da freqüência de excitação. 93 .1. 19 20 21 Questão 26 – Enade 2005. Questão 39 – Discursiva – Enade 2008.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 18 Hz. As vibrações livres são aquelas que ocorrem quando o movimento se mantém por forças restauradoras gravitacionais ou elásticas. Sabendo que a frequência natural não amortecida do absorvedor de vibração utilizado na dianteira é de empregadas. empregando um determinado ajuste do amortecimento no absorvedor. determine a rigidez das molas B. As vibrações forçadas são aquelas nas quais o movimento se mantém mediante a aplicação de força periódica ou intermitente. em torno de uma posição de equilíbrio. Introdução teórica 1. Analise a influência do absorvedor de vibrações no comportamento do sistema. As vibrações podem ser classificadas em livres e forçadas (HIBBELER. ou sistema de corpos interligados. 2005). Vibrações Vibração é todo movimento periódico de um corpo.CQA/UNIP A. para o sistema sem e com o absorvedor de vibração. que depende do tempo t. as vibrações podem ser amortecidas ou não. de constantes elásticas k1 e k2.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . é a aceleração do corpo. 94 . sujeito a uma força restauradora linear. ou seja. é possível associar uma frequência fn. k é a constante elástica da mola e é a derivada de segunda ordem da função posição. como o mostrado na figura 2. sendo Nas equações acima. dada em Hertz (Hz). 2005): k = k1 + k2. a constante equivalente k do sistema é igual à soma das constantes elásticas de cada uma das molas (HIBBELER. A figura 1 mostra um corpo de massa m em vibração livre sem amortecimento. A constante é chamada de frequência angular natural ou pulsação natural e é expressa em rad/s (RAO. 2009). enquanto que a amortecida tende a se extinguir. pela seguinte expressão: Em um sistema com duas molas em série. Î . A ela. x é posição do corpo. A equação do movimento do corpo da figura 1 é que . Logo.CQA/UNIP Sejam livres ou forçadas. 1999). A ideia central é que a vibração não amortecida pode continuar indefinidamente. mola de constante igual a k x m F x kx mg N Figura 1. Corpo em vibração livre sem amortecimento (adaptado de MERIAM. associados a três molas. 2006): Essas equações também podem ser escritas na notação matricial: Para que ambos os corpos movimentem-se. 1999). Considere agora um sistema constituído por dois corpos. 2006): 95 . As equações diferenciais de movimento do sistema da figura 3 são (FRANÇA.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . e podem ser números reais ou Para que o movimento seja síncrono. Figura 3. Esse sistema apresenta dois graus de liberdade.CQA/UNIP k2 m k1 Figura 2. é necessário que (FRANÇA. Sistema com duas molas (adaptado de HIBBELER. 2005). de constantes elásticas k1. as constantes complexos e a constate λ é um número real. já que cada corpo pode vibrar de forma diferente. de massas m1 e m2. k2 e k3. é necessário que: Na igualdade acima. Sistema com dois graus de liberdade (MERIAM. segundo a configuração mostrada na figura 3. mesmo que não seja em fase. Vibração amortecida (adaptado de MERIAM. Em uma vibração forçada. 1. Isso pode ser observado na figura 4. a amplitude da vibração diminui com o tempo (MERIAM. 96 . o sistema entra em ressonância quando a frequência de excitação da força externa é igual à frequência natural do sistema.CQA/UNIP A solução não nula para coeficientes deve ser nulo: e implica que o determinante dos Esse determinante é o determinante característico do sistema cuja expansão é o polinômio característico (FRANÇA. 1999). 2006). 2. Os valores característicos também são chamados de autovalores (FRANÇA. 1999). que ilustra um exemplo de vibração livre com amortecimento. 2006).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Logo: As raízes da equação característica são os valores característicos e para os quais são possíveis movimentos síncronos. Observações. Figura 4. Em todo sistema amortecido. William Thomson. C. Os materiais têm diferentes fatores de sensibilidade. É necessário utilizar um circuito elétrico com amplificação para determinar a variação de resistência elétrica do fio. 100 . conhecido como Lord Kelvin. um amplificador e um voltímetro. ao ser alongado junto com a peça na qual está colado. conhecida como fator de sensibilidade.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Analisando essas afirmações.CQA/UNIP Questão 22 Questão 22. conforme a equação: R R K. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira. K é uma constante. que pode ser medida com uma Ponte de Wheatstone. E. A primeira afirmação é falsa e a segunda é verdadeira. e o quociente l R l é a deformação específica ε do fio. Introdução teórica 1. conclui-se que A. B. obteve as conclusões que seguem. . PORQUE O extensômetro. produz. em 1856. D. 1. em sua resistência. l l . A primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa. R K.1.2220 O extensômetro (strain gage) é um sensor limitado à medição de pequenas deformações elásticas. Logo. submetidos a esforços mecânicos de tração. Nessa equação. As duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira. sua resistência elétrica R sofre variação ΔR. As duas afirmações são falsas. uma variação proporcional ao alongamento. Extensometria Analisando o comportamento elétrico dos fios metálicos energizados. Se um fio de comprimento l sofre variação Δl. 22 Questão 25 – Enade 2005. Nessa situação. 101 . o extensômetro elétrico é um resistor composto de uma finíssima camada de material condutor depositado sobre um composto isolante. Extensômetros elétricos Na sua forma mais completa. 2008). material do suporte isolante. mostrado na figura 2. Os extensômetros são usados para medir variações de carga. O extensômetro é colado sobre a estrutura em teste com auxílio de adesivos como epóxi ou cianoacrilatos. material do adesivo. A seleção do extensômetro apropriado para determinada aplicação é influenciada pelas seguintes características: material da grade metálica (condutor) e sua construção.CQA/UNIP 1. tração. torque.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Extensômetro elétrico (ANDOLFATO. compressão. que as transforma em variações equivalentes de sua resistência elétrica (por essa razão eles são definidos como transdutores). pressão.2. tratamento e proteção do medidor e configuração do sistema de medição (GERE. Nesse circuito. Figura 1. Uma maneira de medir a variação de resistência de um extensômetro é usar um circuito elétrico conhecido como Ponte de Wheatstone. deslocamento. A figura 1 mostra um extensômetro e suas partes. é aplicada uma tensão de excitação E em um conjunto de resistores de mesmo valor. Pequenas variações de dimensões da estrutura são transmitidas mecanicamente ao extensômetro. aceleração e vibração. 2003). 2010). a tensão medida na saída é igual a zero e dizemos que a ponte está equilibrada (JUVINALL. >. 2010. Ele é usado para medir pequenas variações de dimensão. JUSTIFICATIVA. JUSTIFICATIVA.feis. R. Análise das afirmativas Primeira afirmativa – incorreta. 2008. produz. Indicações bibliográficas ANDOLFATO. 2. G.unesp. MARSHEK. P. 2008). K. em sua resistência. GERE. M. JUVINALL... ao ser alongado junto com a peça na qual está colado. São Paulo: Thomson Learning. variação proporcional ao alongamento. S.. Figura 2. O extensômetro. J.CQA/UNIP Quando uma das resistências tem seu valor alterado. Ponte de Wheatstone (JUVINALL.nepae. 2003. R. M. O extensômetro (strain gage) não é um sensor limitado à medição de pequenas deformações elásticas. C. Segunda afirmativa – correta.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Disponível em <http://www. Mecânica dos materiais. BRITO. Extensometria básica. A. Acesso em 11 ago. 102 . CAMACHO. Fundamentos do projeto de componentes de máquinas.br/Apostilas/Extensometria basica. J.pdf. 3. a tensão é diferente de zero e é proporcional à diferença de valor entre a resistência alterada e as demais. Rio de Janeiro: LTC. CQA/UNIP Questão 23 Questão 23. existe uma parede que separa os dois fluidos. A figura 1 é a representação de um trocador multitubular.2321 Gases de exaustão de uma caldeira. O ar aquecido é fornecido para o queimador da caldeira através de um trocador de calor. serpentina e multitubular. com temperatura de 30 °C. Introdução teórica Trocadores de calor Trocadores de calor são equipamentos que permitem a troca de calor entre dois fluidos. 2004 – com adaptações). 70 °C B. Igualando a vazão do ar a ser aquecido à dos gases de exaustão e considerando que os calores específicos E. Os trocadores de superfície podem ser classificados em três tipos: duplo tubo. 100 °C C. 130 °C D. 2006). com temperatura de 230 °C podem ser utilizados para preaquecer o ar ambiente. com 70% de eficiência. 104 . não deixando que eles entrem em contato (KREITH.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Figura 1. Nos trocadores de mistura. Já nos trocadores de superfície. 200 °C são aproximadamente iguais. Existem dois tipos fundamentais de trocadores de calor: os trocadores de mistura e os trocadores de superfície. 170 °C 1. 23 Questão 19 – Enade 2005. os fluidos entram em contato entre si. também conhecido como trocador de tubo e casco. Trocador de calor multitubular (BRAGA FILHO. qual será a temperatura do ar aquecido? A. Trocadores de calor de correntes paralelas e de correntes cruzadas (UFMG. : vazão em massa do fluido quente. as correntes de fluxo dos fluidos podem ser paralelas ou cruzadas. No trocador da figura 1. As correntes são paralelas quando os dois fluidos têm o mesmo sentido no fluxo. 105 . o fluxo de calor entre os fluidos em um sistema ideal é: Na expressão anterior. : calor específico do fluido quente. é essencial relacionar a taxa global de transferência de calor com grandezas como as temperaturas de entrada e de saída. A figura 2 ilustra os dois tipos de trocadores. As correntes são cruzadas quando os sentidos são opostos. : vazão em massa do fluido frio. Figura 2. : fluxo de calor trocado. o coeficiente global de transferência de calor e a área superficial total da transferência de calor (BRAGA FILHO. Pela aplicação de balanços globais de energia aos fluidos.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . : variação de temperatura que o fluido quente sofrerá. temos o que segue abaixo. 2004). 2011).CQA/UNIP Em um trocador de calor. as correntes são cruzadas. Para prever ou projetar o desempenho de um trocador de calor. um chamado de quente (identificado pelo índice q) e o outro chamado de frio (identificado pelo índice f). ufmg. 1995. Transmissão de calor.CQA/UNIP : calor específico do fluido frio. Quando a eficiência é diferente de 1. sendo que ΔTq é diferença entre a temperatura de entrada e a temperatura de saída do fluido quente e ΔTf é a diferença entre a temperatura de saída e a temperatura de entrada do fluido frio. Acesso em 23 mar. 3. é possível escrever: Chamando de 1 a entrada e de 2 a saída. a diferença de temperaturas para o fluido quente é: 106 . Trocadores de calor. As diferenças de temperatura são sempre positivas. F. São Paulo: Thomson Learning. Princípios da transmissão de calor . demec. 2011. a expressão fica: 2. KREITH.htm>. São Paulo: Edgard Blucher.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .br/disciplinas/ema003/trocador/paralelas. Resolução da questão Considerando que a temperatura na saída do fluido quente seja igual à temperatura de entrada do fluido frio. Indicações bibliográficas BRAGA FILHO. 2004. DEMEC – UFMG. W. : variação de temperatura que o fluido frio sofrerá. Disponível em <http://www. B. a massa da válvula. E.CQA/UNIP Questão 24 Questão 24. são. C. ao manter mais altas a pressão e a temperatura internas. Considerando os dados fornecidos na figura e na tabela acima e uma situação em que a panela contém água saturada. mantendo. assim.24 Uma panela de pressão cozinha muito mais rápido do que uma panela comum. 400 e 100. e a tampa é provida de uma válvula de segurança com uma seção transversal (A) que deixa o vapor escapar. 22 23 24 Questão 35 – Enade 2008. 108 . em gramas. respectivamente A. D. para garantir uma pressão manométrica interna constante de 100 kPa. em ºC.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 4 e 120. 4 e 100. a pressão no interior da panela com valor constante e evitando o risco de acidentes. 40 e 120. 40 e 100. e o correspondente valor aproximado da temperatura da água. A panela é bem vedada. BORGNAKKE. quando se trata de sólidos. 3. 2. Introdução teórica Em geral. 2004). G. BRUNETTI. SONNTAG. A maioria dos manômetros. 2004. ou seja. a diferença entre a pressão absoluta e a pressão atmosférica. a pressão p pode ser definida como (Van Wylen. C. R. São Paulo: Prentice Hall. F. quando se trata de fluidos.Área (secção transversal): A = 4 mm2 = 4. São Paulo: Edgard Blucher. Fundamentos da termodinâmica. 2003): De maneira análoga. pensamos em tensão.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Seja δA uma pequena área e δA’ a menor área sobre a qual é possível considerar o fluido como um meio contínuo. VAN WYLEN.CQA/UNIP 1.10-6 m2 109 . Mecânica dos fluidos. 2003. entretanto.. 2003). J. A pressão é definida como o componente normal da força por unidade de área (Van Wylen. 2003. 2004): Em muitas investigações termodinâmicas. Indicações bibliográficas BRUNETTI. a preocupação é com a pressão absoluta. mostra a pressão efetiva. Resolução da questão Válvula . Se δFn é o componente normal da força sobre δA. E. A pressão efetiva também é chamada de pressão manométrica (Van Wylen.Massa: M . é possível dizer que a força F exercida em uma superfície por um fluido sob pressão é igual ao produto entre a pressão p e área A projetada em um plano cuja normal é a direção da força (BRUNETTI. pensamos em pressão e.. a primeira afirmação é verdadeira e a segunda é falsa. isto é. a primeira afirmação é falsa e a segunda é verdadeira.25 O ciclo padrão de ar Diesel é composto por quatro processos termodinâmicos. a substância de trabalho de qualquer ciclo padrão sofre processos. 2003). 2003). as duas afirmações são falsas. B. 112 . 2003). D. Ciclo Diesel (adaptado de Van Wylen. Analisando essas afirmações. _________________ 25 Questão 24 – Enade 2005. observa-se que do ponto 1 ao ponto 2 existe compressão. Começando a estudar o ciclo a partir do ponto 1. aumento de pressão e redução no volume do fluido de trabalho (Van Wylen. PORQUE Na termodinâmica.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . conclui-se que A. as duas afirmações são verdadeiras e a segunda justifica a primeira. C. as duas afirmações são verdadeiras e a segunda não justifica a primeira. Introdução teórica Ciclo Diesel A figura 1 mostra o ciclo padrão de ar Diesel traçado em um diagrama PV (pressão versus volume) (Van Wylen. Figura 1. 1.CQA/UNIP Questão 25 Questão 25. E. H. São Paulo: Edgard Blucher. E. 2003. do ponto 4 ao ponto 1. Análise das afirmativas Primeira afirmativa – correta: o ciclo padrão de ar Diesel é composto por quatro processos termodinâmicos. Rio de Janeiro: LTC. a substância de trabalho está sujeita a processos (compressão.CQA/UNIP Do ponto 2 ao ponto 3.. Alternativa correta: B (as duas afirmativas são verdadeiras. ocorre aumento no volume sem alteração na pressão de trabalho. 2. a expansão e o resfriamento. Esse aumento de volume com a manutenção da pressão está associado a uma elevação na temperatura do fluido de trabalho. o aquecimento. C. Na termodinâmica. a substância de trabalho de qualquer ciclo padrão sofre processos. Assim. a expansão e o resfriamento do fluido de trabalho. Finalizando o ciclo. Do ponto 3 ao ponto 4. expansão. SHAPIRO. BORGNAKKE. o calor é transferido ao fluido de trabalho a pressão constante. M. Fundamentos da termodinâmica. 113 . o aquecimento. SONNTAG. Nesse ciclo. JUSTIFICATIVA. Com isso. ela sofre quatro processos: a compressão. 2002. ocorre expansão do fluido. VAN WYLEN. troca de calor etc. N. ocorre redução de pressão com volume constante. G. existem quatro processos: a compressão.). R. Princípios da termodinâmica para Engenharia. Esse processo está associado a um resfriamento do fluido de trabalho. Segunda afirmativa – correta: na termodinâmica. no ciclo Diesel. J.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Indicações bibliográficas MORAN. J. o volume aumenta e a pressão de trabalho diminui. 3. mas a segunda não justifica a primeira). sendo que... no ciclo Diesel. aumentar a pressão na caldeira. Deseja-se aumentar o rendimento térmico do ciclo sem que haja diminuição do título do fluido que deixa a turbina. reduzir a temperatura na entrada da bomba. 114 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Introdução teórica O ciclo de Rankine é um ciclo de potência baseado em quatro processos que ocorrem em regime permanente. conforme mostrado na figura 1 (Van Wylen. E. conclui-se que a ação a ser tomada é A.CQA/UNIP Questão 26 Questão 26. mantendo a pressão da caldeira constante. mantendo a pressão da caldeira constante. aumentar a temperatura na seção de saída da turbina. 1. Analisando o diagrama temperatura-entropia relativo ao Ciclo de Rankine. a fim de evitar a erosão das palhetas. D. superaquecer o vapor na caldeira. mantendo a pressão do condensador constante. C.26 Uma central de potência a vapor opera segundo um Ciclo de Rankine e produz vapor saturado na caldeira. 2003). B. 26 Questão 29 – Enade 2008. mantendo a pressão da caldeira constante. acima representado. reduzir a pressão no condensador. mantendo a pressão desta e a do 24 condensador constante. Processos que compõe o ciclo de Rankine (Van Wylen. é mostrado um diagrama temperatura versus entropia (diagrama T – s) para o ciclo de Rankine. Transferência de calor a pressão constante na caldeira (2→3). pela área a-1-4’-4-b-a (parte (b) da figura 3). Os quatro processos que compõem o ciclo são os que seguem abaixo.s para o ciclo de Rankine (adaptado de Van Wylen. Desprezando-se a energia cinética e a energia potencial. Expansão adiabática. T p2 3´ 2´ 2 1 4´ 4 3 p1 S a b Figura 2. reversível.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2003). Processo de bombeamento adiabático reversível em uma bomba (1→2). Transferência de calor a pressão constante no condensador (4→1).CQA/UNIP Figura 1. 2003). Note que a pressão na caldeira é p2 e a pressão no condensador é p1. segundo a numeração da figura 1. O calor transferido ao fluido de trabalho qH é representado pela área a-2-2’-3-3’-b-a (parte (a) da figura 3) e o calor transferido do fluido de trabalho. Diagrama T. as transferências de calor e o trabalho líquido podem ser representados pelas diversas áreas do diagrama. em uma turbina ou outra máquina motora (3→4). Na figura 2. 115 . Assim.s para o ciclo de Rankine com a área que representa o trabalho ωliq (adaptado de Van Wylen. Diagrama T. Diagrama T. T p2 3´ 2´ 2 1 4´ 4 3 p1 S a b Figura 4.CQA/UNIP T p2 3´ 2´ 2 1 4´ 4 3 p1 2 1 4´ 4 2´ 3 T p2 3´ p1 (a) (b) S a b S a b Figura 3. aumentará o rendimento do ciclo de Rankine (MORAN. 2002). 2003). é a área: 1-2-2’-33’-4-4’-1 (Van Wylen. é útil considerar que o rendimento depende da temperatura média na qual o calor é fornecido e da temperatura média na qual o calor é rejeitado. a área que representa o trabalho ωliq é igual à diferença entre a área que representa o calor transferido ao fluido de trabalho e a área que representa o calor transferido do fluido de trabalho.s para o ciclo de Rankine (adaptado de Van Wylen. 116 . 2003).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . O rendimento térmico (ηtérmico) é definido pela relação entre o trabalho do ciclo e o calor transferido ao fluido de trabalho (Van Wylen. ou que reduza a temperatura média na qual o calor é rejeitado. Isso pode ser observado na figura 4. Qualquer variação que aumente a temperatura média na qual o calor é fornecido. 2003). 2003): Na análise do ciclo de Rankine. ou seja. . E. não existe maneira de aumentar a temperatura na saída da turbina sem aumentar a pressão.. existe redução no título do fluido que deixa a turbina. JUSTIFICATIVA. G. Rio de Janeiro: LTC. J. Indicações bibliográficas MORAN.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Não há alteração na relação entre o trabalho líquido e o calor transferido ao fluido. BORGNAKKE. Figura 5. Fundamentos da termodinâmica. H. Quando se aumenta a temperatura na saída da turbina. B – Alternativa incorreta. 2003. R. São Paulo: Edgard Blucher. 117 . Os processos percorrem a linha tracejada do gráfico da figura 5. J. C. 3. Nessa alternativa. Princípios da termodinâmica para Engenharia. Processos com o aumento da pressão da bomba sem alteração na pressão do condensador.. é necessário aumentar a pressão na saída da bomba. Análise das alternativas A – Alternativa incorreta. o trabalho líquido do ciclo diminui na medida em que a pressão no condensador terá que ser maior. SONNTAG. JUSTIFICATIVA. Como o título na saída da turbina está entre zero e um. 2002. VAN WYLEN. Além disso. M.CQA/UNIP 2. SHAPIRO. N. 40 ºC.CQA/UNIP Questões 27 e 28 Questão 27. considera-se que o processo de compressão é isentrópico e que o refrigerante entra no compressor como vapor saturado e deixa o condensador como líquido saturado. Baseado nessa análise preliminar e sob o ponto de vista da eficiência térmica e da preservação do meio ambiente. cujas características estão apresentadas na tabela abaixo. Numa análise preliminar. o valor do COP (coeficiente de desempenho) máximo possível nessa situação? 27 Questão 38 – Discursiva – Enade 2008. 119 .Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . qual dos dois refrigerantes deve ser selecionado para atender ao sistema de refrigeração? Justifique sua resposta.27 Pretende-se instalar um sistema de refrigeração por compressão de vapor no qual a temperatura de evaporação do refrigerante é 10 ºC e a sua temperatura de condensação. teoricamente.entalpia. Para tanto. R1 e R2. 25 A. conforme representado nos diagramas temperatura entropia e pressão . B. dispõe-se de dois refrigerantes. Qual é. Nos ciclos de compressão modernos. Tipicamente. Será resfriado. Esboce o ciclo de refrigeração por compressão de vapor. levando em conta estas características. e o refrigerante seria superaquecido na saída do evaporador e subresfriado na saída do condensador. capaz de destruir a camada de ozônio da atmosfera. D.entropia. numa situação real.CQA/UNIP C. Questão 28. C. o quarto A. Pela decisão do veranista. Ficará com a mesma temperatura. Será resfriado. Tentando solucionar o problema e resfriar o quarto. se o COP for menor do que 1. Uma geladeira doméstica e um aparelho de ar condicionado. O refrigerante R22 é do tipo cloro-fluor-carbono (CFC). 2003). o fluido refrigerante mais comum.0. B. E. Será aquecido. trabalham com o refrigerante R22.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . ele teve a idéia de ligar o frigobar que se encontra no interior do quarto. denominado refrigerante. já estão sendo utilizados refrigerantes ecológicos. em um diagrama temperatura . que não afetam a camada de ozônio da atmosfera. Despreze as perdas de carga.2826 Analise a situação abaixo. deixando sua porta aberta.0. do tipo hidro-fluor-carbonados (HFC). O ciclo de refrigeração é constituído dos processos descritos a seguir. em geral. se o COP (coeficiente de eficácia) for maior do que 1. 28 Questão 21 – Enade 2005. Um veranista sente bastante calor ao chegar a sua casa de praia e se irrita ao constatar que o sistema de ar condicionado do seu quarto não está funcionando. 120 . Introdução teórica O ciclo frigorífico de compressão de vapor consiste de uma série de processos executados sobre e por um fluido de trabalho. se o COP for igual a 1. conclui-se que. o processo de compressão não seria isentrópico. Será resfriado. 1. que não apresentam cloro em sua composição e não afetam a camada de ozônio (Van Wylen.0. As portas e janelas do quarto foram mantidas fechadas. ao longo do tempo. No processo 4→1.CQA/UNIP Compressão de vapor: um compressor realiza trabalho sobre o vapor (caminho de 1→2 na figura 1).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . 2003). ocorre mudança de título do fluido pelo calor recebido do meio no evaporador. fazendo com que o título fique igual a zero. é possível observar esses processos no fluido refrigerante em um ciclo ideal. No diagrama temperatura versus entropia (T – s) da figura 2. Nesse processo. Evaporação do líquido no evaporador (caminho 4→1 na figura 1). Processos de um ciclo de refrigeração (Van Wylen. Figura 1. No processo 1→2 ocorre aumento da temperatura pelo aumento da pressão do fluido. Condensação do vapor: ocorre no condensador (caminho 2→3 na figura 1). 121 . No processo 3→4. 2003). Processos de um ciclo de refrigeração em um diagrama T-s (Van Wylen. o fluido fica no estado de vapor super aquecido. Expansão do líquido após o condensador: ocorre na válvula de expansão termostática ou em um tubo capilar (caminho 3→4 na figura 1). existe redução na temperatura pela redução da pressão na válvula de expansão. No processo 2→3. Figura 2. é mantida a pressão e ocorre redução de temperatura no condensador. o coeficiente de eficácia pode ser escrito como: Na expressão acima. Esse coeficiente é a relação entre a energia pretendida QL e a energia gasta W. para nossa análise do ciclo real. o coeficiente de desempenho β fica: Como . um objetivo a atingir pela melhoria de cada processo que o constitui (FRANÇA. o objetivo é obter QL. o máximo coeficiente de desempenho é (FRANÇA.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . QL é dado por: O coeficiente de desempenho fica: Vale lembrar que os ciclos reais desviam-se dos ciclos idealizados. isto é. 2003). No caso de um refrigerador. estão representados um ciclo ideal (a) e um ciclo real de refrigeração (b). é o calor fornecido ao meio pelo condensador. o ciclo ideal serve. Sendo h4 a entalpia na entrada do evaporador e h1 a entalpia na saída do evaporador.CQA/UNIP A eficiência de um refrigerador é expressa em termos do COEFICIENTE DE DESEMPENHO – COP (β). Assim. como uma referência. 2010): Na figura 3. pela Primeira Lei da Termodinâmica. que é o calor transferido do espaço refrigerado despendendo uma energia que é o trabalho W (Van Wylen. 122 . Sendo TL a temperatura absoluta na saída do evaporador e TH a temperatura absoluta na entrada do evaporador. 2010). .unicamp..fem. A. BORGNAKKE. G. J. Indicações bibliográficas FRANÇA. C. Fundamentos da termodinâmica. 2. F. 2010). 2003. Resolução da questão 27 e análise das alternativas da questão 28 Questão 27. 2010. Ciclo ideal de refrigeração (a) e ciclo real de refrigeração (b) (FRANÇA. Acesso em 27 set.CQA/UNIP Figura 3. O coeficiente de desempenho β é: Para o refrigerante R1: Para o refrigerante R2: 123 .br/~em672/Ciclo_Refrigeracao_Refrigerantes. VAN WYLEN. 3. Controle térmico de ambientes. São Paulo: Edgard Blucher. SONNTAG. R. Disponível em <http://www. E.doc>.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . carga de 140 m.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Questão 25 – Enade 2008. 1. 1.500 rpm.0 m e 20 kW E. 126 .3028 Uma bomba centrífuga trabalha em condição plena. respectivamente. porém com motor síncrono que opera a 3000 rpm em 50 Hz. deve-se reduzir o diâmetro do rotor.2927 Em uma comunidade rural. como doação da comunidade européia. com vazão de 80 m3/h.2 m. Quais serão. 1. carga e potência absorvida em uma bomba centrífuga. e absorve uma potência de 65 HP. diferente da frequência da rede local. a 3. esta bomba deverá ter a sua rotação reduzida em 20%.1 m e 10 kW D. Por motivos operacionais. necessita-se elevar a água a uma altura manométrica de 10 m e vazão de 0. 29 30 Questão 20 – Enade 2005. que originalmente tem 1.1 m3/s. que é de 60 Hz. Para resolver este problema.5 m e 30 kW B. 1. mantendo a mesma altura e vazão.CQA/UNIP Questões 29 e 30 Questão 29. o novo diâmetro do rotor e a potência fornecida ao fluido? (Considere g = 10 m/s2 e água = 1000 kg/m3) A. uma bomba centrífuga selecionada para este objetivo. Para esta finalidade.3 m e 10 kW C. O gráfico abaixo mostra a relação entre vazão. conforme as leis de semelhança.0 m e 10 kW Questão 30. foi recebida. 1. 7 e 3 B. 90 e 33 C.CQA/UNIP Considerando essas informações. 105 e 40 E.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Introdução teórica Bombas hidráulicas Uma bomba é utilizada em uma instalação hidráulica para fornecer energia ao fluido. os valores aproximados da nova carga da bomba (m) e da nova potência absorvida (HP) serão. A. He é a energia que o fluido possui antes de entrar na bomba. respectivamente. A energia que a bomba fornece ao fluido também é conhecida como carga manométrica da bomba (BRUNETTI. 127 . 105 e 63 1. 90 e 40 D. como a mostrada na figura 1. 2004). HB é a energia que a bomba fornece ao fluido e Hs é a energia do fluido na saída da bomba. podemos escrever: Na expressão acima. Tomando-se uma bomba qualquer. e como a carga manométrica é a energia por unidade de peso do fluido. Como potência W é o trabalho na unidade de tempo. a energia total Em fornecida ao fluido é (BRUNETTI. é possível distinguir alguns números adimensionais característicos de seu funcionamento.viscosidade dinâmica do fluido. Sendo o peso específico do fluido e V o volume de fluido que passa pela bomba.rotação do rotor da bomba. Bomba centrífuga (adaptado de CARVALHO. Número de Reynolds (Re) Coeficiente Manométrico ( ) Coeficiente de Vazão ( ) Coeficiente de Potência ( ) Legenda (quadro 1): Dr . Adimensionais característicos de uma bomba (SANTOS. 2007). 128 . Quadro 1.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . n . com o Teorema de Buckingham.diâmetro do rotor da bomba. Esses números são indicados no quadro 1 (SANTOS. 2011). temos que: O volume pelo tempo é conhecido como vazão em volume Q: No trabalho de uma bomba. µ . 2004): A energia fornecida ao fluido nada mais é do que o trabalho executado pela bomba (STREETER. 2007). 1982).CQA/UNIP Figura 1. Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP ρ - massa específica do fluido. g - aceleração da gravidade. HB - carga manométrica da bomba. Q - vazão em volume do fluido que passa pela bomba. W - potência fornecida ao fluido pela bomba. 2. Indicações bibliográficas BRUNETTI, F. Mecânica dos fluidos. São Paulo: Prentice Hall, 2004. CARVALHO, L. P. Bombas centrífugas: conceitos básicos e operação, Disponível em <http://www.ufrnet.br/~lair/Pagina-OPUNIT/bombas-index.ht m>. Acesso em 23 mar. 2011. SANTOS, S. L. Bombas & instalações hidráulicas. São Paulo: LTC, 2007. STREETER, V. L.; WYLIE, E. B. Mecânica dos fluidos. São Paulo: McGrawHill, 1982. 3. Resoluções das questões 29 e 30 Questão 29. Como a vazão Q e a altura manométrica HB devem ser as mesmas, independentemente da frequência da rede, a potência W fornecida ao fluido de peso específico é: Sabendo que , sendo é a massa específica do fluido e g, a aceleração da gravidade, o peso específico fica: Î Assim, a potência fornecida ao fluido é: Î Como a altura manométrica da bomba deve ser a mesma nas duas situações e sabendo que o coeficiente manométrico da bomba (ψ) é um 129 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP Questões 31 e 32 Questão 31.3129 Considere uma parede plana submetida a um processo de condução unidimensional em regime permanente, com condutividade térmica e geração de calor constante. O fluxo de calor por unidade de área nessa parede é constante ao longo da espessura da mesma. A distribuição de temperatura na espessura dessa parede é linear. Analisando essas afirmações, conclui-se que A. As duas afirmações são verdadeiras, e a segunda justifica a primeira. B. As duas afirmações são verdadeiras, e a segunda não justifica a primeira. C. A primeira afirmação é verdadeira, e a segunda é falsa. D. A primeira afirmação é falsa, e a segunda é verdadeira. E. As duas afirmações são falsas. Questão 32.3230 Medições de temperatura através de termopares foram executadas em vários pontos de uma peça que era resfriada por uma corrente de ar. Ao serem examinados estes dados experimentais, constatou-se que as variações de temperatura eram muito pequenas ao longo da profundidade e da largura da peça. Todos os termopares acusaram uma sensível variação de temperatura ao longo do tempo. Uma possível conclusão dessa análise é: A. Uma análise bidimensional em regime permanente é uma modelagem adequada para a distribuição de temperatura na peça. B. Uma análise unidimensional transiente da equação geral da condução de calor é uma modelagem adequada para a distribuição de temperatura na peça. C. A distribuição de temperatura depende fortemente das três direções espaciais. D. O conceito de resistência térmica de condução é suficiente para a modelagem do problema acima descrito. E. O modo de transferência de calor preponderante é a radiação térmica. 31 32 Questão 23 – Enade 2008. Questão 18 – Enade 2005. 133 Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO - CQA/UNIP 1. Introdução teórica 1.1. Mecanismos de transferência de calor A transferência de calor pode ser definida como a transferência de energia de uma região para outra, como resultado da diferença de temperatura entre elas. Os mecanismos de transferência de calor são condução, radiação e convecção. A condução e a radiação dependem somente da diferença de temperatura entre dois pontos e de um meio de propagação para que elas ocorram. A convecção depende da diferença de temperaturas e do transporte de massa para que ela ocorra (KREITH, 1995). 1.2. Condução O fluxo de calor que atravessa uma parede plana, em regime permanente, é diretamente proporcional à área A da superfície normal ao gradiente de temperaturas (lei de Fourier). A figura 1 mostra uma parede de espessura L sendo atravessada por fluxo de calor , com perfil de temperaturas linear. A diferença de temperatura ΔT é dada por T2-T1. O coeficiente de condutividade térmica do material da parede é indicado por k. T A -( T/ x) q T1 T( x ) T2 x L Figura 1. Fluxo de calor atravessando uma parede (adaptado de KREITH, 1995). Para a parede da figura 1 (KREITH, 1995): q k. A . T. L 134 Figura 2. o fluxo ’ por unidade de área fica: q q A k . diminui com o tempo t. Na figura 2. 2004). 1. a temperatura em cada ponto da parede varia com o tempo. L Note que o fluxo varia inversamente com a espessura L da parede. Quando a maior das temperaturas. Assim. Nesse caso. Convecção forçada em uma placa (BRAGA FILHO. armazenamento de energia e movimento de mistura (BRAGA FILHO. 135 . a distribuição de temperaturas ao longo da espessura da parede é linear. Logo. O mecanismo da convecção pode ser mais facilmente entendido considerando.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . uma placa aquecida sendo refrigerada pelo ar de um ventilador. Figura 3. T. 2004). 2004). Isso não ocorre no regime transiente. como mostrado na figura 3. Perfil de temperaturas em uma parede plana (BRAGA FILHO. 2004). a quantidade de calor transferida é cada vez menor. por exemplo. indicada por T1. dizemos que estamos no regime transiente (BRAGA FILHO. Convecção A convecção pode ser definida como o processo pelo qual energia é transferida das porções quentes para as porções frias de um fluido pela ação combinada de condução de calor. No regime permanente.CQA/UNIP .3. a parte (a) representa o perfil de temperaturas em um regime permanente e a parte (b) em um regime transiente. a água mais fria. 1995). 2004). elas sobem trocando calor com as partículas mais frias (e mais pesadas). por condução. primeiramente. aquecida (KREITH. Essas bolhas são. Quando a chama é ligada. mais densa. em um processo chamado de convecção natural (KREITH. o ventilador (BRAGA FILHO. portanto. 136 . por convecção. do topo afundará e será.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . de fato. Um exemplo de convecção natural é o aquecimento de um recipiente com água. o calor é transferido. levando calor da parte quente para a parte mais fria no topo. as partículas que estão próximas à superfície continuam recebendo calor por condução e armazenando energia. Ocorre. Figura 4. 2010). Ao mesmo tempo.CQA/UNIP A velocidade da camada de ar próxima à superfície é muito baixa em razão do atrito existente entre o ar e a placa. regiões locais de água quente subindo para a superfície. Em certo momento. 2010). Dizemos que a convecção foi forçada. a partir do fundo do recipiente. Nessa região. no caso. que descem. o calor é transferido por condução. pois o movimento de transferência de massa foi induzido por um agente externo. transferindo calor para as partículas mais frias. Na medida em que essas partículas passam para a região de alta velocidade. armazenamento de energia pelas partículas presentes nessa região. Já que são mais leves do que as demais. Esse movimento está representado na figura 4 (BERTULANI. elas são transportadas pelo fluxo. subsequentemente. Essas partículas têm sua temperatura elevada e densidade reduzida. Supondo que o ventilador seja retirado. Convecção natural em um recipiente com água (BERTULANI. 1995). a água começa a fazer bolhas. os quadros identificados com os números de 1 a 6 devem ser preenchidos. Meio ambiente. as quais foram incluídas no diagrama mostrado abaixo. aplicou-se a ferramenta do controle de qualidade conhecida como Diagrama de Causa e Efeito ou Diagrama de Ishikawa. Meio ambiente. Materiais e Mão-de-obra. Medições. 1. Meio ambiente e Mão-de-obra. 33 Questão 36 – Enade 2008. Materiais. D. B. com os seguintes termos: A. E. Métodos. Mão-de-obra. também conhecidos como diagramas de Ishikawa. Meio ambiente e Mão-de-obra. de acordo com a metodologia 6M. Medições. Métodos. De forma a completar o diagrama. Meio ambiente. Materiais. respectivamente. Máquinas. Materiais. Máquinas e Métodos.3331 Em um estudo para identificar as possíveis causas das perdas no processo de fabricação de peças mecânicas. foram identificadas algumas possíveis causas e/ou razões. Métodos. Máquinas. correspondem a um método efetivo para determinar raízes de problemas encontrados na produção (SLACK. Medições. Introdução teórica Os diagramas de causa e efeito. C. Mão-de-obra. Máquinas. Medições. Durante as discussões.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Máquinas e Métodos. Medições. 1997). Materiais. 139 .CQA/UNIP Questão 33 Questão 33. Esses diagramas. Figura 2. 1997). de forma explícita. algumas possíveis respostas aos problemas.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . são muito usados em programas de melhoramento (SLACK. 140 . Passo 3 – Buscar as causas que estão gerando o efeito. Passo 2 – Identificar as principais categorias para causas prováveis do problema. Equipamento Força de Trabalho Efeito Materiais Método Dinheiro Figura 1. O procedimento para traçar um diagrama de causa e efeito está descrito a seguir (SLACK. materiais. conforme exemplificado na figura 1 (SLACK. Diagrama de causa e efeito no caso dos toners defeituosos da Hewlett-Packard (SLACK. Passo 4 – Registrar todas as causas potenciais e discutir cada item. As cinco mais comuns são: equipamento. 1997). também conhecidos como diagramas de “espinha de peixe”. Passo 1 – Colocar o problema na caixa efeito. força de trabalho. 1997). 1997). A figura 2 é um exemplo desse tipo de diagrama usado na análise de um caso ocorrido na Hewlett-Packard.CQA/UNIP Esses diagramas de causa e efeito acrescentam. Diagrama de causa e efeito (SLACK. 1997). métodos e procedimento e dinheiro (figura 1). em que o problema eram os toners defeituosos (SLACK. 1997). as tolerâncias para a composição química da liga. as tolerâncias dimensionais do material. Introdução teórica A série ISO 9000 forma um conjunto de padrões de procedimentos que estabelece exigências para os sistemas de administração de qualidade das empresas. como atributo. O controle estatístico do processo seja aplicado utilizando.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . C. Para que uma empresa receba a certificação ISO 9000. B. a matériaprima para a fabricação de diversos produtos. E. 1. é necessário e suficiente que A. 34 Questão 34 – Enade 2005. entre eles a velocidade de resfriamento e a composição química da liga. para a manutenção desse certificado. Para que uma empresa siderúrgica obtenha a certificação de que o sistema de qualidade implantado está de acordo com as normas da série ISO 9000. As análises da composição química e da microestrutura são ensaios fundamentais para o controle de qualidade de uma liga Fe-C. freqüentemente. seja a mais refinada possível. 1997).3432 O produto final de uma empresa siderúrgica é. A ISO 9000 é usada como referência para a garantia da qualidade (SLACK. Um órgão credenciado realize uma auditoria na empresa e forneça um certificado. A microestrutura final do produto. ela deve ter avaliação externa dos seus padrões e procedimentos de qualidade. D. são feitas auditorias regulares cuja finalidade é assegurar que os sistemas não se deteriorem (SLACK. O departamento de controle de qualidade tenha condições para realizar o maior número possível de ensaios. Além disso. dependente de uma combinação de fatores.CQA/UNIP Questão 34 Questão 34. O controle estatístico do processo seja aplicado utilizando. 143 . como atributo. 1997). Para que uma empresa receba o certificado ISO 9000. Administração da produção. desenvolvimento. 1997). Um ensaio é apenas uma determinação do 144 . ISO 9001 – trata do modelo de sistemas de qualidade para garantia de qualidade de projeto. B – Alternativa incorreta. 3. para a manutenção desse certificado. temos as séries citadas abaixo. ISO 9004 – trata dos elementos da administração da qualidade e do sistema de qualidade. Análise das alternativas A – Alternativa correta. et al. Além disso. são feitas auditorias regulares a fim de assegurar que os sistemas não se deteriorem (SLACK. 1997. 1997). Assim. a pressão dos seus clientes (SLACK. aos compradores de produtos ou serviços. ISO 9002 – trata do modelo de sistemas de qualidade para garantia em produção e instalação. Indicação bibliográfica SLACK. São Paulo: Atlas. o motivo para as empresas obterem o certificado ISO 9000 é a pressão externa. de que foram produzidos de maneira a atender suas expectativas e necessidades (SLACK. ISO 9003 – trata do modelo de sistemas de qualidade para garantia na inspeção e testes finais. isto é. 1997). 2.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . O propósito da ISO 9000 é fornecer a garantia. 1997). N. JUSTIFICATIVA.CQA/UNIP As séries ISO proporcionam recomendações detalhadas para estabelecimento de sistemas de qualidade (SLACK. instalação e manutenção. JUSTIFICATIVA. Em geral. ISO 9000 – trata da administração da qualidade e padrões de garantia. ela deve ter avaliação externa dos seus padrões e procedimentos de qualidade. Um grande número de ensaios não garante que o processo atende às exigências de qualidade. O grupo visitará o setor de usinagem das peças do câmbio e da suspensão (galpão 3) e o setor de estampagem (galpão 4). Óculos contra impactos de partículas volantes. capacete e protetor auricular. Óculos contra radiação ultravioleta. 36 e 37 Questão 35. C. Apesar da recomendação de não poder tocar em peças e equipamentos. Óculos contra radiação infravermelha. Além de recomendar que todos compareçam usando calças compridas. nos locais de trabalho onde são executadas atividades que exijam solicitação intelectual e atenção 35 Questão 33 – Enade 2008.CQA/UNIP Questões 35. luvas de couro e jaleco. sapatos fechados e cabelos presos. Óculos contra impactos de partículas volantes. A norma estabelece que. D. E. 146 .36 A norma regulamentadora NR 17 visa a estabelecer parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores.35 Um engenheiro de uma grande fábrica do setor automobilístico foi designado para acompanhar um grupo de alunos do curso de Engenharia de uma universidade local para uma visita técnica a algumas dependências da fábrica.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . máscara de proteção facial e luvas de couro. de modo a proporcionar o máximo de conforto. segurança e desempenho eficiente. B. 33 Questão 36. o engenheiro deverá disponibilizar os seguintes itens de segurança: A. os alunos poderão se aproximar das máquinas para observar de perto as operações. capacete e protetor auricular. protetor auricular e máscara de proteção facial. Óculos contra impactos de partículas volantes. se deve ao fato de que: A. O empregador é responsável pela contratação de trabalhadores compatíveis com as condições de trabalho.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Em locais fechados.75 m/s e umidade relativa do ar não inferior a 40%. Em salas de desenvolvimento ou análise de projetos.37 O nível de conforto do motorista de um caminhão está diretamente relacionado à segurança na execução do seu trabalho e depende fundamentalmente das acelerações às quais este motorista está submetido. velocidade do ar não superior a 0. Os homens e as mulheres podem exercer as mesmas funções. ay (lateral) e az (vertical). D. C. 34 36 Questão 29 – Enade 2005. desde que respeitadas as condições ambientais.CQA/UNIP constantes. Questão 37. citada no texto. O gráfico apresenta os níveis de sensibilidade de um ser humano. B. as condições ambientais podem afetar o desempenho dos trabalhadores. segundo a norma ISO 2631. sejam recomendadas as seguintes condições de conforto: níveis de ruído de acordo com o estabelecido na NBR 10152. relacionados às amplitudes ponderadas das acelerações ax (longitudinal). 147 . A regulamentação estabelecida pela NR 17. índice de temperatura efetiva entre 20 oC e 23 oC. A remuneração do trabalhador deve ser compatível com as condições ambientais oferecidas pelo empregador. E. a velocidade de circulação do ar depende das condições de temperatura e umidade do ar. às entidades ou às empresas que lhes tomem o serviço e aos sindicatos representativos das respectivas categorias profissionais. aos trabalhadores avulsos. 37 Questão 28 – Enade 2005. Filtrar sinais de baixa freqüência entre 4 e 8 Hz. Amplificar sinais de baixa freqüência entre 1 e 2 Hz. D. 1. Amplificar sinais de baixa freqüência entre 4 e 8 Hz.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Filtrar sinais de alta freqüência acima dos 15 Hz. Filtrar sinais de baixa freqüência entre 1 e 2 Hz. B.CQA/UNIP De modo a minimizar os efeitos das imperfeições do solo. 148 . bem como pelos órgãos dos Poderes Legislativo e Judiciário que tenham empregados regidos pela Consolidação das Leis do Trabalho – CLT (OLIVEIRA. referente às questões da segurança e da higiene. C. as suspensões da cabine de um caminhão devem 35 A. As disposições contidas nas NRs aplicam-se. As Normas Regulamentadoras (NR) relativas à segurança e à medicina do trabalho são de observância obrigatória pelas empresas privadas e públicas e pelos órgãos públicos da administração direta e indireta. E. no que couber. 2009). Introdução teórica A Segurança do Trabalho é um conjunto de ciências e tecnologias que buscam a proteção do trabalhador em seu local de trabalho. as ressonâncias 149 . índice de temperatura efetiva entre 20 OC e 23 OC.CQA/UNIP São 33 NRs que visam a dar ao trabalhador toda a proteção de que ele necessita. laboratórios. umidade relativa do ar não inferior a 40%. o corpo inteiro é mais sensível para vibrações que se encontram na faixa entre 4 e 8 Hz. que corresponde à frequência de ressonância na direção vertical (eixo z). assim. 2009). Nas direções x e y. Cada parte do corpo pode tanto amortecer como ampliar as vibrações. 2009): níveis de ruído de acordo com o estabelecido na NBR 10152. As ampliações ocorrem quando partes do corpo passam a vibrar na mesma frequência (ressonância). De maneira geral. salas de desenvolvimento ou análise de projetos).Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . As condições de trabalho incluem aspectos relacionados ao levantamento. segurança e desempenho eficiente (COSTA. O funcionamento de máquinas e veículos e a manipulação de ferramentas produzem vibrações que são transmitidas ao conjunto do organismo de forma diferente a cada parte do corpo. transporte e descarga de materiais. segurança e desempenho eficiente.75 m/s. de modo a proporcionar o máximo de conforto. de modo a proporcionar o máximo de conforto. utilizando o dado especificado pelas recomendações da norma internacional ISO 2631. A NR-15 visa a definir parâmetros para um ambiente vibratório que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores. ele possa exercer suas funções com o maior conforto possível e com a eficácia necessária. ao mobiliário. estabelecendo níveis máximos de vibração. velocidade do ar não superior a 0. para que. Nos locais de trabalho onde são executadas atividades que exijam solicitação intelectual e atenção constantes (salas de controle. são recomendadas as seguintes condições de conforto (NR-17 apud COSTA. aos equipamentos e às condições ambientais do posto de trabalho e à própria organização do trabalho. A NR-17 visa a estabelecer parâmetros que permitam a adaptação das condições de trabalho às características psicofisiológicas dos trabalhadores. escritórios. materiais inflamáveis. Na figura 1 estão representadas as direções x. juntas e tendões (SANTOS. Os EPIs são regulamentados pela norma NR-6. O EPI deve ser utilizado em lugares onde exista risco no serviço que não possa ser removido por outros meios (ou em situações emergenciais). 2010). Figura 1. perigo de impacto de partículas ou estilhaços que voam. ácidos. y e z para uma pessoa em posição sentada (PIANELLI.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . tais como locais nos quais houver fumos. ruído etc. de 1 a 2 Hz. que considera EPI todo dispositivo de uso individual destinado a proteger a saúde e a integridade física do trabalhador. As vibrações danosas ao organismo estão nas frequências de 1 a 8 Hz. 2010). 2009): 150 . chegando a danificar permanentemente alguns órgãos do corpo humano. manuseio de cáusticos. Alguns dos efeitos da vibração sobre o corpo humano são: visão turva. perda de equilíbrio. névoas e vapores tóxicos ou irritantes. perigo de queimaduras. 2009). perigo de queda de objetos sobre os pés. estão previstos equipamentos de proteção laboral de caráter individual (EPI) para proteger o trabalhador e equipamentos de caráter coletivo (EPC) para proteger todos aqueles que se encontram no ambiente de trabalho (OLIVEIRA. calor excessivo. Direções x. A empresa é obrigada a fornecê-los gratuitamente aos empregados. Os EPIs são classificados em (OLIVEIRA. provocando lesões nos ossos. Em toda atividade.CQA/UNIP ocorrem em frequências mais baixas. Os efeitos da vibração direta sobre o corpo humano podem ser extremamente graves. falta de concentração e perda da capacidade manipuladora. y e z. corrosivos. que pode ser dos seguintes tipos (OLIVEIRA. de segurança para proteção dos olhos contra luminosidade intensa. de segurança para proteção do crânio e face contra riscos provenientes de fontes geradoras de calor nos trabalhos de combate a incêndio.15. destaca-se o capacete. de segurança para proteção dos olhos contra radiação ultravioleta. 2009): circum-auricular para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR . de segurança para proteção dos olhos contra radiação infravermelha. 2009): de segurança para proteção dos olhos contra impactos de partículas volantes. destacam-se os óculos. auditivo de inserção para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR . de segurança para proteção dos olhos contra respingos de produtos químicos.CQA/UNIP EPI PARA PROTEÇÃO DA CABEÇA EPI PARA PROTEÇÃO DOS OLHOS E FACE EPI PARA PROTEÇÃO AUDITIVA EPI PARA PROTEÇÃO RESPIRATÓRIA EPI PARA PROTEÇÃO DO TRONCO EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS SUPERIORES EPI PARA PROTEÇÃO DOS MEMBROS INFERIORES EPI PARA PROTEÇÃO DO CORPO INTEIRO EPI PARA PROTEÇÃO CONTRA QUEDAS COM DIFERENÇA DE NÍVEL Com relação aos EPIs para proteção da cabeça. que pode ser dos seguintes tipos (OLIVEIRA. 151 . Com relação aos EPIs para proteção auditiva.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . auditivo semi-auricular para proteção do sistema auditivo contra níveis de pressão sonora superiores ao estabelecido na NR .15. Com relação aos EPIs para proteção dos olhos e face. destaca-se o protetor auditivo. que podem ser dos seguintes tipos (OLIVEIRA.15. de segurança para proteção contra choques elétricos. 2009): de segurança para proteção contra impactos de objetos sobre o crânio. As luvas de couro são EPIs para proteção dos membros superiores e foi indicado aos estudantes que não tocassem em peças e equipamentos. Segurança e medicina do trabalho. 2. fumos e radionuclídeos. A. que pode ser dos seguintes tipos (OLIVEIRA. para proteção das vias respiratórias contra partículas e gases emanados de produtos químicos. São Paulo: Yendis. 2008. D. 152 . 2009.CQA/UNIP Com relação aos EPIs para proteção respiratória. Disponível em http://www.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO .br/ergon/disciplinas/EPS5225/ aula6. fumos e radionuclídeos. motorizado para proteção das vias respiratórias contra poeiras. PIANELLI. N. R.ufsc. Artigo apresentado no 12º Congresso de Atuação Responsável.Htm>. Acesso em 06 out. Fundamentos da ergonomia – condições ambientais de trabalho. para proteção das vias respiratórias contra poeiras. C. destaca-se o respirador purificador de ar. 3. para proteção das vias respiratórias contra vapores orgânicos ou gases ácidos em ambientes com concentração inferior a 50 ppm (parte por milhão). SANTOS. Indicações bibliográficas COSTA. 2010. S. C. Manual de segurança e saúde no trabalho. névoas e fumos. névoas. OLIVEIRA. Vibração em corpo inteiro em operadores de empilhadeiras. Análise das alternativas Questão 35. 2009): para proteção das vias respiratórias contra poeiras e névoas. São Paulo: Difusão. JUSTIFICATIVA. para proteção das vias respiratórias contra gases emanados de produtos químicos. jun. T. 2009. REIS. A.eps. névoas. Segurança e medicina do trabalho. para proteção das vias respiratórias contra poeiras. 2009. São Paulo: Yendis. A e C – Alternativas incorretas. CQA/UNIP Questão 38 Questão 38. Introdução teórica Os aquecedores solares são usados para o aquecimento de água pelo aproveitamento da radiação solar. 36 Coletor Figura 1.0 m2 de área devem ser instalados. supondo que 50% da energia solar seja efetivamente empregada para o aquecimento. Em um aquecedor solar. Aquecedor solar (BURATTINI.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . Determine quantos coletores de 2. 2008). Devem ser aquecidos 1800 litros de água de 25 °C para 45 °C em duas horas. 2008). 2001): 38 Questão 4 – Discursiva – Enade 2005. Considere: calor específico da água: 4000 J/kg°C energia incidente: 800 W/m2 1.38 Deseja-se utilizar coletores solares para aquecimento de água em um hospital. A figura 1 mostra um aquecedor desse tipo (BURATTINI. a energia solar que incide sobre o coletor é dada por (BEZERRA. 155 . A. Aplicações térmicas da energia solar. EI é a energia solar incidente. M. Energia. c o calor específico do fluido a pressão constante e ∆T a variação de temperatura que o fluido sofrerá. uma abordagem multidisciplinar. 156 . a energia transferida para o fluido é dada por: Assim. A é a área de incidência e ∆t é o tempo de incidência. C. São Paulo: Livraria da Física. 2001.CQA/UNIP Na expressão anterior. Posição ideal de um aquecedor solar (REFORMAFACIL. João Pessoa: Universidade Federal da Paraíba. 2000). P. M. 2008. Indicações bibliográficas BEZERRA. a eficiência do trocador é dada por (BEZERRA. T. Sendo m a massa do fluido aquecido. 2011). 2001): 2. BURATTINI. A figura 2 mostra a posição ideal para um coletor solar com relação à incidência dos raios solares. Figura 2. A radiação solar varia de acordo com a posição geodésica e o uso de coletores deve ser tal que a direção de incidência seja normal à superfície de incidência (PEREIRA.Engenharia Mecânica – VOLUME ÚNICO . I é a intensidade de radiação solar por unidade de área. A eficiência 2001): de um aquecedor solar é a relação entre a energia E transferida para o fluido e a energia EI solar incidente no coletor (BEZERRA.