Ficha de Trabalho 1 — UC02947

Classificação de Materiais e Selecção para Manutenção

Duração: 90 minutos | Consulta: Tabelas de propriedades fornecidas | Calculadora: Permitida

Grupo I — Verdadeiro / Falso (20 pontos)

O aço C45 tem teor de carbono de 0,45% e é utilizado principalmente em estruturas metálicas de construção civil. ___
O bronze CuSn10 (SAE 40) é adequado para casquilhos de bucha devido à sua boa resistência ao desgaste e à corrosão. ___
O elastómero NBR é recomendado para vedantes que trabalham em contacto com ácidos concentrados a alta temperatura. ___
A têmpera é um tratamento térmico que consiste em aquecer o aço à temperatura de austenização e depois arrefecer lentamente. ___
O GFRP (fibra de vidro + epóxi) tem densidade inferior à do aço e boa resistência à corrosão, mas módulo de Young significativamente inferior. ___
O factor CE (Carbon Equivalent) é usado para prever a soldabilidade dos aços: valores CE > 0,60 indicam boa soldabilidade sem pré-aquecimento. ___
O PTFE (politetrafluoretileno) é adequado para vedantes em contacto com ácidos e bases concentrados, pois é quimicamente inerte. ___
A liga de alumínio 7075-T6 tem resistência mecânica muito superior à 6061-T6, mas é mais difícil de soldar. ___
A corrosão galvânica ocorre quando dois metais com potenciais electroquímicos diferentes estão em contacto na presença de um electrólito. ___
O ferro fundido nodular (GGG) tem tenacidade superior ao ferro fundido cinzento (GG) e é preferível em componentes sujeitos a impacto. ___

Grupo II — Classificação e Propriedades de Materiais (40 pontos)

Problema 1 — Identificação de materiais

Identifique o material mais adequado para cada componente industrial, justificando a escolha com pelo menos 2 propriedades relevantes:

a) Uma bucha (casquilho) de deslizamento para eixo de Ø25 mm, com carga radial de 1,5 kN, velocidade de 0,5 m/s, ambiente com lubrificação esporádica e temperatura máxima de 60°C.

b) Um vedante de êmbolo num cilindro hidráulico de alta pressão (280 bar) com fluido HFD-U (éster fosfórico sintético), temperatura máxima 130°C, movimento linear.

c) Um veio de bomba Ø30 mm, instalado num sistema de bombeamento de água do mar, sujeito a carga de flexão com Rm mínima exigida de 700 MPa.

d) Uma tampa de carcaça de máquina, sem função estrutural significativa, exposta ao exterior (chuva, UV, temperatura entre -20°C e 60°C), que precisa de ser leve e resistente à corrosão.

Problema 2 — Análise de Requisitos

Uma empresa precisa de substituir um eixo de transmissão (veio) que falhou após 6 meses de serviço. As especificações do veio original são: - Material: C45 normalizado - Dimensão: Ø45 mm × 350 mm - Carga: torção máxima de 1,2 kN·m + flexão de 0,8 kN·m - Ambiente: interior, temperatura 20–80°C, óleo de lubrificação ISO VG46

a) Calcule a tensão de Von Mises na superfície do veio (σeq = √(σf² + 3τ²)).

Dados: - Flexão: σf = 32×M/(π×d³) = 32×800 000/(π×45³) → calcule - Torção: τ = 16×T/(π×d³) = 16×1 200 000/(π×45³) → calcule

b) O C45 normalizado tem Rp0,2 = 305 MPa. Com um coeficiente de segurança de 2, a tensão admissível é 152,5 MPa. Avalie se o material original é adequado.

c) O gestor quer usar 42CrMo4 temperado e revenido (Rp0,2 = 650 MPa) para aumentar a segurança. Calcule o novo diâmetro mínimo para a mesma tensão admissível de Rp0,2/2 e compare com o original.

Grupo III — Selecção de Material para Componente Crítico (40 pontos)

Exercício de Selecção de Material

O Departamento de Manutenção de uma refinaria petroquímica precisa de substituir um veio de bomba centrífuga com as seguintes condições de serviço: - Fluido bombeado: mistura de hidrocarbonetos com H₂S (sulfureto de hidrogénio), temperatura 95°C - Carga mecânica: Rm mínima 700 MPa, resistência à fadiga requerida - Ambiente: presença de H₂S em solução aquosa (risco de SSCC — Sulfide Stress Corrosion Cracking) - Prazo de entrega: máximo 6 semanas

a) Explique o fenómeno SSCC e porque constitui um risco particular para aços de alta resistência.

b) Compare os seguintes candidatos para o veio, usando uma tabela de selecção multi-critério com pesos atribuídos (resistência mecânica: 30%, resistência SSCC: 35%, custo: 20%, disponibilidade: 15%): - Aço 42CrMo4 T&R (Rm = 1000 MPa) - Inox duplex 2205 (Rm = 620 MPa) - Inconel 625 (Ni-Cr-Mo, Rm = 830 MPa)

c) Justifique a sua escolha final e identifique os riscos residuais da solução seleccionada.

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