Josué Alberton

Curso de Graduação em Engenharia QuímicaCurso de Graduação em Engenharia Química

Universidade do Sul de Santa CatarinaUniversidade do Sul de Santa Catarina

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Josué AlbertonJosué Alberton

Orientador: M.Sc. José Humberto Dias de TôledoOrientador: M.Sc. José Humberto Dias de Tôledo

Implementação computacional de métodos Implementação computacional de métodos numéricos via equação linear de várias variáveis numéricos via equação linear de várias variáveis

no projeto de componentes poliméricosno projeto de componentes poliméricos



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Objetivos

Objetivo geral

Apresentar o método numérico e a implementação computacional nos cálculos do processamento e das modificações provocadas nas propriedades térmicas e mecânicas dos materiais para a produção de componentes poliméricos.



3

Revisão bibliográfica

Estrutura da molécula do polipropileno isotático.

CC HH

H H

CH H

CC HH

H H

CH H

CC HH

H H

CH H

CC HH

H H

CH H

n

C

H

C

H

H

H

C

H

H

C

H

CH3x y

n

Estrutura molecular do mero do poli(etileno-co-propileno) [33].



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Revisão bibliográfica

Processo de calandragem utilizado na produção de filmes e chapas

Corte lateral de uma extrusoraCanal de distribuição de uma

matriz do tipo “cabide”



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Projetos de componentes poliméricos

A transformação de resinas plásticas e a produção de artigos nas mais variadas formas assumiram um lugar de destaque na indústria química [17].

Chapas extrudadas, co-extrudadas e laminadas podem ser transformadas por termoformação. Numerosos fatores de projeto precisam ser considerados antes da escolha de um material para a produção de um componente polimérico [20].

Neste estudo, a aplicação de métodos numéricos com implementação computacional no projeto de componentes poliméricos tem como objetivo facilitar o desenvolvimento de novos produtos ou a otimização de produtos já existentes de modo a contribuir consideravelmente com o crescimento do setor de manufatura de componentes poliméricos.



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Critérios de seleção dos materiais

CritérioPropriedade

medidaNorma Resultado esperado

Processamento do material

Taxa de fluidez

ASTM D1238-04c [10]

Fluxo do polímero no estado fundido

Propriedade mecânicaMódulo de

flexãoASTM

D-790 [12]

Desempenho mecânico do material solicitado em ensaio de flexão

Propriedade mecânicaResistência ao Impacto Izod

ASTM D-256-A [13]

Desempenho mecânico do material solicitado em ensaio de impacto

Propriedade térmica DTULASTM

D-648 [14]

Temperatura de deflexão do plástico sob carga de flexão



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Propriedades medidas das matérias-primas



8

Escolha do método numérico



9

Solução do problema (resolução)

1,995 1,995

2,130

1,900

1,950

2,000

2,050

2,100

2,150

M = M1ϕ1 + M2ϕ2 + M3ϕ3 …

Taxa de fluidez (g/10 min)

1,45

1,42

1,40

1,370

1,380

1,390

1,400

1,410

1,420

1,430

1,440

1,450

1,460

M = M1ϕ1 + M2ϕ2 + M3ϕ3 …

Módulo de flexão (GPa)

387,3

396,6

389,400

382,000

384,000

386,000

388,000

390,000

392,000

394,000

396,000

398,000

M = M1ϕ1 + M2ϕ2 + M3ϕ3 …

Res. Impacto - Izod (J/m)

90,1

88,9

88,5

87,500

88,000

88,500

89,000

89,500

90,000

90,500

M = M1ϕ1 + M2ϕ2 + M3ϕ3 …

DTUL a 455 kPa (oC)

4,595

4,553

4,520

4,500

4,510

4,520

4,530

4,540

4,550

4,560

4,570

4,580

4,590

4,600

4,500

4,510

4,520

4,530

4,540

4,550

4,560

4,570

4,580

4,590

4,600

M = M1ϕ1 + M2ϕ2 + M3ϕ3 …

Custo final do componente polimérico p/ kg em (R$)



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No projeto de componentes poliméricos, as propriedades do processamento (taxa de fluidez), mecânica (módulo de flexão e resistência ao impacto Izod) e térmica (DTUL) medidas nos materiais, utilizaram a equação linear de várias variáveis como modelo matemático em conformidade com a lei da aditividade de misturas.

A implementação computacional forneceu ao engenheiro a opção de ajustar as propriedades dos materiais e informar o custo final do componente polimérico, sendo previstos o valor máximo esperado no projeto de R$ 4,30. Em geral, esse tipo de informação é importante para comparar os valores obtidos entre as composições formuladas, levando-se em consideração a engenharia do produto e a viabilidade econômica do projeto.

Pela análise dos resultados, o projeto do componente polimérico pode ser utilizado para a produção de peças plásticas, onde a linha de aplicação dos produtos exige temperaturas de trabalho entre 0ºC e 10ºC, como por exemplo, no caso dos produtos resfriados. De acordo com os valores obtidos, o desempenho térmico e mecânico estão a favor da segurança para a fabricação de componentes poliméricos no projeto calculado com o menor custo de produção correspondente a cor cinza.

Conclusão



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1. DIEGUEZ, José Paulo P. Métodos numéricos computacionais para a engenharia. Rio de Janeiro: Interciência, 1992. 2 v. 2. RUGGIERO, Márcia A. Gomes; LOPES, Vera Lúcia da Rocha. Cálculo numérico: aspectos teóricos e computacionais. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1997. 406 p. 3. BARROSO, Leônidas Conceição; et. al. Cálculo numérico: com aplicações. 2. ed. São Paulo: Harbra, 1987. 367 p.4. HOHENBERGER, Walter. Cargas funcionais expandem possibilidades de aplicação técnica das resinas commodities. Plástico Industrial. São Paulo: n. 105, p. 84-93, maio 2007. 5. MANO, E. B.; MENDES, L. C. Introdução a polímeros. 2. ed. rev. e ampl. São Paulo: Edgard Blucher, 1999. 191 p. 6. MASCIA, L. Thermoplastics: material engineering. 2. ed. London: Elsevier, 1989. 537p. 7. CALLISTER Jr., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 5. ed. São Paulo: LTC, 2002. 589 p. 8. LUCAS, E. F.; SOARES, B. G.; MONTEIRO, E. E. C. Caracterização de polímeros: de-terminação de peso molecular e análise térmica. Rio de Janeiro: e-papers, 2001. 366 p. 9. PROGELHOF, R. C.; THRONE, J. L. Polymer engineering principles: properties processes, and tests for design. Munich: Hanser, 1993. 918 p. 10. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D1238-04c: test method for melt flow rates of thermoplastics by extrusion plastometer. ASTM, 2007. 11. CANEVAROLO Jr., S. V. (Coord.) Técnicas de caracterização de polímeros. São Paulo: Artliber, 2004. 448 p. 12. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D790-07: standard test methods for flexural properties of unreinforced and reinforced plastics and electrical insulating materials. ASTM, 2009. 13. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D256-06: standard test methods for determining the izod pendulum impact resistance of plastics. ASTM, 2006. 14. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D648-07: test method for deflection temperature of plastics under flexural load in the edgewise position. ASTM, 2007. 15. FLARIS, V.; STACHURSKY, Z. N. - J. Appl. Polym. Sci., 45, 1789 (1992). 16. WILLEMSE, R. C.; RAMAKER, E. J. J.; VAN DAM, J.; BOER, A. P. - Polym . Eng. Sci., 40, 6651 (1999). 17. FUENMAYOR, J.; BOHÓRQUEZ, J. Determinação de fatores de segurança em peças plásticas. Plástico Industrial. São Paulo: n. 141, p. 44-51, mai. 2010.

Referências bibliográficas



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Agradecimentos a:

Prof. José Humberto Dias de José Humberto Dias de TôledoTôledo

Josué Alberton

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