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MMAATTEERRIIAAIISS UUSSAADDOOSS NNAA CCOONNCCEEPPÇÇÃÃOO
DDEE UUMM AAUUTTOOMMÓÓVVEELL
MATERIAIS METÁLICOS E RESPECTIVOS COMPONENTES
Outubro de 2010
GRUPO Nº 504
Ana Pereira
António Ribeiro
Bruno Maia
Inês Neves
Pedro Moreira
PPRROOJJEECCTTOO FFEEUUPP
Nome do coordenador: Prof. Abel Santos
Nome do monitor: Pedro Lebre
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
2
RREESSUUMMOO
Este relatório insere-se no âmbito da disciplina “Projecto FEUP” e tem como
objectivo aprofundar os conhecimentos relativos aos materiais metálicos utilizados na
indústria automóvel.
De entre as várias temáticas, serão aprofundados alguns dos componentes do
automóvel, bem como o seu funcionamento e constituição, assim como os materiais
utilizados na produção de cada viatura, referindo também aqueles em maior
desenvolvimento e os que estão a cair em desuso. Finalmente, abordaremos um tópico
que tem cada vez mais chamado à atenção das pessoas e as tem sensibilizado para um
mundo mais ecológico: a reciclagem.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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AAGGRRAADDEECCIIMMEENNTTOOSS
Gostaríamos de agradecer ao nosso coordenador, Prof. Abel Santos, e monitor,
Pedro Lebre, o apoio, a disponibilidade, a orientação e o aconselhamento na procura de
informação e elaboração deste projecto.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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ÍÍNNDDIICCEE
Resumo………………………………………………………………………………….2
Agradecimentos………………………………………………………………………....3
1. Introdução…………………………………………………………………………..5
2. Componentes, Materiais e Processos
2.1.Motor
2.1.1. Definição, principais componentes e funcionamento………….……........6
2.1.2. Materiais e processos de fabrico dos componentes…………….………. 11
2.2. Chassis e Carroçaria…………………………………………………..………..16
2.3.Outros
2.3.1. Sistema de Transmissão…………………………………………………18
2.3.2. Sistema de Direcção…………………………………………………….18
2.3.3. Sistema de Suspensão…………………………………………………..19
2.3.4. Sistema de Travagem………………………………………...…………19
3. Reciclagem e Perspectivas Futuras
3.1. Materiais em desuso – Reciclagem………………………………………...…20
3.2. Materiais em expansão…………………………………………….………….21
4. Conclusões…………………………………………………………………..……24
Referências Bibliográficas…………………………………………………...……….25
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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11.. IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO
“Caracterizada por grandes investimentos industriais, geração de emprego e
renda, a indústria automobilística, constituiu-se alvo estratégico para o desenvolvimento
da humanidade.”
Desde os fins do século XIX e da invenção do primeiro automóvel, geralmente
atribuída ao alemão Karl Benz, estas verdadeiras obras de engenharia têm vindo a
alterar por completo o modo de vida da população mundial. Passou a constituir uma
forma rápida e confortável quer de pessoas, quer de bens materiais. Muitos avanços
tecnológicos tiveram repercursão e impacto nestas máquinas, tornando-as no que são
hoje: o meio de transporte mais utilizado no mundo e absolutamente indispensável no
dia-a-dia de centenas de milhões de pessoas espalhadas pelo globo.
Ao longo das últimas décadas, a indústria automóvel foi alvo de grande
desenvolvimento e evolução. Nesse contexto, foi havendo uma progressiva
transformação nos componentes, bem como nos materiais que os constituem. Como se
sabe, os metais constituem a maior parte dos materiais existentes num automóvel e
desde a sua criação muito têm variado os constituintes metálicos utilizados no seu
fabrico. Desde o aço ao alumínio, passando por outros, por exemplo, como o magnésio,
muitos foram os materiais testados e desenvolvidos com o intuito de tornar os
automóveis mais eficientes, leves e económicos, não esquecendo as, cada vez mais
actuais, preocupações ambientais.
Numa tentativa de tornar os automóveis cada vez mais autónomos e leves,
houve constantes substituições dos metais constituintes dos automóveis por outros
menos pesados e que, dessa forma, permitem poupança de combustível e energia ao
mesmo tempo que reduzem as emissões de gases nocivos para a atmosfera. Por
exemplo, pode-se referir o caso do aço que, num passado recente, tem vindo a ser perder
importância na fabricação de automóveis em detrimento de outros como o alumínio, até
cerca de três vezes mais leve.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
6
22.. CCOOMMPPOONNEENNTTEESS,, MMAATTEERRIIAAIISS EE
PPRROOCCEESSSSOOSS
22..11.. MMOOTTOORR
22..11..11.. DDEEFFIINNIIÇÇÃÃOO,, PPRRIINNCCIIPPAAIISS CCOOMMPPOONNEENNTTEESS EE
FFUUNNCCIIOONNAAMMEENNTTOO
Definição de motor
Um motor num automóvel é um dispositivo que converte a energia química, ou
térmica, resultante da queima da mistura ar-combustível em energia mecânica que por
sua vez gera o movimento do veículo.
Nesta parte do relatório pretende se fazer uma descrição muito simples dos
principais componentes de um motor de modo a fazer uma ligação com o resto do
trabalho e permitir portanto a sua compreensão.
Figura 1 – Motor de 10 cilindros em V da BMW
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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Principais componentes de um motor automóvel
Legenda:
1, 2 – Válvulas: Existem duas válvulas:
Admissão (1) – Abrem para deixar entrar a mistura de ar-combustível no
cilindro;
Escape (2) – Abrem para deixar sair os gases resultantes da explosão.
3 – Vela: é uma peça de metal que possui na sua extremidade um electrólito que origina
uma faísca que origina a ignição.
4 – Cabeça do motor: é a parte superior do motor que contém as tampas dos cilindros,
as válvulas, as velas e os canais refrigeradores e lubrificantes.
5 – Cilindro: é dentro deste que se dá o ciclo de combustão.
6 – Pistão: é uma peça cilíndrica que comprime, expande e liberta o combustível do
cilindro.
Figura 2 – Ilustração de um motor
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7 – Biela: é a peça que liga a cambota ao pistão.
8 – Bloco do motor: é a estrutura rígida que mantém os cilindros num alinhamento
apropriado e que contém as peças principais ao funcionamento do motor.
9 – Cambota: é a peça que transforma o movimento vertical do pistão em movimento de
rotação.
10 – Cárter: é a tampa inferior do motor que tem como função armazenar o óleo de
lubrificação.
Funcionamento de um motor automóvel
O motor de um automóvel designa-se por motor de combustão interna pois a
combustão da mistura ocorre dentro do motor, mais especificamente dentro dos
cilindros. Existem vários tipos de motores de combustão interna mas os mais comuns
usados nos automóveis de hoje em dia são os motores que utilizam o ciclo de
combustão a 4 tempos.
Iremos agora explicar de uma forma sucinta o funcionamento do ciclo de combustão a 4
tempos:
Figura 3 – Funcionamento de um motor a 4 tempos
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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1º Tempo – Com o pistão em movimento desdente, a válvula de admissão abre-
se para permitir a entrada da mistura de ar-combustível que é aspirada para
dentro do cilindro – admissão.
2º Tempo – Com o pistão em movimento ascendente, a mistura de ar-
combustível é comprimida, tornado a explosão mais potente – compressão.
Ambas as válvulas se encontram fechadas.
3º Tempo – Quando o pistão atinge o ponto morto superior (PMS) a mistura,
que se encontra comprimida, é inflamada devido a uma faísca desencadeada pela
vela e explode – explosão ou expansão. Ambas as válvulas se encontram
fechadas. Devido ao movimento de expansão dos gases dá se um aumento da
pressão, empurrando o pistão até ao ponto morto inferior (PMI) impulsionando
assim a cambota. Produz se então uma força rotativa que proporciona o
movimento do eixo do motor.
4º Tempo – Assim que o pistão atinge o PMI, a válvula de escape abre-se e,
devido ao movimento ascendente do pistão, os gases de escape são empurrados e
deixam o cilindro – expulsão ou escape.
É de realçar que durante os quatro tempos apenas se transmitiu trabalho ao pistão
uma só uma vez. Para fazer com que as válvulas de admissão e de escape funcionem
correctamente, abrindo e fechando as passagens nos momentos exactos, a árvore cames
gira a meia rotação do motor, completando uma volta a cada ciclo de quatro tempos.
Entre os diferentes tipos de motores de combustão interna usados nos automóveis de
hoje em dia, os mais comuns são os motores de ciclo Otto vulgarmente chamados
“motores a gasolina” e os motores de ciclo Diesel chamados de “motores a
diesel/gasóleo”.
Figura 4 – Motor de ciclo Otto
Figura 5 – Motor de ciclo Diesel
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Projecto FEUP
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Ambos têm um funcionamento idêntico pois seguem o princípio do ciclo de
combustão a 4 tempos, mas apresentam entre si algumas diferenças como:
A taxa de compressão: enquanto o motor de ciclo Otto funciona com taxas de
compressão entre 8:1 e 12:1, no motor de ciclo Diesel esta varia de 14:1 a 25:1;
O motor de ciclo Otto aspira uma mistura de ar-combustível para o cilindro
enquanto o motor de ciclo Diesel apenas aspira ar.
A ignição nos motores de ciclo Otto dá-se a partir de uma faísca fornecia pela
vela enquanto no motor de ciclo Diesel ocorre a combustão do combustível
devido as elevadas temperaturas do ar comprimido na câmara de combustão.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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22..11..22.. MMAATTEERRIIAAIISS EE PPRROOCCEESSSSOOSS DDEE FFAABBRRIICCOO DDOOSS
CCOOMMPPOONNEENNTTEESS
Materiais usados num motor
Ferro fundido vs Alumínio
O motor é a parte mais importante de um automóvel logo tem se investido muito
no desenvolvimento de novos materiais e ligas para se usar na construção de um motor:
quer para aumentar a sua eficiência quer para reduzir o seu peso e portanto o peso do
veículo com o objectivo de se ter uma redução do consumo.
O bloco do motor tem sempre sido feito com ferro fundido ou com ligas de
alumínio. Os motores de automóveis mais pequenos são feitos de ligas de alumínio
enquanto que os motores maiores (como por exemplo os motores de camiões e veículos
comerciais) ainda usam o ferro fundido. O material de que o bloco é feito tem que
permitir a moldagem de todas as aberturas e passagens, como também suportar as
elevadas temperaturas geradas pela queima do combustível no interior do bloco e
permitir a rápida dissipação do calor.
O ferro fundido contém na sua constituição 2.5% de silício, 0.65% manganês e 3.5% de
carbono, (presente como flocos de grafite) o que dá ao material:
Uma grande resistência ao desgaste (devido a melhores características de
lubrificação);
Uma maior rigidez;
Uma maior facilidade para ser trabalhado;
Uma maior resistência a corrosão.
As ligas de alumínio têm vindo a ganhar uma maior importância devido ao facto de
a sua resistência poder ser equiparada ao do ferro fundido e também ao facto de ter boas
propriedades de moldagem, isto é são fáceis de trabalhar, o que permite construir o
bloco do motor com este tipo de material. O alumínio é constituído por 11% de silício e
0.5% de manganês.
Figura 6 – Bloco de um motor
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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O alumínio tem uma elevada condutividade térmica logo é capaz de dissipar o calor
mais rápido do que o ferro fundido. Logo o alumínio leva a uma maior eficiência
térmica pois o motor funciona a mais baixas temperaturas e portanto melhora as
características gerais de funcionamento do motor de um automóvel. Mas a característica
do alumínio que tem vindo a massificar o seu uso no fabrico dos motores é o seu peso.
O alumínio é mais leve que o ferro fundido o que leva a uma maior economia de
combustível sendo portanto a principal razão da sua utilização.
Contundo o alumínio apesar de no geral ser um melhor material para ser usado no
bloco do motor do que o ferro fundido possui uma grande desvantagem: o seu preço. O
ferro fundido é mais usado por ser economicamente mais rentável do que o alumínio.
O alumínio não é só usado no bloco do motor mas também é usado na cabeça do
motor, nas bielas e nos cárteres.
O cilindro é outro dos componentes do motor que é feito de alumínio ou ferro
fundido devido a necessidade ter que suportar altas pressões e altas temperaturas devido
ao constante movimento do pistão. Contudo o pistão não circula directamente no
cilindro, pois se as paredes se gastarem é mais barato a substituição das camisas do que
a do cilindro. Além disso, o material de que as camisas são feitas pode ser mais
resistente ao desgaste ou oferecer menos atrito. A superfície das camisas é sujeita a uma
deposição electrolítica de ligas a base de crómio e níquel, muito resistentes ao desgaste
e oferecendo menor atrito ao movimento do pistão.
Aço
O aço é outro dos metais que é usado nos componentes do motor. É constituído
por uma mistura de ferro com carbono.
É usado na extremidade dos pistões pois não cede a altas pressões e
temperaturas e revela-se resistente à corrosão.
Figura 7 – Cabeça de um motor em alumínio
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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O aço é também usado nas cambotas devido à possibilidade de se aligeirar o seu
peso e reduzir o tamanho, originando um funcionamento rentável e resistente da
cambota.
Podem ser também usadas ligas de aço nas válvulas devido à sua capacidade de
resistir a altas pressões e temperaturas.
Devido a sua grande resistência ao choque o aço é também usado no cárter do
motor.
Titânio
O titânio é um metal leve, forte, com baixa condutividade térmica, com uma
elevada resistência à corrosão e com uma grande resistência mecânica. Sendo puro é
fácil de trabalhar.
Nos motores competição o titânio pode ser usado nas bielas para reduzir a massa
em rotação aumentando assim as performances do motor.
As válvulas podem também ser fabricadas de titânio devido à sua capacidade de
resistir a altas pressões e temperaturas.
Figura 8 - Pistão
Figura 9 – Bielas de Titânio
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Processos de fabrico dos componentes de um motor
Forjamento
É um processo mecânico onde se obtém peças através da compressão de metais
sólidos em moldes. Estas forças de compressão são aplicadas através de matrizes.
Pode ocorrer a frio (< 0.3 Temperatura de fusão), a quente (> 0.6 Temperatura
de fusão) ou a morno (0.3 a 0.5 Temperatura de fusão) .
Os componentes forjados apresentam diversas vantagens como:
Grande resistência mecânica;
Boa ductilidade;
Grande resistência à fadiga;
Os componentes podem ser reciclados;
Os custos de produção são baixos;
Os componentes possuem tolerâncias apertadas;
É eficiente em termos do aproveitamento da matéria-prima logo há uma
diminuição dos desperdícios.
Figura 10 – Árvore de cames em processo de forjamento
Figura 11 – Processo de forjamento convencional
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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Os componentes do motor gerados pelo processo de forjamento são vários como:
Válvulas;
Árvore de cames;
Cambota;
Bielas.
Figura 12 – Processo de fabrico de uma biela por forjamento
Materiais usados na concepção de um automóvel
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22..22.. CCHHAASSSSIISS EE CCAARRRROOÇÇAARRIIAA
Chassis
O chassis, é uma estrutura de suporte que pode ser constituída por aço ou
alumínio. Destina-se a carregar o peso que sustenta o motor e a carroçaria. Estes, por
sua vez, são sustentados pela suspensão.
O chassis suporta componentes mecânicos (motor, caixa de marcha, suspensão,
itens de conforto). Não são rígidos, pois possuem "pontos fusíveis", ou seja, pontos
programados para deformação em caso de colisão. Isso é feito para absorver a onda
de choque proveniente das eventuais colisões, protegendo os passageiros.
A maioria dos carros manufacturados nos últimos 30 anos possui, como
constituintes do chassis, o aço, mas, nos carros mais exóticos, o alumínio e a fibra de
carbono estão presentes e em cada vez maiores quantidades.
Para carros maiores e camiões, o material que predomina é o aço.
Carroçaria
Carroçaria é a estrutura que envolve um determinado veículo e que,
geralmente, define a sua forma. Por regra, é constituída pelo motor, lugar dos
passageiros e porta-malas. Com a popularização do automóvel, várias especializações e
nichos de mercado foram criados, um mesmo modelo de carro pode estar disponível em
um ou mais tipos de carroçaria, mas baseada na mesma plataforma. Existem vários
tipos de carroçarias: algumas são montadas separadas do chassis do automóvel, outras
já fazem parte da estrutura do carro (estilo de construção conhecido como
monobloco).
Figura 13 – Carroçaria de um Mazda CX 7
Materiais usados na concepção de um automóvel
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O estilo da carroçaria pode variar imenso. Alguns tipos de estilo continuam a
ser produzidos no decorrer dos anos, enquanto outros tornam-se obsoletos.
A carroçaria quanto a constituintes resume-se a principalmente aço,
embora se verifique em muitos casos também a presença do alumínio.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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22..33.. OOUUTTRROOSS
22..33..11.. SSIISSTTEEMMAA DDEE TTRRAANNSSMMIISSSSÃÃOO
O sistema de transmissão comunica a potência do motor, transformada em
energia mecânica, às rodas. Num automóvel convencional, com motor atrás, a
transmissão tem início no volante do motor e prolonga-se até as rodas de trás através da
embraiagem, caixa das velocidades, eixo de transmissão e do diferencial. Já nos
automóveis com motor à frente e com tracção dianteira, ou com o motor atrás e tracção
nas rodas de trás, o movimento é transmitido por meio de eixos curtos, visto que se
dispensa o eixo transmissão.
Os cabos de aço (uns dos componentes do sistema de transmissão) são
elementos feitos de arame trefilado a frio. Neste processo, o fio é preparado de forma a
que se prenda na tarracha da trefila, sendo então 'puxado'. Embora o seu volume
permaneça o mesmo, à medida que o fio é puxado através da tarracha, o diâmetro
diminui e o seu comprimento aumenta. Por vezes, para que este processo seja mais
eficaz, são usadas mais de uma tarracha seguidas umas das outras, reduzindo
sucessivamente o diâmetro.
22..33..22.. SSIISSTTEEMMAA DDEE DDIIRREECCÇÇÃÃOO
O sistema de direcção é constituído pelo volante, coluna de direcção e pelas
barras transversais da direcção. É responsável por controlar a orientação das rodas.
Determina a facilidade de manobra e a tendência das rodas da frente para se
endireitarem após uma curva.
A coluna de direcção é constituída por ligas de titânio que é um material
extremamente leve e resistente. O processo mais usualmente utilizado no processamento
deste material é a fundição. Este processo consiste num conjunto de actividades que têm
como objectivo dar forma aos materiais por meio da sua fusão. Depois de efectuada
recorre-se à liquefacção e escoamento ou vazamento do material para moldes
adequados. Posteriormente é realizada a solidificação. As barras transversais da
direcção são formadas por alumínio reduzindo o seu peso. Outro material usualmente
utilizado é o zinco.
Figura 14 – Sistema de direcção de um automóvel
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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22..33..33.. SSIISSTTEEMMAA DDEE SSUUSSPPEENNSSÃÃOO
O sistema de suspensão é constituído por molas, amortecedores, barras
estabilizadoras, pivôs e bandejas de suspensão. Tem como função, através dos seus
componentes, absorver todas as irregularidades do solo, mantendo a estabilidade do
automóvel e assegurando o conforto dos passageiros. As molas absorvem os impactos
sofridos pelas rodas e os amortecedores evitam as oscilações do veículo.
Grande parte dos componentes deste sistema são constituídos por aço.
Tal como referi acima, a maioria das molas é formada por uma barra de aço
(com alto grau de resiliência) enrolado na forma de espiral. Inicialmente retiram-se os
óxidos da barra. Em seguida, aquece-se a barra, de modo a que estas se deformem e que
o material fique preparado para um tratamento térmico. Depois de garantir a geometria
da mola e de aumentar a sua resistência, através de um processo de conformação, o
material vai modificar as suas características mecânicas com um tratamento térmico.
Finalmente, depois de um processo de revenimento, em que o material é novamente
aquecido, e de jateamento, onde o produto é bombardeado por micro esferas metálicas
criando micro deformações plásticas na superfície, aumentando assim a resistência do
material, procede-se aos acabamentos. O processo é dado como finalizado quando se
realiza a pintura da mola através de pintura electrostática.
22..33..44.. SSIISSTTEEMMAA DDEE TTRRAAVVAAGGEEMM
O sistema de travagem é responsável pela redução da velocidade de um
automóvel, sendo constituído pelos seguintes componentes: pedal do travão, servo-
freio, bomba e travões.
O servo-freio pode ser constituído tanto por alumínio como por aço inoxidável
martensítico. No segundo caso utiliza-se a soldagem. A soldagem é o processo de
junção de duas partes metálicas, utilizando uma fonte de calor, podendo realizar-se com
ou sem aplicação de pressão. Consideram-se dois grandes grupos de processos de
soldagem: Um deles é baseado no uso de calor, aquecimento e fusão parcial das partes a
serem unidas (soldagem por fusão); o outro baseia-se na deformação localizada das
partes a serem unidas (soldagem por pressão/ soldagem no estado sólido).
Relativo ao primeiro caso, actualmente, o seu processamento tem sido objecto de
estudo por parte de variadas entidades. Novos processos tem sido descobertos de modo
a que o peso do material diminua e que, ao mesmo tempo, a sua resistência aumente.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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33.. RREECCIICCLLAAGGEEMM EE PPEERRSSPPEECCTTIIVVAASS
FFUUTTUURRAASS
33..11.. MMAATTEERRIIAAIISS EEMM DDEESSUUSSOO -- RREECCIICCLLAAGGEEMM
Nos dias de hoje, a preocupação ambiental gera a necessidade de procura de
alternativas adequadas aos processos e materiais tradicionais de concepção de
automóveis, de modo a minimizar o impacto sobre o ambiente gerado pelo esgotamento
de recursos naturais e pela poluição causada pelos aterros. Assim, cada vez mais, a
indústria automobilista aborda a reciclagem automóvel como um aspecto essencial na
tentativa de assegurar o transporte sustentável por veículos automóveis, no século XXI.
Efectivamente, a indústria automóvel, a fim de reduzir o volume de resíduos e
promover a reutilização e reciclagem, desenvolveu-se de forma a que a reavaliação e
acompanhamento do ciclo de vida de um automóvel, através da adequação da escolha
do material utilizado até à sua eliminação, se tornassem aspectos fundamentais na
construção automóvel. Por consequência, nas fases de projecto e concepção de veículos
os produtores tendem a seguir novas directrizes, como por exemplo, a adaptação do
design do carro à utilização de materiais recicláveis. Ou seja, tendo em conta que os
automóveis produzidos irão, inevitavelmente, transformar-se em veículos em fim de
vida, é necessário assegurar que estes podem ser facilmente desmantelados e os seus
componentes podem ser separados com o intuito de serem reutilizados ou reciclados.
Outros exemplos de aspectos significativos no planeamento e construção de
automóveis, que visam a diminuição do tipo e quantidade de resíduos gerados por
veículos em fim de vida, são a redução da utilização de substâncias perigosas como, por
exemplo o chumbo, que era tradicionalmente requerido pelas cablagens eléctricas para a
resistência ao calor, para que não ocorra a disseminação das mesmas no ambiente, a
minimização da quantidade de materiais utilizados, a partir de técnicas de construção
que aumentam a rigidez recorrendo a menos material, por exemplo, o que contribuiu
para reduzir o consumo de recursos e a quantidade de resíduos gerados.
Outro método importante para assegurar a reciclagem automóvel é o
desenvolvimento de materiais de reciclagem fáceis, baseado na investigação de
materiais renováveis, biodegradáveis ou recicláveis que possam eventualmente ser
incorporados na construção automóvel. Isto é, considerando que os materiais mais
utilizados na composição automóvel são o aço, o ferro fundido, os polímeros e as ligas
metálicas temos vindo a assistir à substituição desse material metálico por plástico,
material reciclável, o que conduz a menores impactes ambientais.
Por exemplo, em 1991, a partir de uma tecnologia de concepção molecular
baseada numa teoria de cristalização, a TOYOTA, desenvolveu um plástico reciclável
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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designado Toyota Super Olefin Polymer – TSOP (Polímero Super Olefina Toyota),
constituído a partir de uma resina termoplástica que possui uma capacidade de
recuperação superior ao polipropileno (PP) compósito reforçado convencional. Este
TSOP permite inúmeros ciclos de reciclagem e já se encontra a ser utilizado numa vasta
gama de peças internas e externas como, por exemplo, o pára-choques, nos modelos
mais recentes do Toyota Auris e Toyota Yaris. As peças elaboradas a partir deste tipo de
resina termoplástica, por sua vez, são instaladas através de processos de soldadura por
fricção em oposição à utilização de parafusos ou pinos de metal, o que permite que não
haja necessidade de operações de desmantelamento durante a reciclagem.
No que diz respeito à integração de materiais recicláveis na composição
automóvel, que ocorre em componentes que não sofrem quaisquer limitações funcionais
causadas pela utilização dos materiais em causa, ou seja, as peças que não têm
relevância em termos de segurança e que não se encontram directamente visíveis como,
por exemplo, as cavas das rodas, as tampas protectoras e tubagens, sabe-se que cerca de
17% dos plásticos utilizados pela RENAULT, nos modelos Modus, Clio, Twing e
Laguna provêem da reciclagem.
Por outro lado, simples alterações da localização de determinados componentes
podem torná-los menos vulneráveis a riscos de danificação ou destruição em casos de
acidentes, impedindo que estes tenham de ser substituídos, de modo a reduzir a
produção de resíduos.
Em suma, o desenvolvimento da indústria automobilista deve, cada vez mais,
visar a protecção do meio ambiente, para que o crescimento desta indústria não
provoque o aumento excessivo de resíduos e consequente impacte ambiental.
33..22.. MMAATTEERRIIAAIISS EEMM EEXXPPAANNSSÃÃOO
A indústria automóvel, e nomeadamente a parte referente à construção dos
veículos, está em constante desenvolvimento e muito há ainda para ser feito no que toca
a diversos aspectos. Questões como a segurança dos automóveis, os custos inerentes à
fabricação e utilização dos mesmos e as matérias ambientais estão e deverão estar, cada
vez mais, na base da evolução deste ramo. Neste sentido, há que aumentar a eficiência
na construção e no uso das viaturas, enquanto se tem em conta as preocupações
económicas e ambientais que lhes dizem respeito.
Mudanças no que respeita aos materiais que compõem um automóvel estão
constantemente a ocorrer. E há vários factores e propriedades que devem ser levados em
conta: o peso do veículo, a resistência à corrosão e a durabilidade, bem como o
consumo e os gastos de utilização (que se encontra directamente relacionado com o
primeiro). Um carro mais leve necessita de menos combustível comparativamente a um
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
22
outro mais pesado (o peso do veículo é responsável por cerca de 30% do consumo de
combustível) [Cantor 2009], o que conduz, imediatamente, a dois benefícios:
Menos gastos para o utilizador, tendo também reflexos na economia global;
Redução da emissão de gases nocivos para a atmosfera.
Assim, a redução da massa total é um importante factor e que merecerá cada vez
mais atenção por parte das construtoras automóveis.
Por outro lado, a escolha de materiais mais leves provavelmente implicará uma
menor resistência da estrutura do carro. Esse aspecto porá em causa a segurança do(s)
passageiro(s), condição que não pode nunca ser ameaçada. Existe, então, uma
necessidade de encontrar um equilíbrio, ou seja um ou mais materiais que sejam
simultaneamente leves e resistentes, contribuindo para a melhoria da performance
mantendo a segurança do utilizador. Esse é um assunto que durante anos será alvo de
investigação. Actualmente, são cada vez mais utilizados os chamados High Strenght
Steels, metais em desenvolvimento que têm um menor custo, mas, no entanto, têm uma
performance muito boa, mesmo em caso de colisões, sendo muito resistentes quer ao
choque, quer à corrosão, e que, ainda, permitem reduzir substancialmente o peso da
viatura. Possuem também óptima formabilidade, o que admite a sua utilização em peças
e componentes de maior complexidade [TheFabricator 2005].
Outro material em evidente expansão na construção automóvel é o alumínio.
Este metal consegue juntar um conjunto de factores que o tornam atractivo: é leve (uma
estrutura de alumínio pode ter cerca de menos 40kg do que uma estrutura comum),
consideravelmente resistente, existe em relativa abundância e não é muito dispendioso
e, para além destas vantagens, é reciclável. Neste contexto, estudos e investigações
acerca da aplicação de outros metais (como o magnésio, que pela sua baixa densidade,
poderá contribuir para a redução do peso do veículo) [Cantor 2009] a componentes
automóveis estão continuamente a ser desenvolvidos.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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A investigação e a utilização de diferentes metais constituem importantes
aspectos no que toca ao futuro da indústria automóvel e, nesse sentido, iremos com
certeza assistir a uma rápida, mas nunca completa, evolução neste campo.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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44.. CCOONNCCLLUUSSÕÕEESS
Como seria de esperar antes do início do processo de pesquisa para o presente
relatório, veio-se a comprovar que grande parte dos materiais existentes num
automóvel é metálica. Estes constituintes metálicos estão espalhados pelos diversos
componentes do automóvel, desde o motor ao chamado body-in-white, passando por
quase todo o tipo de engenhos que fazem um veículo funcionar. O aço é o metal mais
utilizado para o efeito, mas tem vindo a perder espaço para outros mais leves e que
trazem mais benefícios, como é o caso dos High Strenght Steel (HSS) e dos alumínios.
Um dos grandes objectivos dos produtores de automóveis é tornar os carros e
os respectivos componentes mais leves, mais eficientes e menos poluentes. Estes alvos
podem ser atingidos através da utilização de materiais mais vantajosos (casos dos
metais previamente referidos) em relação àqueles que são efectivamente usados.
Nesse sentido, estão continuamente a decorrer estudos e investigações, de forma a
encontrar novas soluções ou desenvolver materiais, de modo a que estes constituam
uma evolução no fabrico de automóveis.
A utilização de materiais mais leves reduz os gastos de combustível, factor que
tem influência directa quer a nível económico, quer a nível ambiental.
As preocupações relativas a este último ponto estão, actualmente, no centro
das atenções, havendo o objectivo de reduzir as emissões de gases e permitir a
reciclagem dos materiais/metais usados na construção dos automóveis. Nesse
contexto, a indústria automóvel teve de sofrer continuamente um processo de
adaptação ao panorama ambiental e social.
Na base da formação e produção dos componentes estão processos como a
fundição, forjamento, conformação plástica e maquinagem, que são essenciais para
ser possível a obtenção das características que se deseja aplicar aos metais.
Para finalizar, resta referir que o tema não é simples, pelo que a pesquisa de
informação relativa ao mesmo não é, de todo, um processo fácil e acaba por consumir
uma boa parte do tempo que desejamos dedicar à elaboração do projecto. Quanto à
Unidade Curricular Projecto FEUP, despertou sempre o nosso interesse, bem como
facilitou em muito o processo de adaptação a uma nova realidade. Permitiu
desenvolver capacidades como a elaboração de relatórios, posters ou mesmo a
apresentação do projecto, ao mesmo tempo que nos obrigou a trabalhar as ditas soft-
skills, promovendo o trabalho de grupo e o relacionamento com pessoas, inicialmente,
completamente desconhecidas.
Materiais usados na concepção de um automóvel
Projecto FEUP
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