Quais são os critérios a serem considerados para se efetuar a seleção de um material para a fabricação de um cilindro de gás?

Cilindros de alta pressão, tecnicamente falando, são recipientes utilizados para o armazenamento de gases monofásicos ou bifásicos, de pressões de serviço até 300 bar, fabricados a partir de tubo de aço carbono sem costura, com capacidade volumétrica de 1 à 150 litros de água.

Existem alguns quesitos importantes a respeito dos cilindros de alta pressão que é muito importante ter conhecimento.

1. O cilindro pode ser abastecido a uma pressão acima de 220 bar?

Jamais abasteça com pressão acima de 220 bar (22 Mpa), pois esta é a pressão de abastecimento máxima permitida pela Portaria nº 32 de 06/03/01 da ANP (Agência Nacional de Petróleo). A pressão máxima de serviço do cilindro é à 21ºC, na qual o gás fica estabilizado (220 bar). Abastecer à pressões superiores a 220 bar pode reduzir a vida útil do cilindro e do restante dos componentes do kit de conversão.

2. Como valvular um cilindro?

• Coloque a válvula no cilindro, rosqueando-se manualmente até atingir o ‘’aperto manual’’. As mãos devem estar, sempre, protegidas com luvas e deve-se contar o número de voltar até o aperto;
• Retire a válvula e coloque fira veda-rosca em sua rosca em um total de 7 a 8 voltas, no sentido horário;
• Rosqueie a válvula novamente no cilindro, contando o número de voltar até conseguir o aperto.
• Aperte a válvula com chave em um total de 3 voltas.

A valvulação, realizada desta maneira, deve dar um torque de, aproximadamente, 150 N.M., conforme NBR 11353-1: Veículos rodoviários – Instalação de gás metano veicular (GMV) Revisão: dez 1999

3. Qual o material indicado para valvulação do cilindro?

Fita veda-rosca é o material mais indicado para valvulação de cilindros, pois funciona como lubrificante neste processo de valvulação. O teflon líquido pode ser utilizado, também, porém deve ser obedecido as instruções de tempo de cura conforme definido pelo fabricante. Graxa, barbante ou qualquer outro material são desaconselháveis no processo.

4. O gás pode ser transferido de um cilindro para o outro?

Não. Este é um processo que envolve alto risco. Sem o equipamento adequado para a depressurização, nunca tente retirar o gás de um cilindro. O cilindro deve ser manuseado por pessoas tecnicamente treinadas.

5. Caso o cilindro seja exposto a chama, o que fazer?

Não reutilize-o e destrua-o. A exposição do cilindro a qualquer fonte de calor excessivo deve ser evitada, pois sofrem alterações em suas características quanto à resistência, tornando-os frágeis. Leia o Manual do Cilindro e o adesivo fixado sobre o corpo do mesmo, pois as instruções descritas são de suma importância e referem-se à segurança e preservação do patrimônio.

6. Em casos de incêndio, o que fazer?

Afaste-se até um distância mínima de 50 metros e ligue para o Corpo de Bombeiros, o qual deverá ser informado que seu veículo é movido á GNV (Gás Natural Veicular)

7. Outros tipos de gases podem ser carregados no cilindro?

Não. Comportamentos de gases variam. Alguns são corrosivos, podendo danificar os cilindros internamente, provocar trincas etc. O cilindro foi desenvolvido especificamente para GNV.

8. Onde deve ser realizada a conversão do veículo para GNV?

Somente empresas registradas pelo Inmetro e capacitadas a efetuar um bom trabalho que garanta segurança e economia podem realizar instalações e remoções. O usuário não deve permitir que outras pessoas não habilitadas lidem com o equipamento. Caso seja necessário a remoção do cilindro, deve-se despressurizar o mesmo totalmente.

9. Por que o cilindro esquenta durante o abastecimento no posto?

Não se assuste, isto é normal. Esta ocorrência deve-se à compressão das moléculas do GNV durante o abastecimento, causando atrito entre as mesmas e consequentemente calor, que irá se refletir na parede do cilindro.

10. Caso haja vazamentos de qualquer natureza, o que fazer?

Feche, imediatamente, a válvula do cilindro e encaminhe o veículo para uma convertedora registrada pelo Inmetro.

A seleção de materiais abrange todo o processo de determinação das propriedades que serão solicitadas durante determinada aplicação, até elencar todos os materiais que cumpram com os requisitos mínimos para o uso, além de muitas levar em consideração custo, logística, produção e perspectivas do mercado. Resumindo, é o processo que escolherá qual material é o melhor para uma aplicação.

A seleção de um material adequado é de suma importância para o desenvolvimento de um projeto, e o bom desempenho do produto final depende desta etapa. A grande dificuldade a ser vencida em uma seleção é encontrar, de forma organizada, todas as características importantes em um material para concepção de um produto.

E quais são os objetivos de uma seleção de materiais?

• Redução de custos: escolha de materiais mais baratos (ou que possibilitam economia em outros componentes) que desempenham sua função de maneira satisfatória em comparação ao material antes utilizado – ex: substituição de peças metálicas por peças poliméricas na indústria aeronáutica;
• Novas condições de aplicação, sendo a principal alteração, a de magnitudes de pressão ou temperatura em que a peça está submetida;
• Exigências da sociedade, como o consumo de energia elétrica, preocupação com a sustentabilidade do processo, design, durabilidade;
• Determinação do desempenho do produto final baseado em propriedades físicas, químicas, mecânicas, térmicas ou óticas dos materiais que o compuseram.

Como fazer?

O primeiro passo é a chamada Tradução. Sabendo qual será a aplicação do produto, é necessário compreender a função que o material terá que desempenhar. Listam-se as restrições, características essenciais e inegociáveis. Além disso, determinam-se os objetivos – o que é interessante ser maximizado ou minimizado.

A partir dessas informações, os materiais que não cumprem os requisitos são descartados na Triagem. Com os materiais restantes, entramos na etapa de Classificação, que constitui em elaborar um ranking dos concorrentes de acordo com o objetivo estabelecido ou de índices de mérito, como custo e fornecedores.

Diagrama das classes de materiais. Densidade x Módulo de elasticidade

Por fim, chegamos na etapa de Documentação, onde avalia-se os históricos de aplicação e utilização dos materiais cotados.

Para facilitar o entendimento das etapas e do pensamento por trás da seleção de materiais, vamos exemplificar.

Imagine que você é responsável por escolher o material que será utilizado no visor de proteção de um capacete policial (‘face shield’).

A função do componente é fornecer o máximo de proteção possível, logo, seu objetivo é ser o mais resistente ao impacto possível. As restrições do design do visor são: ser transparente e capaz de ser moldado, já que será aplicado em um componente que apresenta curvatura.

Após realizar a Tradução, os materiais que não cumprem a função serão descartados na Triagem. A partir daí, será feita a Classificação dos materiais que apresentam os requisitos de acordo com sua resistência à fratura (tenacidade). Materiais bem cotados para essa aplicação seriam policarbonato, acetato de celulose e acrílico.

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Então, analisa-se o histórico de aplicação dos materiais em lentes e visores focados em resistência. Os três materiais costumam ser utilizados, logo buscaria o mais resistente (policarbonato). Destaca-se que outras variáveis podem interferir na escolha final, como preço, disponibilidade de fornecedores, processamento etc.

É curioso pensar que os protetores utilizados em ‘face shield’ de profissionais de saúde não compartilham do mesmo objetivo em relação ao exemplo citado, mesmo tendo as mesmas restrições. Portanto, o processo de seleção levaria em consideração outros fatores, como custo, visto que é um equipamento produzido em massa no momento.

A importância da seleção de materiais na indústria

Além de otimizar processos, possibilitar redução de custos e adequar o produto de acordo com as necessidades exigidas, a seleção de materiais também é essencial na construção de projetos em que falhas podem ser fatais.

Como exemplo temos o caso da Liberty Ships, produtora de navios durante a Segunda Guerra Mundial. Devido a um baixo investimento em pesquisa e prazos curtos para a produção, a solda utilizada continha um alto nível de impurezas. Esse fator junto as baixas temperaturas dos oceanos, prejudicou a ductilidade das peças, levando ao naufrágio de diversas embarcações e um prejuízo extremo. Percebe-se que o erro na Tradução (fatores do ambiente não foram levados em consideração para a determinação das restrições) resultaram em uma escolha de material inadequada.

Outro caso em que a seleção de materiais pode impactar no avanço da indústria, é no estudo de novos materiais que cumpram as funções exigidas por classes de materiais que apresentam escassez ou custo elevado, como é o caso de metais raros, que também estão associados a problemas ambientais devido aos impactos da mineração

Por fim, o engenheiro de materiais deve ser capacitado para aliar as propriedades que garantam um elevado desempenho, ao mesmo tempo em que mantém preços competitivos para o cliente.

O Departamento de Engenharia de Materiais da UFSCar é o maior da América Latina e contém laboratórios de excelência e um corpo docente especializado. Tudo à disposição da Materiais Júnior, permitindo que realizemos projetos de seleção de materiais de qualidade.

Quais os principais critérios para a seleção de materiais?

Como os materiais são selecionados?

Como o engenheiro pode fazer a seleção do melhor material com base na caracterização fornecida pelo estudo dessa ciência?

Por que e importante escolher o material certo para cada coisa?