Materiais porosos: Quando o nada serve para muita coisa

Por Cristiano Binder                                                                                                                        Lab. de Materiais – Dpto. de Engenharia Mecânica – UFSC

Cristiano - imagemAo projetar e construir um equipamento, sempre pensamos na resistência dos materiais utilizados. Quando pensamos em um carro, uma casa, um avião, uma ponte, possíveis defeitos nos materiais utilizados na sua construção remetem, imediatamente, a algo ruim. Mas e quando estes “defeitos” são partes projetadas para funções específicas, gerando grande melhoria em características funcionaisde máquinas? Um grupo desses ditos “defeitos” são vazios no interior do material, denominados poros. Estes poros possibilitam inúmeras melhorias e funções específicas em máquinas e equipamentos.

Materiais porosos são materiais que possuem espaços vazios funcionais, chamados de poros ou células, distribuídos regularmente no interior da matriz. Em relação ao tipo de poros, podem ser divididos em materiais com poros fechados, usados como suporte estrutural, ou poros abertos, que encontram aplicação principalmente onde o transporte de fluidos é necessário, como na filtragem, suporte de catalisadores, isolamento térmico e acústico, depósito de lubrificante, entre outros [1]. Um exemplo comum de uso de material poroso é uma esponja para banho. Ela apresenta uma grande quantidade de poros, mas a matriz do material (parte não porosa) é produzida em polímero que não apresenta resistência mecânica adequada para fabricar peças estruturais de máquinas e equipamentos. Para essas aplicações de maior solicitação mecânica, a parte sólida é normalmente fabricada em metais ou cerâmicas.

No dia a dia, estamos utilizando em grande escala diversos materiais porosos; por exemplo, em eletrodomésticos (liquidificadores, batedeiras, furadeiras) utilizamos buchas porosas cheias de óleo para evitar o desgaste prematuro desses equipamentos. Em automóveis, já estão sendo utilizados materiais porosos com a função de absorver parte da energia causada pela colisão com outro corpo. Em satélites, são utilizadas bombas capilares (tubos porosos) para realizar o resfriamento do equipamento, sendo esse, por sinal, o mesmo princípio que as plantas utilizam para movimentar líquidos no seu interior.

Uma das aplicações mais recentes é a utilização de materiais porosos para absorção acústica. A preocupação com a amenização de ruído em eletrodomésticos, equipamentos e máquinas industriais, automóveis e aviões, vem crescendo não só devido à necessidade de se aumentar o conforto do consumidor/operador, mas também devido ao estabelecimento de normas e portarias pelos órgãos de regulamentação que definem limites mais severos aos níveis de ruído admissíveis para cada tipo de ambiente específico. Isto leva à necessidade do desenvolvimento de novos materiais e componentes com a função específica de absorver ruído [1].

Materiais porosos usados em controle de ruído são constituídos basicamente de duas fases: a fase sólida (estrutura) e a fluida (fluido contido no interior dos poros). A dissipação da energia sonora ocorre através da interação entre as duas fases, havendo a conversão da energia sonora em calor.

Existem algumas formas de produzir poros em materiais metálicos e cerâmicos. Uma forma simples é utilizar pós destes materiais misturados ao sal, também em pó. Após misturar estes componentes, eles são compactados para dar a forma desejada e, na sequência, é realizado o aquecimento do compactado para que as partículas de metal ou cerâmica se unam dando resistência mecânica ao componente. Após essa etapa, a peça é imersa em água que dissolve o sal, produzindo a porosidade no material. Controlando o tamanho, forma e quantidade de partículas de sal, conseguimos controlar o diâmetro, o formato e a quantidade de poros. Com este processo é possível obter peças e componentes com até 60% de poros. Esses materiais conseguem absorver até 25 decibeis, o que corresponde à metade do ruído gerado por um aspirador de pó e quase a totalidade do ruído de uma geladeira.

Para saber mais:

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