Projete uma tira bimetálica simples para acionar um contato: comprimento L = 0,100 m, camadas de aço (a1 =…

Questão

Projete uma tira bimetálica simples para acionar um contato: comprimento L = 0,100 m, camadas de aço (a1 = 1,20×10^-5 °C^-1) e latão (a2 = 1,90×10^-5 °C^-1). Se a temperatura aumentar ?T = 40 °C, estime a diferença de alongamento ?L entre as camadas e avalie se esse ?L basta para fechar uma folga de 2,0 mm. Indique modificações de projeto e tecnologias digitais que auxiliem a prototipagem.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Cálculo: ?L = L·(a2-a1)·?T. Com L=0,100 m, a2-a1=0,7×10^-5 °C^-1 e ?T=40 °C: ?L = 0,100·0,7e-5·40 = 2,8×10^-5 m = 0,028 mm. Comparação: 0,028 mm << 2,0 mm, logo não fecha a folga. Recomendações: aumentar L ou ?T; escolher materiais com maior diferença de coeficientes (ex.: alumínio a˜23×10^-6 versus aço 12×10^-6); usar mecanismo de alavanca para amplificar deslocamento; prever pré-curvatura ou espessuras assimétricas. Tecnologias digitais: modelar curvatura e deslocamento em planilha e em software FEM (ex.: CalculiX, Code_Aster) e iterar projeto antes da prototipagem física. Forneça unidades SI em todos os cálculos.

Explicação

O cálculo da diferença de alongamento entre as camadas é feito utilizando a fórmula que relaciona o comprimento, a diferença dos coeficientes de dilatação e a variação de temperatura, resultando em um valor que é comparado com a folga desejada. A análise mostra que o deslocamento gerado é insuficiente para fechar a folga, indicando a necessidade de ajustes no projeto, como a escolha de materiais com maior diferença de dilatação ou a utilização de mecanismos que amplifiquem o movimento. As tecnologias digitais propostas permitem simular e otimizar o projeto antes da construção física, aumentando a eficiência do processo de prototipagem.

Raio-X da questão

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