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http://hdl.handle.net/10773/34360
Título: | Estudo da implementação de tanques em plástico reforçado com fibra de vidro em viaturas de combate a incêndios |
Autor: | Carvalho, João Pedro Silva |
Orientador: | Morais, Alfredo Manuel Balacó de Oliveira, Ricardo Machado da Jacinto Marques de |
Palavras-chave: | Aço inox AISI 316L Compósitos de matriz polimérica Veículos de combate a incêndio Tanques de água Compósitos reforçados com fibra de vidro GRP |
Data de Defesa: | 29-Jun-2022 |
Resumo: | Este trabalho teve por enquadramento um Estágio realizado
na empresa Jacinto Marques de Oliveira, que fabrica
atualmente tanques de água de veículos de combate a
incêndio em aço inoxidável. O principal objetivo proposto
consistiu no estudo da substituição do aço inoxidável por um
material compósito de matriz polimérica, solução que tem
vindo a ser adotada por vários fabricantes internacionais no
sentido de reduzir peso e custos.
Procedeu-se inicialmente a uma pesquisa bibliográfica sobre
as normas relativas aos veículos de combate a incêndio, com
ênfase nos requisitos impostos aos tanques de água.
Seguidamente, identificaram-se os principais fabricantes
nacionais e internacionais, as várias categorias de veículos
usados, e as soluções existentes para tanques de água ao
nível dos materiais, processos de fabrico e montagem nos
veículos. A pesquisa realizada confirmou o uso crescente de
polímeros e compósitos de matriz polimérica nos tanques de
água, e permitiu saber quais os polímeros e fibras com as
propriedades mecânicas e durabilidade mais adequadas a
esta aplicação.
Seguidamente, selecionou-se o tanque de um veículo
atualmente fabricado pela empresa Jacinto Marques de
Oliveira em aço inoxidável para desenvolver e comparar um
projeto alternativo em material compósito de matriz polimérica.
Face à pesquisa efetuada, optou-se por um polipropileno
copolímero reforçado com fibra de vidro para este projeto. A
informação obtida junto de fabricantes indicou as espessuras
das chapas a usar neste novo material, que são
substancialmente superiores às das chapas de aço. Por outro
lado, procurou-se preservar as restantes formas e dimensões
externas.
Usando um software de modelação 3D, procedeu-se ao
desenho do tanque, incluindo acessórios e ligações ao veículo.
A resistência mecânica e rigidez foram avaliadas através de
simulações por elementos finitos. Seguido uma metodologia
proposta em estudos publicados, consideraram-se vários
casos de solicitação envolvendo as cargas associadas à
movimentação da água no tanque provocada em diversas
situações de circulação do veículo. Neste estudo tomaram-se
por referências as tensões e deslocamentos no tanque de aço, que foi também modelado, bem como alguns valores limite
sugeridos em estudos publicados. As análises por elementos
finitos mostraram serem necessários alguns reforços locais,
mas, globalmente, permitiram confirmar uma diminuição de
peso de cerca de 40% relativamente ao tanque de aço
inoxidável.
Finalmente, fez-se uma análise comparativa a nível de custos,
suportada por dados da empresa e por orçamentos obtidos de
fornecedores. Face às incertezas nos custos de fabrico neste
novo material, a comparação cingiu-se aos custos de
materiais, tendo-se atingido uma redução de cerca de 15%
nesta categoria.
Por conseguinte, este estudo confirma as vantagens da
utilização de compósitos de matriz polimérica nos tanques de
água de veículos de combate a incêndio. As vantagens
poderão até ser mais significativas mediante melhorias no
projeto e reduções dos custos de aquisição de materiais. This work was based on an internship carried out at Jacinto Marques de Oliveira, which currently manufactures stainlesssteel water tanks fire fighting vehicles. The main objective proposed was the study of the replacement of stainless steel by a polymer matrix composite material, a solution that has been adopted by several international manufacturers to reduce weight and costs. Bibliographical research was initially carried out on the rules on firefighting vehicles, with emphasis on the requirements imposed on water tanks. Next, the main national and international manufacturers, the various categories of used vehicles, and the existing solutions for water tanks in terms of materials, manufacturing processes and assembly in vehicles were identified. The research confirmed the growing use of polymers and polymer matrix composites in water tanks and allowed us to know which polymers and fibers have the most appropriate mechanical properties and durability for this application Subsequently, the tank of a vehicle currently manufactured by Jacinto Marques de Oliveira in stainless steel was selected to develop and compare an alternative design in polymer matrix composite material. In view of the research, we opted for a polypropylene copolymer reinforced with fiberglass for this project. The information obtained from manufacturers indicated the thickness of the plates to be used in this new material, which are substantially higher than those of the steel plates. On the other hand, we tried to preserve the other external shapes and dimensions. Using 3D modeling software, the tank was designed, including accessories and connections to the vehicle. Mechanical strength and stiffness were evaluated by finite element simulations. Following a methodology proposed in published studies, several cases of request involving the loads associated with the movement of water in the tank caused in various situations of vehicle circulation were considered. In this study, the stresses and displacements in the steel tank, which was also modelled, as well as some limit values suggested in published studies were used. Finite element analyses showed that some local reinforcements were needed, but overall, they confirmed a weight reduction of about 40% compared to the stainless-steel tank. Finally, a comparative cost analysis was made, supported by company data and budgets obtained from suppliers. In view of the uncertainties in the manufacturing costs of this new material, the comparison was based on material costs and a reduction of around 15% in this category was achieved. Therefore, this study confirms the advantages of using polymer matrix composites in water tanks of fire fighting vehicles. The advantages may even be more significant through design improvements and reductions in material acquisition costs. |
URI: | http://hdl.handle.net/10773/34360 |
Aparece nas coleções: | UA - Dissertações de mestrado DEM - Dissertações de mestrado |
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