DESENVOLVIMENTO DE UMAEMBALAGEM SUSTENTÁVEL by Design Unifoa

FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA CURSO DE GRADUAÇÃO EM DESIGN TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

EDUARDA FERREIRA CERQUEIRA

REDESIGN DA TAMPA DO PORTA-LUVAS DO MODELO FOX UTILIZANDO MATERIAIS SUSTENTÁVEIS

VOLTA REDONDA 2011

FUNDAÇÃO OSWALDO ARANHA CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VOLTA REDONDA CURSO DE GRADUAÇÃO EM DESIGN TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

REDESIGN DA TAMPA DO PORTA-LUVAS DO MODELO FOX UTILIZANDO MATERIAIS SUSTENTÁVEIS

Trabalho

Conclusão

Curso

apresentado ao curso de Design do UniFOA como requisito à obtenção do título de bacharel em Design com ênfase Produto. Aluna: Eduarda Ferreira Cerqueira Orientadora: Profª. Drª. Daniella Regina Mulinari

VOLTA REDONDA 2011

FOLHA DE APROVAÇÃO

Eduarda Ferreira Cerqueira

Redesign da tampa do porta-luvas do modelo Fox utilizando materiais sustentáveis

Daniella Regina Mulinari

Banca examinadora:

________________________________________

Dedico este trabalho primeiramente a Deus, pois me ajudou a vencer os obstáculos iluminando meus passos; e aos meus pais pelo esforço, dedicação e compreensão em todos os momentos de minha vida.

Agradeço aos meus pais, minha irmã e toda minha família por compartilharem comigo cada conquista realizada; a todos que caminharam do meu lado ao longo do curso, principalmente meu namorado, que me incentivou em todos os momentos e não me deixou desistir nos momentos de fraqueza;

minha

orientadora

que

sempre acreditou em mim e nos meus sonhos; aos meus amigos, que fizeram com

que

lembranças

ficassem

especiais; e a cada professor que me acompanhou por todo este ciclo de conhecimento e

maturidade, obrigada

pela paciência e dedicação de cada um de vocês.

RESUMO

O processo de globalização da indústria automobilística trouxe grandes oportunidades para a difusão de novos materiais e têm incentivado pesquisas para produzir “veículos verdes”. Dessa tomada de consciência ambiental surgiu o conceito de desenvolvimento sustentável e o Ecodesign. Portanto, o objetivo principal deste projeto foi redesenhar a tampa do porta-luvas do carro Fox e inserir materiais sustentáveis a partir de um compósito polimérico reforçado com fibras naturais, visando comercializar veículos que consumam menos combustíveis e emitam menos poluentes, que sejam mais leves e tenham menor impacto ambiental ao longo do seu ciclo de vida.

Palavras-Chave: Ecodesign; porta-luvas; compósito; fibras naturais.

ABSTRACT

The globalization process of the auto industry has brought great opportunities for the dissemination of new materials and have encouraged research to produce "green cars". This environmental awareness came the concept of sustainable development and ecodesign. Therefore, the main objective of this project was to redesign the lid of the glove compartment of the Fox car and enter sustainable materials from a polymer composite reinforced with natural fibers, in order to sell vehicles that use less fuel and emit fewer pollutants, which are lighter and have less environmental impact over its life cycle.

Keywords: Ecodesign, glove compartment, composite, natural fibers.

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ................................................................................................... 14

OBJETIVO ......................................................................................................... 16 2.1 Gerais.................................................................................................... 16 2.2 Específicos ............................................................................................ 16 2.3 Operacionais ......................................................................................... 16

JUSTIFICATIVA ................................................................................................. 18

PROBLEMATIZAÇÃO ........................................................................................ 20

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................... 21 5.1 Sustentabilidade .................................................................................... 21 5.2 Ecodesign ............................................................................................. 21 5.3 Compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais ....................... 22 5.4 Fibras naturais....................................................................................... 25 5.5 Bagaço de cana-de-açúcar ................................................................... 27 5.6 Matrizes Poliméricas ............................................................................. 28 5.7 História do plástico automotivo.............................................................. 29 5.8 Classificações dos plásticos automotivos ............................................. 30 5.9 Polipropileno.......................................................................................... 31 5.10 Funções dos produtos industriais ........................................................ 32 5.11 A história do automóvel ....................................................................... 33 5.12 O Automóvel no Brasil ......................................................................... 35 5.13 O mercado do automóvel .................................................................... 36 5.14 História do Fox .................................................................................... 40 5.15 Porta-luvas do carro FOX.................................................................... 40 5.15.1 Tampa do porta-luvas do carro FOX ............................................ 41 5.16 Processo de Produção do Porta-luvas ................................................ 44 5.17 Custo ................................................................................................... 45 5.18 Aspectos ergonômicos ........................................................................ 45 5.18.1 Análise da tarefa ........................................................................... 46 5.18.2 Requisitos projetuais .................................................................... 49 5.19 Análise de similares ............................................................................ 50

5.19.1 Porta luvas de carros populares da Volkswagen .......................... 50 5.19.2 Porta-luvas de carros populares da Fiat ....................................... 51 5.19.3 Porta-luvas de carros populares da Peugeot ................................ 53 5.19.4 Similares de porta-óculos ............................................................. 55 5.19.5 Similares de pegas ....................................................................... 56 5.19.6 Similares de porta-moeda ............................................................. 56 5.19.7 Similares de porta-cartão .............................................................. 57 6

ANÁLISE DE DADOS ........................................................................................ 58 6.1 Sustentabilidade e Ecodesign ............................................................... 58 6.2 Compósito polimérico reforçado com fibras do bagaço da cana de açúcar .................................................................................................................... 58 6.3 Aspectos ergonômicos .......................................................................... 59 6.4 Porta-luvas do carro Fox ....................................................................... 59

SÍNTESE ............................................................................................................ 60 7.1 Objetivo ................................................................................................. 60 7.2 Características ...................................................................................... 61

METODOLOGIA................................................................................................. 62 8.1 Formulação ........................................................................................... 63 8.2 Desenvolvimento do Material ................................................................ 64 8.2.1 Preparação e modificação das fibras provenientes do bagaço de cana ................................................................................................................... 64 8.2.2 Obtenção dos compósitos .................................................................. 65 8.3 Análise do Material ................................................................................ 67 8.3.1 Ensaio mecânico de Tração ........................................................... 67 8.3.2 Ensaio mecânicos de Impacto ........................................................ 69 8.3.3 Ensaio mecânico de Flexão ............................................................ 70 8.3.4 Microestrutura dos materiais........................................................... 70 8.4 Geração de Alternativas ........................................................................ 72 8.4.1 Desenvolvimento ............................................................................ 72 8.4.2 Análise de Alternativas ................................................................... 77 8.4.3 Escolhas de Alternativa .................................................................. 78 8.5 Detalhamento Técnico da Alternativa Escolhida ................................... 79

8.5.1 Materiais Escolhidos ....................................................................... 79 8.5.2 Acabamento.................................................................................... 80 8.5.3 Custo com a fibra do bagaço de cana-de-açúcar ........................... 81 8.5.4 Dimensões ...................................................................................... 82 8.5.5 Mecanismo de abertura .................................................................. 82 8.6 Desenho Técnico .................................................................................. 84 8.7 Rendering .............................................................................................. 84 9 10

CONCLUSÃO .................................................................................................... 87 REFERÊNCIAS .............................................................................................. 88

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - BMW série e as fibras naturais. ................................................................ 24 Figura 2 – Estrutura da Fibra..................................................................................... 26 Figura 3 - Primeiro automóvel criado por Benz. ........................................................ 33 Figura 4 - Primeiro automóvel produzido em série. ................................................... 34 Figura 5 – CLIO. ........................................................................................................ 38 Figura 6 - Modelo Fox 2011. ..................................................................................... 39 Figura 7 – Modelo Flex da Ford. ............................................................................... 40 Figura 8 – Porta luvas do carro Fox .......................................................................... 41 Figura 9 – Parte externa da tampa do porta-luvas do carro Fox. .............................. 42 Figura 10 – Vista frontal da parte interna da tampa do porta-luvas do carro Fox. ..... 42 Figura 11 - Perspectiva da parte interna da tampa do porta-luvas do carro Fox. ...... 43 Figura 12 – Sistema de funcionamento de abertura do porta-luvas. ......................... 43 Figura 13 – Sistema para encaixe da tampa do porta-luvas ao painel. ..................... 44 Figura 14 – Vista superior de homem norte-americano percentil 99 com medidas antropométricas......................................................................................................... 47 Figura 15 - Vista superior de mulher norte-americana percentil 1 com medidas antropométricas ......................................................................................................... 48 Figura 16 – Medidas antropométricas das mãos das mulheres. ............................... 49 Figura 17 – Medidas antropométricas das mãos dos homens. ................................. 49 Figura 18 - Porta-luvas do modelo Cross Fox Volks ................................................. 50 Figura 19 - Porta-luvas do modelo Pólo. ................................................................... 51 Figura 20 - Porta-luvas do modelo Gol. ..................................................................... 51 Figura 21 - Porta-luvas do modelo Pálio Fire. ........................................................... 52 Figura 22 - Porta-luvas do modelo Pálio. .................................................................. 52 Figura 23 - Porta-luvas do Modelo Punto. ................................................................. 53 Figura 24 - Porta-luvas do modelo Uno. .................................................................... 53 Figura 25 – Porta-luvas do Modelo 206..................................................................... 54 Figura 26 – Porta-luvas do Modelo Escapade........................................................... 54

Figura 27 – Porta-luvas do modelo 307..................................................................... 55 Figura 28 – Modelos de porta-óculos. ....................................................................... 55 Figura 29- Modelos de pegas. ................................................................................... 56 Figura 30 – Modelos de porta-moeda........................................................................ 57 Figura 32 – Fluxograma do material a ser aplicado .................................................. 62 Figura 33 – Fibras in natura e modificadas. .............................................................. 64 Figura 34 - Homogeneizador de plásticos. ................................................................ 65 Figura 35 – Calandras. .............................................................................................. 66 Figura 36 – Moinho granulador (RONE). ................................................................... 66 Figura 37 – Equipamento para ensaios mecânicos, Injetora Jasot 300/130. ............ 67 Figura 38 - Máquina EMIC utilizada para o ensaio de tração .................................... 68 Figura 39 - Máquina PANTEC utilizada para o ensaio de impacto. ........................... 69 Figura 40 – Porta-luvas do modelo Fox..................................................................... 72 Figura 41 – Porta-luvas de carros da marca Peugeot. .............................................. 73 Figura 43- Caixa morfológica. ................................................................................... 74 Figura 44- Combinação de acessórios 1. .................................................................. 75 Figura 45 – Combinação de acessórios 2. ................................................................ 76 Figura 47 – Porta-moedas da 3ª geração de alternativas. ........................................ 78 Figura 50 – Detalhamento de materiais..................................................................... 80 Figura 51 – Porta-óculos com tela sintética............................................................... 81 Figura 52 – Porta-moeda com tela sintética. ............................................................. 81 Figura 53- Tampa do porta-moedas fechado. ........................................................... 83 Figura 54 – Tampa do porta-moedas aberto. ............................................................ 83 Figura 59 – Rendering da parte externa da tampa do porta-luvas. ........................... 85 Figura 60 – Rendering da parte interna do porta-luvas. ............................................ 86 Figura 55 – Desenho Técnico da tampa do porta-luvas. ........................................... 96 Figura 56 – Desenho Técnico do porta-moedas. ...................................................... 97 Figura 57 – Desenho Técnico do Porta-óculos. ........................................................ 98 Figura 58 – Referência a itens na tampa do porta-luvas. .......................................... 99

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Comparação entre fibras naturais e as fibras de vidro ............................. 23 Tabela 2 - Os materiais poliméricos e suas aplicações............................................. 31 Tabela 3 - Descrição dos compósitos de PP reforçados com fibras deslignificadas provenientes do bagaço de cana. ............................................................................. 67 Tabela 4 – Resultados do ensaio de tração. ............................................................. 68 Tabela 5 – Resultados do ensaio de impacto............................................................ 70 Tabela 6 – Resultados do ensaio de flexão. ............................................................. 70

ANEXOS

Anexo 1 ...........................................................................................................96

INTRODUÇÃO

O processo de globalização da indústria automobilística trouxe grandes oportunidades para a difusão de novos materiais e têm incentivado pesquisas para produzir “veículos verdes”, onde todo o ciclo de vida do produto é planejado e gerenciado de forma a evitar qualquer impacto ambiental (MULINARI, 2009). A preservação do meio ambiente é hoje uma das grandes questões globais. Dessa tomada de consciência ambiental surgiu o conceito de desenvolvimento sustentável, que, na indústria automobilística vem associando a gestão ambiental à qualidade e a competitividade do automóvel. Hoje é certo que o futuro do automóvel e de sua indústria passa, necessariamente, pela capacidade dos fabricantes de reduzir e/ou compensar seus efeitos danosos ao meio ambiente, desde a fabricação de materiais à reciclagem de autopeças e de veículos em seu fim de vida (MULINARI, 2009). Segundo Medina e Gomes (2003), qualquer busca de solução deverá partir das características básicas do problema automóvel versus meio ambiente, como: grande volume de resíduos que o automóvel representa; grande diversidade de materiais presentes em seus componentes; toxidade de alguns elementos químicos desses componentes; extensão e globalização de sua cadeia produtiva; crescimento mundial de seu mercado consumidor; e rápida evolução recente de suas tecnologias e de seus materiais. Então, buscando opções para substituir insumos sintéticos, a indústria automobilística tem desenvolvido pesquisas com utilização de recursos renováveis, como as fibras naturais. Tais fibras já são utilizadas na fabricação de peças de automóveis proporcionando qualidade e bem estar ao usuário (LUZ, 2008). Dentre suas formas de aplicação estão o uso no enchimento de bancos e encostos de cabeça, laterais e painéis de portas, painel de instrumentos, canal de ar, revestimento do teto, caixa de rodas e outros. Para tais aplicações são utilizados o bagaço de cana, sisal, juta, curauá, fibra de coco entre outras (MULINARI, 2009). Além disso, os resíduos dessas fibras são gerados em grande quantidade e a proposta de utilização, como por exemplo, do bagaço de cana-de-açúcar, é muito interessante. A fibra de bagaço de cana possui relativa vantagem com relação à

abundância e custo, já que é um produto secundário das indústrias açucareiras e usinas de álcool. Leão (1998) produziu uma peça feita inteiramente de polipropileno e uma peça feita a partir de uma mistura de 50% de polipropileno e 50% de bagaço de cana e verificou uma redução de 40% no custo. Além disso, o material pôde ser reciclado 9 vezes e as novas peças foram mais leves. O compósito polimérico reforçado com fibras naturais é um material interessante, por ser altamente eficiente e, principalmente, por não poluir o ambiente de trabalho. Além disso, a ISO 14000 dá a esses compósitos a chance de serem considerados não somente como uma alternativa isolada, mas também uma estratégia para reduzir problemas ambientais. O atual carro FOX apresenta um porta-luvas simples, apesar de seu espaço amplo não possui acessórios suficientes para se adequar ao restante do carro em relação ao conforto para o consumidor. Portanto, o objetivo principal deste projeto foi redesenhar a tampa do portaluvas do carro Fox utilizando compósito polimérico reforçado com fibras naturais, a fim de comercializar veículos que consumam menos combustíveis e emitam menos poluentes, que sejam mais leves e tenham menor impacto ambiental ao longo do seu ciclo de vida, além de diminuir o custo consideravelmente do porta-luvas do carro.

OBJETIVO

2.1 Gerais

O objetivo deste projeto foi redesenhar a tampa do porta-luvas do carro Fox da marca Volkswagen; modificar a parte interna, inserindo alguns itens como portacopo e porta-óculos, e revesti-los com um material compósito polimérico reforçado com fibras do bagaço de cana-de-açúcar, a fim de utilizar como principal ferramenta o ecodesign.

2.2 Específicos

- Desenvolver e avaliar compósitos poliméricos reforçados com fibras de celulose provenientes do bagaço de cana-de-açúcar; - Redesenhar a tampa do porta-luvas do carro Fox; - Aplicar conceitos ergonômicos; - Aplicar conceitos de Ecodesign;

2.3 Operacionais

- Levantar dados sobre sustentabilidade - Levantar dados sobre Ecodesign - Levantar dados sobre compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais - Levantar dados sobre fibras naturais - Levantar dados sobre bagaço de cana-de-açúcar - Levantar dados sobre plásticos - Levantar dados sobre funções dos produtos industriais; - Levantar dados sobre a história do automóvel; - Levantar dados sobre o mercado do automóvel; - Levantar dados sobre o processo de produção do porta-luvas; - Levantar dados sobre o custo do porta-luvas;

- Levantar dados sobre os aspectos ergonômicos; - Realizar uma análise de similares; - Síntese; - Desenvolver material; - Analisar o Material compósito; - Desenvolver novo porta-luvas; - Desenvolver desenho-técnico; - Desenvolver protótipo.

JUSTIFICATIVA

Há algum tempo são visíveis no planeta acontecimentos catastróficos em decorrência do impacto ambiental. Vários estudos direcionam para as causas humanas, pela evolução da ciência e pelo lançamento de tecnologias em busca do conforto no homem. Apesar das perspectivas de avanços na melhoria do ecossistema, ainda há muito a fazer. Existem legislações que obrigam as indústrias a estudarem melhor o emprego dos recursos para a redução do impacto ambiental (MARINELI, 2008). Um exemplo disso são as indústrias automotivas que têm sido pressionadas a reduzir o peso dos componentes de seus veículos. A aceitação ambiental de um produto é a marca do novo século, e as questões como reciclabilidade, toxicidade dos materiais e menor consumo global de energia passaram a fazer parte da estratégia competitiva das empresas e a integrar o projeto de produtos desde o design e da seleção dos materiais (NAVEIRO; PACHECO; MEDINA, 2005). Com isso, não só as indústrias, mas também a humanidade tende a mudar suas formas de pensamento e de agir, e assim adequando-se às necessidades do planeta. Na área automobilística, há uma crescente preocupação na aplicação de materiais ditos sustentáveis, bem como a redução de peso de materiais. Algumas peças feitas de metais nos automóveis já foram substituídas por polímeros de diferentes tipos, que se adéquam a cada estrutura com resistência similar (MALAGUETA, 2003). Com esta substituição os materiais ficaram mais leves, apresentando uma vantagem se comparado à emissão de gases gerados pela queima de combustível. Com a diminuição do peso do automóvel, o esforço do mesmo será menor e a emissão de gases conseqüentemente diminuirá. Alguns materiais já são aplicados na tentativa da redução de peso dos automóveis, os quais apresentaram uma redução no consumo de combustível (SANTOS, 2006). O uso do polímero puro (PU, PP, PE) na injeção de objetos aplicados na parte interna não é favorável às questões ecológicas exigidas atualmente, pois

dependendo do tipo utilizado aumenta o impacto ambiental, devido ao tempo que levará para ser degradado no meio ambiente. As empresas, de uma maneira geral encaram a reciclagem do plástico injetado como a melhor solução de adequação às leis ambientais. Porém, alguns tipos geram o dobro de energia na produção e são difíceis para a separação de componentes. Torna-se então inviável financeiramente insistir neste recurso (NAVEIRO; PACHECO; MEDINA, 2005). Desta forma, a inserção de fibras naturais em materiais poliméricos tem contribuído para a redução do impacto ambiental. As fibras naturais são materiais abundantes, e, dependendo da fonte de onde são retiradas, se não existir um fim nobre, ou seja, uma forma de utilizá-las, o destino será o lixo (MULINARI, 2009). Portanto, o objetivo deste projeto foi recriar um design da tampa do portaluvas de um carro já existente no mercado utilizando como ferramenta o ecodesign. Foram utilizados compósitos de polipropileno reforçados com fibras de celulose proveniente do bagaço de cana- de- açúcar obtido da proução de bioetanol, diminuindo a quantidade de plástico no automóvel e tornando-o ecologicamente correto. O desenvolvimento do porta-luvas de carros populares partiu do interesse de aumentar o conforto para os consumidores, pois é visível a necessidade da fabricação envolvendo o uso do material compósito em alguns componentes, como é o caso de compartimentos para objetos. Com isso, foi desenvolvido um objeto sustentável, que consuma menos materiais.

PROBLEMATIZAÇÃO

Os veículos consomem uma quantidade excessiva de combustíveis derivados do petróleo. Desta forma as indústrias automotivas são responsáveis em fazer melhorias nos automóveis, por meio do emprego de novas tecnologias e o fornecimento de produtos mais eficientes do ponto de vista do consumo de combustível, assim como a indústria de petróleo busca desenvolver novas fontes de energia como o álcool e o biodiesel (MARINELLI et al., 2008). Assim, tem surgido um grande interesse mundial no desenvolvimento de novas tecnologias que possibilitem a utilização de produtos com menor impacto ambiental, destacando-se o emprego das fibras naturais. Neste contexto os plásticos reforçados com fibras sintéticas têm recebido especial atenção por originarem várias questões que devem ser focalizadas, principalmente a não-biodegradabilidade e a dificuldade de reciclagem, o que acaba por gerar um grande acúmulo deste tipo de material em depósitos, lixões e na própria natureza (MARINELLI et al., 2008). Portanto, o projeto foi destinado a um carro específico com design precário em seus porta-luvas, que necessitam de mais acessórios para o conforto do consumidor, além da preocupação com o material a ser utilizado.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Para

embasar

este

trabalho

realizou-se

uma

consistente

pesquisa

bibliográfica, que inicia com a definição dos principais pontos que serviram para a elaboração do produto.

5.1 Sustentabilidade

A sustentabilidade ambiental é um objetivo a ser atingido e não, uma direção a ser seguida (MANZINI; VEZZOLI, 2008). Em outras palavras, nem tudo que apresenta algumas melhorias em temas ambientais pode ser considerado realmente sustentável. Para ser sustentável, cada proposta apresentada deverá responder aos seguintes requisitos a seguir: 

Basear-se fundamentalmente em recursos renováveis (garantindo ao mesmo tempo a renovação);



Aperfeiçoar o emprego dos recursos não renováveis (compreendidos como o ar, a água e o território);



Não acumular lixo que o ecossistema não seja capaz de renaturalizar (isto é, fazer retornar às substâncias minerais originais e, não menos importante, às suas concentrações originais);



Agir de modo com que cada indivíduo, e cada comunidade das sociedades “ricas”, permaneçam nos limites de seu espaço ambiental e, que cada indivíduo e comunidade das sociedades “pobres” possam efetivamente gozar do espaço ambiental ao qual potencialmente têm direito.

E a sustentabilidade na indústria automobilística vem associando a gestão ambiental à qualidade e a competitividade do automóvel.

5.2 Ecodesign

Nos últimos anos a indústria automotiva tem sido pressionada a reduzir o peso dos componentes de seus veículos, e conseqüentemente os consumos

energéticos. A aceitação ambiental de um produto é a marca do novo século, e as questões como reciclabilidade, toxicidade dos materiais e menor consumo global de energia passaram a fazer parte da estratégia competitiva das empresas e a integrar o projeto de produtos desde o design e da seleção dos materiais. Dessa forma, engenheiros de projeto e designers têm trabalhado dentro dos princípios Design for the Environment - DFE, Design for Recycling - DFR ou Design for Disassembling - DFD, significando que todas as considerações ambientais são parte integrante do projeto do produto (FURTADO, 2009). O ecodesign é a expressão sucinta desses princípios e consiste em projetar ou conceber produtos de forma mais ecológica possível. Portanto, o ecodesign assegura que o produto seja proveniente do uso mais racional possível de energia, de água e matérias-primas, e que possa incluir estudos sobre biodegradação e (ou) reciclagem de resíduos de processos de produção e de produtos em fim de vida (FURTADO, 2009). Por isso, as montadoras começaram a usar a análise de ciclo de vida como apoio a seleção de materiais e têm introduzido a reciclabilidade de forma sistemática, como critério de escolha entre alternativas técnicas equivalentes. Assim os novos modelos consomem menos materiais e combustíveis, emitem menos gases responsáveis pelo efeito estufa e são mais seguros e recicláveis. Esses resultados têm sido obtidos com a participação direta dos produtores de materiais automotivos e autopeças, o que propicia uma rápida e ampla difusão das inovações obtidas, pois esses produtores são fornecedores comuns a várias montadoras.

5.3 Compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais

Nos

últimos

anos

tem

surgido

grande

interesse

mundial

desenvolvimento de compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais. Estes materiais têm sido considerados “ecologicamente corretos”, mostrando-se viável na substituição, de polímeros reforçados com fibras de vidro e outras cargas. Um fator importante que favorece o emprego de fibras naturais como insumo renovável é a crescente perspectiva de economia de energia por meio da redução de peso dos componentes, bem como os aspectos ligados à recuperação das matérias-primas e

ao reaproveitamento dos materiais no final do ciclo de vida do produto (MULINARI, 2009). A Tabela 1 elucida as principais vantagens das fibras naturais quando comparadas às fibras de vidro.

Tabela 1 - Comparação entre fibras naturais e as fibras de vidro (WAMBUA; IVENS; VERPOEST, 2003)

Propriedades

Fibras

Fibras de Vidro

Naturais Densidade

Baixa

Alta

Reciclabilidade

Sim

Não

Fonte renovável

Sim

Não

Baixo

Alto

Abrasividade aos equipamentos

Não

Sim

Risco á saúde quando inalada

Não

Sim

Consumo de energia para a produção

Descarte ambiental

Biodegradável Não-biodegradável

Além das vantagens apresentadas na Tabela 1, diversas fibras naturais, denominadas materiais lignocelulósicos, são produzidas em praticamente todos os países e agregam um caráter social no seu cultivo. A indústria automobilística tem demonstrado interesse na utilização de materiais reforçados com fibras naturais, para aplicação em componentes de revestimentos internos de veículos, como por exemplo, laterais, teto, painel, e também para elevar o conforto e atuar como elemento de acabamento (MULINARI, 2009). A BMW tem investido no desenvolvimento destes materiais buscando, entre outros aspectos, a preocupação com as questões ecológicas, o preço e a disponibilidade destes materiais na natureza (SCRIBD, 2011). O BMW série 7, por exemplo, emprega 24 kg de materiais renováveis, dentre os quais mais de 13 kg são fibras naturais (Figura 1). Estes materiais são utilizados nos revestimentos de portas além de outras partes internas do veículo.

Figura 1 - BMW série e as fibras naturais (MULINARI, 2009).

Diversos trabalhos e projetos dentro da área de utilização de fibras naturais como reforço em compósitos têm sido desenvolvidos no Brasil, podendo-se citar entre outros, Luz, Gonçalves e Del’Arco (2008) que estudaram o processamento e caracterização de compósitos de polipropileno reforçado com fibras de celulose e palha do bagaço de cana, direcionado para a indústria automobilística. Mulinari (2009) avaliou o uso da fibra de celulose proveniente do bagaço de cana-de-açúcar

como

reforço

PEAD,

visando

aplicação

indústria

automobilística. Uma condição fundamental para produzir compósitos termoplásticos com fibras naturais é a qualidade das fibras utilizadas em termos de pureza e granulometria. As fibras devem ser moídas de forma a se obter tamanho e distribuição definidos, normalmente na faixa de 0,1 a 10 mm (JAYARAMAN, 2003; MIGNEAULT et al., 2009). Além do tamanho, o tipo de fibra utilizada tem grande influência nas propriedades dos compósitos. As fibras mais usadas são: sisal, juta, linho, curauá, coco, bagaço de cana e banana. A adição de fibras naturais aos termoplásticos pode conferir uma melhora nas propriedades mecânicas, provocando um aumento na resistência à tração do compósito comparado ao polímero puro, além da redução de custo obtida no compósito, advinda da menor densidade do material.

Dentro do contexto apresentado, as fibras de bagaço de cana são materiais que possuem ampla possibilidade de aplicação para o desenvolvimento de compósitos reforçados com fibras naturais.

5.4 Fibras naturais

Aproximadamente 100 anos atrás, cordas, embalagens, roupas e também o papel eram feitos de fibras naturais locais, como cânhamo, o linho, etc. Em 1896, por exemplo, poltronas de aviões e tanques de combustíveis eram feitos de fibras naturais com pequenas quantidades de ligantes poliméricos onde geralmente eram utilizadas resinas fenólicas ou melamina-formaldeído (PINTO, 2007). Em 1908, os primeiros compósitos baseados em fibras naturais foram aplicados para a fabricação de grandes quantidades de canos, tubos e placas, para suprir a indústria eletrônica. Atualmente, por questões ambientais têm surgido um renascimento na utilização de materiais naturais, principalmente na indústria automobilística e de embalagens (ex.: caixas, painéis de carros, etc.). Neste contexto utilizam-se fibras naturais para reforçar tanto materiais termoplásticos como termorrígidos. As fibras naturais são baseadas em suas origens (clima local, umidade local, idade da planta, etc.) sendo que a disponibilidade de tais fibras e as suas propriedades mecânicas são em geral pré-requisitos para a viabilidade e o sucesso de sua aplicação. Podem ser classificadas em grupos de acordo com o tipo e a parte do vegetal de onde ela é retirada sendo que as cinco principais classes de fibras correspondem às fibras de: (1) gramíneas, (2) folhas, (3) caule, (4) sementes e frutos, (5) madeira (PINTO, 2007). As fibras classificadas como naturais podem ser divididas segundo a sua fonte de origem: mineral, animal e vegetal. As fibras minerais são formadas por cadeias cristalinas com grande comprimento, como as do asbesto. As fibras de origem animal têm cadeias protéicas, enquanto as vegetais apresentam cadeias celulósicas (ZAH, 2007). Atualmente, as fibras naturais tais como as fibras de sisal, bambu, coco, bananeira e outras tem se destacado, devido à sua abundância, disponibilidade. Os

principais componentes das fibras naturais são a celulose, hemicelulose, lignina, pectinas, extrativos (componentes de baixo peso molecular) e cera (ZAH, 2007).

Figura 2 – Estrutura da Fibra (MEGIATTO, 2010)

As fibras naturais podem ser consideradas compósitos naturais, que são constituídos principalmente de fibrilas de celulose incorporada numa matriz de lignina (Figura 2). As fibrilas de celulose são alinhadas ao longo do comprimento da fibra, o que resulta em máxima resistência à tração e flexão, além de fornecer rigidez no eixo das fibras, portanto é também um material anisotrópico. A eficiência do reforço da fibra natural está relacionada com a natureza da celulose e sua cristalinidade (LEÃO, 2009). A qualidade da fibra pode ser aumentada por processos tecnológicos como, por exemplo, a deterioração microbiana (os quais são feitos de modos físicos ou

químicos atualmente) ou pelo novo processo de explosão a vapor (processo por pressão) utilizados para a deslignificação e separação das fibras celulósicas (fibrilação). No processo de explosão a vapor, o próprio vapor (e aditivos se necessário), sob pressão e com aumento de temperatura, penetram nos espaços entre as fibras e os feixes de fibras e por isso as lamelas intermediárias e as substâncias aderentes às fibras são isoladas, e podem ser removidas por lavagem (PINTO, 2007).

5.5 Bagaço de cana-de-açúcar

De acordo com Leite (2002), a cana-de-açúcar é cultivada em mais de cem países, é originária da Índia e com o decorrer do tempo sua cultura se expandiu para o mundo todo. Esta planta é uma das que possuem maiores qualidades, entre as culturas comerciais, por sua eficiência e assimilação de fotossíntese e capacidade de produzir massa verde composta por açúcares, amidos, proteínas e compostos lignocelulósicas. Do ponto de vista de suas potencialidades, utilizando tecnologia química e biotecnológica, a cana dará lugar a um número importante de produtos, apenas superados pelos que se obtêm da petroquímica. A utilização dos produtos e subprodutos da cana permite um desenvolvimento industrial dentro de um ciclo fechado de aproveitamento integral, que abrange até os resíduos, utilizando-se estes de forma tal que não prejudiquem o meio ambiente e ao mesmo tempo tenham utilidade econômica. A diversificação a partir da cana-de-açúcar oferece às empresas importantes vantagens:

matéria-prima

renovável,

altos

rendimentos

biomassa,

compatibilidade com o meio ambiente, um importante número de alternativas produtivas para escolher e uma menor dependência na comercialização de um só produto (LEITE, 2002). O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, por isso e por outras vantagens a fibra proveniente do bagaço da cana tem se destacado. Segundo a Companhia Nacional de Abastecimento (2011), a previsão do total de cana que será moída na safra 2010/11 é de 624.991 mil toneladas, com incremento de 3,40% em

relação à safra 2009/10, o que significa que haverá 20.477 mil toneladas a mais para moagem nesta safra. Com a exceção da região sul, que teve a produção reduzida em 3,40%, às demais regiões apresentam incremento da matéria prima, destacando-se as regiões norte (39,20%) e centro-oeste (24,20%). Como a cana de açúcar é usada para a produção tanto de açúcar quanto de álcool, o bagaço da cana é o resíduo produzido em maior escala na agroindústria brasileira, com sobras anuais estimadas em 60 milhões de toneladas, o que tem causado sérios problemas de estocagem, além do impacto ao meio ambiente. Com isso, o uso do bagaço de cana, além de ser utilizado em grande parte para a geração de energia, tem se prestado para diversas aplicações, tais como: reforço para compósitos poliméricos, componentes para indústria de construção civil, entre outras (MULINARI et. al, 2009; LUZ; GONÇALVES; DEL’ARCO, 2007; LUZ et al., 2008).

5.6 Matrizes Poliméricas

A escolha da matriz polimérica dependerá das propriedades físicas, mecânicas e térmicas exigidas para uma determinada aplicação, como também do processo de fabricação escolhido e do custo associado. Os polímeros mais usados em compósitos poliméricos são os termoplásticos e os termorrígidos. A principal diferença entre estes dois tipos está no comportamento quando aquecidos, isto é, os termoplásticos são polímeros capazes de serem moldadas várias vezes, devido às suas características de se tornarem fluidos sob ação da temperatura e depois se solidificarem quando há um decréscimo de temperatura. Por outro lado, os termorrígidos não se tornam fluidos devido à presença de ligações cruzadas entre as cadeias macromoleculares (MULINARI, 2009). A utilização de polímeros termoplásticos tem crescido desde a criação dos novos termoplásticos resistentes a altas temperaturas, tais como as poliamidas, polisulfonas dentre outros materiais. As matrizes termoplásticas são longas moléculas com comprimento da ordem de 20 a 30 nm (DAVIS; TROXELL; HAUCK, 1982) e fluem facilmente sob tensão

sem elevadas temperaturas, permitindo assim que sejam fabricadas na forma solicitada e mantendo a forma quando resfriada à temperatura ambiente. Esses polímeros podem ser repetidamente aquecidos, fabricados e resfriados e, conseqüentemente, serem reciclados. As características mais atrativas oferecidas pelos compósitos termoplásticos são o potencial de produção a baixo custo, boa resistência ao impacto, boa resistência à propagação de microtrincas, fácil controle de qualidade e a possibilidade de reciclagem de matéria prima.

5.7 História do plástico automotivo

A partir da década de 70, uma série de fatores influenciou a indústria automobilística acelerando sua evolução técnica, tais como o aumento das vendas decorrente da globalização do setor e o conseqüente aumento da poluição pelo número de veículos em circulação; o crescimento da consciência ecológica dos consumidores; a melhoria tecnológica dos materiais existentes e o desenvolvimento de novos materiais, incluindo novas ligas metálicas, novos polímeros e compósitos (MALAGUETA, 2003). Com a crise do petróleo houve a necessidade de diminuir o peso dos automóveis, com o objetivo de diminuir o consumo de combustível, o qual foi possível por meio da substituição de peças metálicas por plásticas, sem acarretar perda de qualidade e de segurança. Essa evolução dos materiais representou avanços técnicos importantes na indústria automobilística, mas também trouxe novos

problemas.

Diferentemente

dos

metais,

que

possuem

excelente

reciclabilidade, os plásticos não tinham essa característica, e passaram a ser um dos principais problemas do descarte de veículos. Então, para contornar a situação tanto dos materiais plásticos quanto das suas técnicas de reciclagem têm sido desenvolvidas várias pesquisas. De acordo com Malagueta (2003), os materiais plásticos foram introduzidos inicialmente nos EUA nos fim dos anos 60, sua participação cresceu entre 1960 e 1970, de 11 para 45 Kg num carro médio, porém seu maior consumo foi em funções decorativas e de acabamento interior.

Desta forma, houve vários incentivos na busca de maior durabilidade, maior eficiência e menor emissão de gases. O ferro e o aço ainda representavam, em 1995, 67,5% do peso do automóvel médio contra 7,7% dos plásticos e 5,8% do alumínio. De 1978 a 1990 houve uma substituição crescente de aço por plásticos o que

reduziu

peso

médio

automóvel

1588Kg

para

1316

(MALAGUETA,2003). Os materiais plásticos atingiram quase 8% do peso total do veículo em 1992, mas essa participação estabilizou-se até 1996, embora as previsões em 1990 admitissem dobrar esse valor nos próximos dez anos. A evolução dos materiais automotivos nos últimos 30 anos revela um decréscimo dos materiais ferrosos em proveito do alumínio e dos plásticos. Contudo os plásticos de fato são uma denominação genérica de uma família muito diversificada, onde o polipropileno tornou-se o mais importante (MALAGUETA, 2003).

5.8 Classificações dos plásticos automotivos

Os polímeros podem ser classificados em dois grupos básicos, os termoplásticos e os termorrígidos. Em relação a sua aplicabilidade é possível classificá-los em plásticos de uso geral e plásticos de engenharia. Os plásticos de engenharia pertencem à categoria os termoplásticos, amplamente utilizados no automóvel, por apresentarem módulo de elasticidade alto, serem leves, não corrosivos, fáceis de fabricar e processar, terem alta tenacidade e bom isolamento térmico. Assim os termoplásticos são capazes de substituir os metais e suas ligas nos processos de fabricação de peças e montagem do automóvel (MALAGUETA, 2003). Contudo esses materiais não param de evoluir quanto às suas propriedades químicas e mecânicas, para atender às exigências de qualidade, segurança e durabilidade para utilização em componentes automotivos que necessitem das mais variadas propriedades. Alguns exemplos desses usos podem ser evidenciados na Tabela 2.

Tabela 2 - Os materiais poliméricos e suas aplicações (MALAGUETA, 2003).

MATERIAL

Policarbonato

UTILIZAÇÃO

Pára-choques, calotas, suporte para Retrovisores

Poliamida 6 com 30% de fibra de Componentes estruturais vidro Misturas

policarbonato

+ Freios, componentes semi-estruturais

ABS Co-polímeros: Poliamida 6.12

Pára-lama, painel de instrumentos

Polipropileno

Pára-choque, caixas de bateria

PMMA

Setas, Pisca-alerta, luzes traseiras (lanterna e freio)

PEAD

Reservatórios (água, óleo de freio etc.)

PVC

Revestimento do motor e de cabos

ABS, Espuma de PU e filme de Painel de instrumentos, freios ABS (principal PVC, PVC

componente)

5.9 Polipropileno

As propriedades físicas e químicas do polipropileno são similares ao PEAD, apresentando menor resistência ao impacto e maior resistência térmica, maior resistência à flexão e capacidade de retornar à geometria original após a eliminação de um esforço sendo, por este motivo, um plástico dito com “memória”. Suas limitações são pouca rigidez, estabilidade dimensional e resistência ao riscamento (LIMA, 2006). O polipropileno tem sido utilizado em várias aplicações, tais como, seringas descartáveis, pára-choques/pára-lamas/suporte de bateria (de automóveis, ônibus e caminhão), utensílios domésticos (potes, copos, jarras, bandejas, est.), frascos, eletrodomésticos, brinquedos, filmes, mesas, cadeiras, e outros elementos de

mobiliário, estojos e embalagens para diversos produtos, pastas escolares etc (LIMA, 2006).

5.10 Funções dos produtos industriais

No processo criação de um produto o projetista e o designer industrial devem aperfeiçoar as funções de um produto visando satisfazer as necessidades do usuário. Por isso, o designer industrial deve conhecer as múltiplas necessidades e aspirações dos usuários, de forma a elaborar o produto com as funções adequadas a cada caso (LOBACH, 2001). Infelizmente, nas pesquisas sobre necessidades exigidas por usuários feitas até o presente pela indústria, a ênfase tem sido dada à pesquisa das necessidades práticas, deixando-se de lado

as necessidades psíquicas e sociais dos

consumidores. O designer industrial hoje em dia ainda está pouco informado sobre os futuros usuários de seus produtos e não tem uma informação segura sobre suas necessidades (PORTO, 2010). O designer é o profissional responsável pela materialização das idéias para a satisfação das necessidades dos usuários de um projeto, que são classificados conforme Löbach (2001) em quatro categorias: objetos naturais, que existem em abundância sem influência do homem; objetos modificados da natureza; objetos de arte; e objetos de uso. O designer estabelece um papel intermediário entre o usuário e o produto, pois ele reconhece necessidades e desejo do consumidor e o realiza por meio do projeto para concretização em produto. Conhecer o consumidor é essencial para atingir as expectativas do usuário na manipulação do objeto (PORTO,2010). Com isso, existem três funções essenciais a serem analisadas para a elaboração de um projeto, as funções práticas que são todas as relações entre um produto e seus usuários, a função estética que é a relação entre um produto e um usuário no nível dos processos sensoriais, e a função simbólica que é quando a espiritualidade do homem é estimulada pela percepção deste objeto, ao estabelecer ligações com suas experiências e sensações anteriores (LOBACH, 2001).

5.11 A história do automóvel

No século XIX, surgiram as primeiras carruagens sem cavalos, movidas a vapor, porém eram muito barulhentas e lentas, então a partir de 1830, foram aperfeiçoados veículos elétricos alimentados por baterias, mais "rápidos e "silenciosos", porém tinham o inconveniente de não percorrer longas distâncias porque logicamente dependiam de carga de baterias. Karl Benz criou em 1855 o primeiro automóvel, com apenas 2 lugares e 3 rodas, e podia atingir até 13 km/h, conforme a Figura 3. Após cinco anos Étienne Lenoir construiu o primeiro motor de combustão, com o mesmo princípio utilizado nos motores até hoje (VR CARROS, 2011).

Figura 3 - Primeiro automóvel criado por Benz (HISTÓRIA DO CARRO, 2007).

Os motores a vapor, que queimavam o combustível fora dos cilindros, abriram caminho para os motores de combustão interna, que queimavam no interior dos cilindros uma mistura de ar e gás de iluminação

Entre 1860 e 1870, surgiu a construção de um pequeno carro movido por um motor a 4 tempos, construído por Siegfried Markus, em Viena, em 1874. O ciclo de 4 tempos foi utilizado com êxito pela primeira vez em 1876, num motor construído pelo engenheiro alemão Conde Nikolaus Oto. Ao surgir a gasolina como combustível, o motor passou a ter uma alimentação de carburante independente. Gottlieb Daimler e Karl Benz, cada um ao seu modo, foram os primeiros a utilizar o novo combustível. O primeiro carro nasceu na Alemanha, foi aperfeiçoado na França, mas já era fabricado nos Estados Unidos. O primeiro carro americano, o Duryea surge em 1893. (VR CARROS, 2011). E foi nos Estados Unidos que houve o segundo grande passo para a popularização e evolução definitiva do automóvel, em Abril de 1908, a Ford lançou no mercado, o Model T como mostra a Figura 4, um veículo robusto, seguro, fácil de guiar e principalmente barato.

Figura 4 - Primeiro automóvel produzido em série. (HISTÓRIA DO CARRO, 2007).

A fabricação deste modelo ganhou um notável incremento a partir de 1913, quando Henry Ford implanta a linha de montagem e a produção em série, revolucionando a indústria automobilística (HISTÓRIA DO CARRO, 2007).

5.12 O Automóvel no Brasil

Em 1893, na cidade de São Paulo, surgiu um carro aberto com rodas de borracha, a vapor com caldeira, fornalha e chaminé com apenas dois passageiros. No Rio de Janeiro em 1897 o automóvel já causava furor. Em 1900, Fernando Guerra Duval, desfilava pelas ruas de Petrópolis com o primeiro carro de motor a explosão do país, um Decauville de 6 cavalos, movido a "benzina". Em 1903, existia em São Paulo 6 automóveis circulando pela cidade, onde a prefeitura tornou obrigatória a inspeção dos veículos, para fornecer uma placa de identificação, a velocidade para o veículo também já dispunha de regulamentação para que nos lugares estreitos ou onde havia acumulação de pessoas, a velocidade não ultrapassaria 30 Km/h. ( VR CARROS, 2011) A primeira corrida automobilística no Brasil ocorreu em São Paulo, no dia 26 de julho de 1908. Repórteres nacionais e estrangeiros cobriam o evento, que também foi o primeiro de toda América do Sul. O grande vencedor foi o paulista Sylvio Penteado, que com seu Fiat de 40 cavalos, o qual cumpriu o trajeto de 70 km/h com a velocidade de 50km/h. Em 1908 foi criado o Automóvel Clube de São Paulo, para estimular o automobilismo na cidade, na mesma época no Rio de Janeiro foi criado o Automóvel Club do Brasil (VR CARROS, 2011). A paixão pelos automóveis logo trouxe a vontade de se fabricar os automóveis aqui mesmo, e em 1907 uma empresa montou e colocou em funcionamento em São Paulo, a Fiat. Com US$ 25 mil (equivalente a 111 Contos de Réis) desembarcava no Brasil a Ford Motors, instalando-se primeiramente num armazém alugado com 12 funcionários. O primeiro projeto foi a montagem do famoso modelo T, e já no ano seguinte foram montados os primeiros caminhões, obrigando a empresa a procurar um local maior.

Em 1925, chega a General Motors, logo de inicio tinha capacidade para montar 25 carros por dia, com grande sucesso as vendas ao término desse mesmo ano, a empresa contabilizava 5.597 veículos vendidos, obrigando a fábrica a aumentar a produção diária para 40 veículos. Getúlio Vargas estabeleceu que os veículos só entrassem no Brasil totalmente desmontados, e sem componentes que já fossem fabricados por aqui. Este foi o primeiro grande impulso para a "Nacionalização e formação de uma Indústria Automobilística no Brasil. No Brasil e em praticamente toda a América Latina, a produção do carro em série só se concretizou após a Segunda Guerra Mundial. Nesse período, o Brasil viveu a explosão da indústria automobilística. No governo de Juscelino Kubitschek, com a promessa de realizar 50 anos em 5, montadoras de carro do mundo inteiro se instalaram no país (VR CARROS, 2011). Atualmente, o desenvolvimento dos carros passou a girar em torno de um objetivo em comum: viagem rápida, conforto e segurança para os passageiros. De acordo com a AEA – Associação Brasileira de Engenharia Automotiva, o interior dos veículos passou por mudanças marcantes baseadas em estudos que comprovam um crescimento da influência do Design interno na decisão de compra dos consumidores. As montadoras passaram a investir em inovações tecnológicas no interior dos veículos, o que aprimorou o desempenho, a funcionalidade, qualidade segurança e ergonomia. Tais mudanças podem ser consideradas manifestações às modificações de mercado. Em tempos globalizados, o automóvel deixou de ser apenas um meio de transporte, sendo considerado como uma extensão da casa ou do trabalho, principalmente se avaliarmos o fato de que se passa grande parte do dia dentro do veículo. Deste modo, as questões referentes à “habitabilidade” automotiva estão sendo tratadas como aspectos importantes no desenvolvimento de veículos (IROKAWA; CUNHA; CÂMARA, 2007).

5.13 O mercado do automóvel

De acordo com o presidente da ANFAVEA (Associação nacional de veículos automotores), Cledorvino Belini, o Brasil necessita de uma sacudida em termos de

competitividade, especialmente por estar em um momento de muita prosperidade na indústria automobilística brasileira, sendo assim é uma grande oportunidade para consolidar-se frente ao cenário internacional, ainda que para isso seja necessário muito trabalho duro para melhorar a qualidade da indústria nacional. Existem no Brasil 25 marcas que disputam o mesmo espaço, aguardando que o consumo de automóveis no Brasil cresça (CULTURAMIX.COM, 2010). A super valorização do real pode ser um dos motivos para a redução na capacidade de exportações, e isto tem facilitado a importação de veículos. Nos últimos cinco anos houve uma redução em torno de 50% na exportação de veículos brasileiros, em 2005 foram cerca de 900 mil carros contra apenas 475 mil veículos no ano de 2009 (CULTURAMIX.COM, 2010). Estas tendências somadas aos altos investimentos só terão resultados positivos se houver uma linha de coordenação de esforços nos diversos setores de produção envolvidos, desde os produtores de autopeças e de aço até as poderosas montadoras. O Brasil é o país que tem o melhor desempenho em pesquisa e engenharia do BRIC (Brasil, Rússia, Índia e China respectivamente), pois tem ousado; inovado e trabalhado muito (CULTURAMIX.COM, 2010). E para inovar, o designer é essencial neste momento, e de acordo com o Anthony Prozzi, designer da Ford nos Estados Unidos, é preciso antecipar o que irá acontecer e segundo ele, tanto ontem como hoje as roupas e os carros refletem as tendências de cada época (MOTOR CLUBE, 2006). A inovação surge a cada dia com o processo de globalização da indústria automobilística, que trouxe grandes oportunidades para a difusão de novos materiais, mesmo os de uso ainda hoje restrito como cerâmica, e vem incentivando e direcionando pesquisas para se produzir o “veículo verde” ainda no século XXI. Nesse sentido tem sido fortemente impulsionado o desenvolvimento de materiais com novas funções, novas peças e sistemas, resultado de programas de pesquisa de longo prazo e em parceria entre montadoras e seus fornecedores, que aproxima a pesquisa de sua utilização industrial (MEDINA, 2003). E o que no começo era apenas o cumprimento de uma obrigação hoje se transformou em questão de sobrevivência. Em um mundo cercado por normas ambientais severas, organizações não-governamentais defensoras da flora e fauna

e consumidores cada vez mais preocupados com o fim dado a insumos usados nas linhas de produção, empresas de diferentes setores encontram-se em uma encruzilhada. Ou se adaptam às exigências ambientais, para manter uma boa posição no mercado e ganhar o respeito do cliente, ou estão fora do jogo (TERZIAN, 2006). O Brasil transformou-se em referência mundial com o início de um projeto de pesquisa para utilização de fibras naturais (da juta, do sisal e do coco) em várias peças dos automóveis, como bancos, apoio de cabeça, caixa de roda, painel de instrumentos, entre outros (TERZIAN, 2006). A Renault do Brasil, já utiliza a fibra natural derivada da juta na tampa do porta-malas do modelo Clio (Figura 5), e resolveu desenvolver, sob a coordenação do Laboratório de Materiais Mercosul, um estudo aprofundado sobre as possibilidades de utilização dessas matérias-primas no maior número possível de itens automotivos (TERZIAN, 2006) .

Figura 5 - CLIO (CATALDI, 2009)

A Volkswagen também tem utilizado fibras naturais, porém da planta curauá, típica do norte do Brasil, na fabricação do forro e dos carpetes de toda a linha do modelo Fox, como mostra a Figura 6. O projeto foi mostrado ao público durante a Ecogerma 2009 (COSTA, 2009).

Figura 6 - Modelo Fox 2011 (Blog VW Paraguaçu, 2010).

Outra empresa que já tem se adequado aos requisitos para um “veículo verde” é a montadora Ford, que anunciou a substituição de 30% do plástico à base de petróleo em sua linha de veículos pelo material à base da fibra do sisal. Para suprir o aumento esperado na demanda, o Estado se comprometeu estimular o aumento da área plantada de sisal de 140 mil para 300 mil hectares nos próximos três anos, segundo a Secretaria da Ciência, Tecnologia e Inovação (Secti) (GOMES, 2008). No Canadá, a Ford produz o modelo Flex (Figura 7), onde foram utilizados a palha do trigo para reforçar os componentes de plástico. O material utilizado no porta-luvas do carro é composto por 20%de fibra vegetal, o que proporciona uma economia anual de cerca de dez toneladas de petróleo e reduz as emissões de CO 2 no processo de produção em até 15 toneladas (AutoPortal, 2009).

Figura 7 – Modelo Flex da Ford (AutoPortal, 2009).

5.14 História do Fox

O carro Fox foi comercializado inicialmente para substituir o carro Gol no mercado, porém como o custo final do carro foi superior ao Gol, não pode ser substituído. Mas o carro fez muito sucesso, ficando em 2º lugar dos carros mais vendidos da Volks, perdendo somente para o Gol (ENCONTRANDOCARROS, 2011). Apesar de aparentar um carro compacto do lado externo, o carro Fox possui um espaço interno muito amplo, além de alto conforto. O carro foi projetado e produzido inteiramente no Brasil. O seu nome Fox significa raposa em inglês, o qual recebeu este nome pela agilidade

velocidade

animal,

além

ser

compacto

(ENCONTRANDOCARROS, 2011).

5.15 Porta-luvas do carro FOX

O porta-luvas do carro FOX, que foi escolhido para o desenvolvimento do projeto apresenta um espaço amplo, porém sem acessórios extras para maior

conforto do consumidor. A parte interna do porta-luvas está agregada ao painel, assim, não deve ser modificada do seu padrão. O porta-luvas possui luz no seu interior, que facilita para o consumidor o manuseio quando estiver escuro.

Figura 8 – Porta luvas do carro Fox

5.15.1 Tampa do porta-luvas do carro FOX

A tampa original do carro Fox foi analisada, para mostrar seus pontos positivos e negativos. A parte externa possui uma pega muito bem elaborada com uma ergonomia favorável ao motorista, fácil de manusear e de alta precisão, como mostra a Figura 9.

Pega para abertura

Figura 9 – Parte externa da tampa do porta-luvas do carro Fox.

A parte interna da tampa é simples, não possui acessórios sofisticados, somente duas presilhas para segurar caneta e um clips para papéis, no qual há uma dificuldade ao manuseá-lo devido ao espaço mal planejado, como é evidenciado na Figura 10.

Presilhas e clips para Canetas e papéis

Figura 10 – Vista frontal da parte interna da tampa do porta-luvas do carro Fox.

Pode-se perceber também que existe um sistema para a abertura do portaluvas (Figura 11), que foi coberta para não ficar exposta, porém perde-se muito espaço com este sistema.

Sistema para Funcionamento da trava

Trava da tampa.

Figura 11 - Perspectiva da parte interna da tampa do porta-luvas do carro Fox.

O sistema interno é composto de várias peças que necessitam de molas e uma engrenagem para o sistema funcionar, como pode ser visto na figura 12.

Sistema para abertura

Figura 12 – Sistema de funcionamento de abertura do porta-luvas.

Nas tampa consta um sistema para encaixe no painel muito simples e bem elaborado, não possui outros materiais além do plástico, este sistema pode ser observado na Figura 13.

Figura 13 – Sistema para encaixe da tampa do porta-luvas ao painel.

5.16 Processo de Produção do Porta-luvas

O tampa do porta-luvas do carro é produzido separadamente do resto do seu painel. A indústria que fabrica a peça faz a produção de 320 tampas dia, mas para isso a empresa trabalha em três turnos de oito horas. São necessários cinco operadores de máquinas por turno, e esta é a única mão de obra direta para desenvolver todo o processo de transformação, desde a matéria prima até o estoque final. As máquinas utilizadas para a produção do porta-luvas são três injetoras e duas soldas vibracionais. Neste processo a matéria prima não necessita de mão de obra para ser levada ao maquinário, ela é transportada da sala de estoque por sucção direto para a injetora. Para não haver problemas de excesso de matéria prima, é utilizado um sistema onde o material é quantificado para entrar nas injetoras (FIGUEIREDO, 2009). Para a produção, a injetora possui dois moldes que produzem ao mesmo tempo as duas partes da tampa do porta-luvas com a duração de 62 segundos. Depois as duas partes são levadas por operadores a um estoque para mais tarde serem levadas à próxima etapa, a qual é a união destas duas peças, feitas por meio de soldas vibracionais. Para o funcionamento da máquina é necessário apenas um operador, que posiciona uma peça na parte de cima e outra na parte de baixo da máquina para serem soldadas. Além das duas peças, esse mesmo operador monta as travas e o puxador, para posteriormente ser analisada uma análise dimensional, feito com um simulador de montagem. Todo este ciclo leva em média um minuto, e

após o término da tampa, elas são colocadas em prateleiras e levadas às salas de estocagem. E para verificar a qualidade do produto as montadoras exigem alguns testes (FIGUEIREDO, 2009).

5.17 Custo

O custo unitário de cada tampa é calculado a partir da mão de obra direta, do custo overhead, que são as despesas gerais da empresa também chamados de custos fixos, e do custo de matéria prima. A tarefa não exige muita mão de obra, pois a maioria é feita com máquinas, então foram totalizados a quantidade de 15 funcionários diretos, com os salários estimados de acordo com a indústria de autopeças, e além dos salários, são calculados alguns acréscimos de encargos salariais, como FGTS, férias, tributos, que dá um total de 74,8% (FIGUEIREDO, 2009). O custo total de mão de obra direta foi calculado em R$ 20.976,00, o polímero considerado para futura análise como matéria prima foi o polipropileno, que tem um valor no mercado de R$ 3,30. Para as partes de travas, e puxador foi considerado um valor de R$ 1,00.

No valor do custo overhead, entram as despesas de

eletricidade, água, manutenção, transporte, ensaios, limpeza, remuneração de sócios e acionistas, entre outros, que obteve um total de R$ 26,81. Sendo assim, o valor total de uma tampa de porta-luvas sai a R$ 32,68, e é vendida pela concessionária a R$ 88,71, calcula-se ainda que a montadora tem uma margem de lucro de 15% e a autopeças de 100%. Para a produção da tampa é utilizado 785 g de polímero, com isso, foi calculado que de matéria prima por peça é gasto R$ 2,59 mais R$1,00 dos encaixes(kit com 3 peças) (FIGUEIREDO, 2009).

5.18 Aspectos ergonômicos

A ergonomia tem sido chamada para atender às múltiplas demandas do mundo produtivo, tais como, melhoria das condições materiais e instrumentais de trabalho dos assalariados; identificação de agentes nocivos à saúde dos trabalhadores; aprimoramento da competência profissional; transformações na

organização sóciotécnica do trabalho; impactos do uso de novas tecnologias; concepção de ambientes de trabalho e produtos de consumo etc. (FERREIRA, 2008). Pode ser definida como uma abordagem científica antropocêntrica que se fundamenta em conhecimentos interdisciplinares das ciências humanas para, de um lado, compatibilizar os produtos e as tecnologias com as características dos usuários e, de outro, humanizar o contexto sóciotécnico de trabalho, adaptando-o tanto aos objetivos do sujeito e/ou grupo, quanto às exigências das tarefas. Trata-se de uma jovem disciplina que surgiu oficialmente na Inglaterra no final da década de 40, cujo corpo teórico-metodológico encontra-se em estágio de estruturação e consolidação (FERREIRA, 2008).

5.18.1 Análise da tarefa

A não adaptação correta dos postos de trabalho, bem como dos equipamentos, podem ocasionar não somente prejuízos físicos, como também, prejuízos psicológicos, no que se refere a interfaces e execução de comandos. Por não estarem adequados, podem acabar ocasionando erros e conseqüentemente stress e irritabilidade, ou ainda, em determinados casos, danos físicos ou materiais (KONTZ, 2010). Com isso, a ergonomia é um dos fatores que influenciam diretamente ao conforto do motorista, e o ato de procurar objetos no porta-luvas pode causar acidentes. Neste trabalho para que o porta-luvas fosse projetado da melhor maneira possível foram analisadas algumas medidas retiradas do livro de Henry Dreyfuss Associates, onde os percentis utilizados para mediação são de 99 e 1.

As Figuras 14 e 15 mostram as medidas mínimas e máximas que foram utilizadas na elaboração do porta-luvas, para que o esforço do motorista seja mínimo e não atrapalhe seu campo de visão enquanto estiver dirigindo.

Figura 14 â&#x20AC;&#x201C; Vista superior de homem norte-americano percentil 99 com medidas antropomĂŠtricas (TILLEY,2005).

Figura 15 - Vista superior de mulher norte-americana percentil 1 com medidas antropométricas (TILLEY,2005).

Foram analisadas também as medidas antropométricas das mão para que fossem inseridas nas pegas e botões do porta-luvas, para melhor manuseio e para que o motorista não necessite fazer maior esforço ao se deslocar para abrir e utilizar o porta-luvas. As Figura 16 e 17 evidenciam as medidas mínimas e máximas das mão.

Figura 16 – Medidas antropométricas das mãos das mulheres (TILLEY,2005).

Figura 17 – Medidas antropométricas das mãos dos homens (TILLEY,2005).

5.18.2 Requisitos projetuais

Os requisitos para o projeto são as qualidades desejadas para o produto com base nas informações geradas pelas fases iniciais de intervenção ergonômica e, ainda, da coleta de dados sobre os similares e do perfil do usuário, pois se procura atender a maior gama de usuários (BATISTA, 2011).

Este projeto está relacionado a um produto que já segue padrões de ergonomia, por isso algumas medidas padrão foram mantidas para seguir a linha do carro FOX.

5.19 Análise de similares

Após a realização da coleta de dados sobre o mercado de automóveis, a pesquisa a seguir tem como foco o levantamento do design de porta luvas.

5.19.1 Porta luvas de carros populares da Volkswagen

O primeiro modelo analisado foi o Cross Fox, Figura 18, que visivelmente evidencia a dedicação ao design do carro, porém este item no porta-luvas foi deixado de lado. No porta-luvas não é encontrado nenhum tipo de compartimento, porém apresenta um espaço amplo. Possui uma abertura diferenciada com maior proximidade do motorista, facilitando o manuseio.

Figura 18 - Porta-luvas do modelo Cross Fox Volks

O modelo Pólo, apesar de apresentar-se mais sofisticado, possui um portaluvas mais simples, com abertura no centro, o que prejudica o motorista, e um espaço muito pequeno, como evideniado na Figura 19.

Figura 19 - Porta-luvas do modelo Pólo.

O modelo gol (Figura 20) um dos mais populares da indústria Volkswagen, apresenta um porta-luvas muito simples, com pequeno espaço interno e com uma abertura central, sem componentes adicionais como porta-copo.

Figura 20 - Porta-luvas do modelo Gol.

5.19.2 Porta-luvas de carros populares da Fiat

Primeiramente foram analisados dois tipos de modelos existentes do Pálio, o primeiro que é um modelo mais simples, mostrado na Figura 21, o qual apresentou um porta-luvas bastante amplo, com porta-copo, porém com uma abertura central. Já o modelo mais esportivo, Figura 22, possui um porta-luvas extremamente

pequeno e sem compartimentos adicionais, o qual apresenta uma abertura semelhante ao Pálio mais simples contendo somente diferenças nas pegas, sendo uma mais arredondada que a outra.

Figura 21 - Porta-luvas do modelo Pálio Fire.

Figura 22 - Porta-luvas do modelo Pálio.

O modelo Punto, apresenta diferenças em relação ao ângulo de abertura, como mostrado na Figura 23, possui um compartimento interno similar à uma prateleira para a separação dos objetos, apesar do espaço interno ser pequeno, e possui uma abertura central.

Figura 23 - Porta-luvas do Modelo Punto.

O Novo Uno um dos modelos mais populares foi analisado, e apresentou um porta-luvas bรกsico, com pequeno espaรงo interno, sem compartimentos e com abertura central (Figura 24).

Figura 24 - Porta-luvas do modelo Uno.

5.19.3 Porta-luvas de carros populares da Peugeot

Os modelos da Peugeot dos mais bรกsicos aos mais completos, todos possuem porta-luvas bem equipados com acessรณrios. O modelo 206 (Figura 25) um dos mais populares da marca, apresenta um porta-luvas com compartimentos para

copos, óculos, cartões de visita e outros. Possui uma pega simples no centro do porta-luvas.

Figura 25 – Porta-luvas do Modelo 206.

O modelo Escapade 2011 apresenta um porta-luvas com muitos acessórios e detalhes. Possui porta-copo, óculos e outros objetos, e um espaço interno pequeno, porém funcional. A abertura fica ao centro do porta-luvas, com uma pega simples e arredondada pra melhor ergonomia, como evidenciado na Figura 26.

Figura 26 – Porta-luvas do Modelo Escapade.

O modelo 307 (Figura 27), apesar de ser um modelo mais sofisticado, segue os padrões de conforto no porta-luvas, porém com um item a menos, o porta-copo. Possui um espaço interno grande, além dos acessórios para cartões, e porta-óculos.

A abertura também é central, mas com uma pega menos arredondada que os outros modelos.

Figura 27 – Porta-luvas do modelo 307.

5.19.4 Similares de porta-óculos

Foram analisados alguns modelos de porta-óculos para servir de inspiração no projeto, como evidenciado na Figura 28.

Figura 28 – Modelos de porta-óculos.

O porta-óculos é um item que faz muita falta ao consumidor, e é possível notar que existem adaptações para carros para que não arranhe as lentes do óculos,

como ĂŠ o caso ilustrado na Figura 28, o qual ĂŠ um grampo que pode-se encaixar no para-sol do carro, onde o Ăłculos fica preso, mas mesmo assim exposto.

5.19.5 Similares de pegas

Algumas pegas foram analisadas, para serem estudadas as melhores ergonomias e funcionamento destas, como modelos para serem inseridos no manuseio dos itens (Figura 29).

Figura 29- Modelos de pegas.

5.19.6 Similares de porta-moeda

Foram pesquisados alguns similares de porta-moeda, observados na Figura 30 para que atravĂŠs dos modelos existentes, fosse criada uma forma para inseri-lo na tampa do porta-luvas.

Figura 30 – Modelos de porta-moeda.

É perceptível a importância deste item em um carro, pois já existem adaptações para este item, para melhor organização dos objetos e maior praticidade para o consumidor.

5.19.7 Similares de porta-cartão

Outro item pesquisado foi os similares existentes no mercado de porta-cartão de visita e cartão de crédito, para serem inseridos na parte interna da tampa (Figura 31).

Figura 31 – Modelos de porta-cartão.

ANÁLISE DE DADOS

A partir das pesquisas feitas como levantamento de dados foram analisadas as informações mais pertinentes para o desenvolvimento do projeto. Assim, foi observada a importância de cada item e suas influências positivas e negativas para serem inseridos no projeto.

6.1 Sustentabilidade e Ecodesign

Um projeto sustentável hoje apresenta grandes vantagens como a conscientização da população, proporciona menor impacto ambiental devido aos materiais utilizados serem de fontes renováveis, além de adequar as empresas às necessidades exigidas pelo mercado. Porém, apesar de todas as suas vantagens apresentam também algumas desvantagens

dependendo

processo

utilizado

para

reciclagem

reaproveitamento de resíduos naturais como material. Em alguns casos o processo de produção dos materiais a serem utilizados encarece por apresentarem um processo longo, demorado e de custo elevado para sua produção. Além de algumas empresas precisarem modificar todo o processo de produção de um produto para se adequar à sustentabilidade. A implementação do ecodesign nos projetos é de grande importância para as empresas, pois além dos materiais sustentáveis inseridos no produto, é feito toda uma análise do ciclo de vida do produto, desde sua matéria prima até a forma de descarte pelo consumidor e sua degradação no meio ambiente.

6.2 Compósito polimérico reforçado com fibras do bagaço da cana de açúcar

O material compósito utilizado neste projeto apresenta grande viabilidade na substituição do polímero puro, pois é considerado um material ecologicamente correto. As fibras inseridas como reforço no polímero auxiliam na redução de peso do material, devido à sua baixa densidade, pode ser reaproveitado no final de seu ciclo de vida, e podem apresentar melhorias nas propriedades mecânicas do

material. Além disso, elas são encontradas com grande facilidade e abundância no Brasil para serem reaproveitadas. Porém é preciso algumas modificações na fibra para ter uma boa aderência ao polímero, sendo desvantajoso para algumas empresas dependendo do processo de modificação da fibra exigido. O material estudado apresenta uma desvantagem, que é a impossibilidade aplicá-lo no exterior do painel e porta-luvas, pois não possui resistência ao sol e seus raios emitidos e ao calor.

6.3 Aspectos ergonômicos

O estudo da ergonomia para ser inserido em um projeto é imprescindível, pois as medidas corretas quando inseridas, compatibiliza os produtos e tecnologias com as características do usuário, proporcionando uma melhor adaptação do consumidor às exigências da tarefa. Para este projeto, foram estudadas algumas medidas antropométricas, para inserção de alguns itens no interior da tampa do porta-luvas, porém a maioria das medidas precisou ser mantida para não sair do padrão da Volkswagen.

6.4 Porta-luvas do carro Fox

O porta-luvas disponibiliza um espaço interno amplo para guardar objetos, porém podem ser mais bem aproveitado, a pega na parte externa da tampa apresenta uma boa ergonomia para o motorista, com boa localização e funcionalidade. Possui um sistema de encaixe ao painel bem elaborado e simples. Porém, apesar dos pontos positivos, o porta-luvas não se adéqua ao restante do carro em questões de conforto, sendo necessários mais acessórios.

SÍNTESE

Com base na pesquisa realizada, pode-se perceber a quantidade de pesquisas já existentes para a geração de materiais sustentáveis, e a preocupação das empresas para inserirem estes materiais em seus produtos para reduzir o impacto ambiental e se adequar às novas leis ambientais e ao mercado de trabalho. A sustentabilidade aliada ao ecodesign proporciona às empresas projetos de grande valor, pois toda a análise do produto é feito, mostrando ser viável ou não. As fibras naturais são muito interessantes, principalmente no Brasil, por serem encontradas em abundância e o custo ser muito baixo. A cana-de-açúcar é utilizada para a produção de açúcar e bioetanol, com isso seus resíduos são gerados em grande escala, e precisam de um fim nobre. Os compósitos poliméricos reforçados com fibras naturais, são materiais resistentes, ecologicamente corretos, de fácil reciclagem e influenciam na redução de peso de seus componentes. O material foi estudado para possível aplicação na parte interna do portaluvas do carro Fox, devido às suas propriedades não serem adequadas para a inserção na parte externa.

7.1 Objetivo

A proposta deste trabalho foi focar a sustentabilidade para redesenhar a tampa do porta-luvas do carro Fox, utilizando um material compósito de polipropileno reforçado com fibras de celulose provenientes do bagaço de cana-de-açúcar obtido a partir da produção do bioetanol. O projeto também visa influenciar e conscientizar o consumidor a reduzir o impacto ambiental, e ao mesmo tempo mostrar que mesmo com um material sustentável, reaproveitado de outras aplicações podem-se gerar produtos de grande valor e proporcionar maior conforto para os consumidores, sem afetar no custo.

7.2 Características

Foram estudadas medidas ergonômicas para os acessórios onde as medidas para a projeção de um porta-óculos são 16,00 cm de largura, 5,50 cm de altura e 4,50 cm de profundidade. Para um porta-cartão é necessário 9,00 cm e 5,50cm atendendo todos os tipos de cartão, tanto os de visita quanto aos cartões de crédito, O porta-moedas necessita uma altura máxima de 6,60 cm de profundidade para as mãos. As funções do produto foram levadas em conta na elaboração do projeto, para melhor interpretação do consumidor e para que o porta-luvas, anexado ao painel, tenha interferência na compra do carro. Além de o projeto prezar o conforto para melhor adaptação do consumidor, o conceito da sustentabilidade foi levado em conta, para criar uma sensação de um “veículo verde”, o que tem chamado muita atenção devido às demandas do mercado. Foram analisados os pontos positivos e negativos da tampa já existente, para que fossem modificadas somente as partes precárias e adicionados alguns itens como um diferencial.

Em síntese, este projeto sustentável, teve como requisitos:

- Utilizar um compósito polimérico reforçado com fibra natural aproveitando os resíduos das agroindústrias de cana-de-açúcar; - Redesenhar a tampa do porta-luvas do modelo Fox da marca Volkswagen inserindo mais acessórios e gerando maior conforto ao consumidor; - Utilizar como principal ferramenta o Ecodesign, visando à sustentabilidade e adequando-se às novas leis ambientais no mercado automotivo; - Atender às características necessárias para uma boa adaptação do motorista ao porta-luvas, não interferindo na ergonomia inicial do carro escolhido.

METODOLOGIA

Os métodos e procedimentos adotados para atingir os objetivos propostos neste trabalho foram realizados para obter as informações necessárias para definir as propriedades mecânicas dos compósitos de acordo com o novo design do portaluvas. O fluxograma da Figura 32 descreve um esquema geral simplificado de todas as etapas envolvidas neste trabalho.

Figura 32 – Fluxograma do material a ser aplicado

8.1 FormulaĂ§ĂŁo

Para dar inĂcio ao desenvolvimento do projeto, primeiramente foram formulados quais materiais seriam utilizados e os procedimentos a serem realizados para obter o material. ApĂłs isso, foram qualificados os pontos positivos e negativos do projeto, para verificar o que seria realmente interessante modificar na tampa do porta-luvas.

8.2 Desenvolvimento do Material

8.2.1 Preparação e modificação das fibras provenientes do bagaço de cana

As fibras provenientes de bagaço de cana-de-açúcar foram gentilmente fornecidas pela Edras Ecossistemas, localizada em Cosmópolis – SP. Primeiramente as fibras foram secas em estufa a 50°C por 48 horas, a fim de remover a umidade. Em seguida as fibras sofreram processos físicos de trituração e peneiração, utilizando um liquidificador convencional e uma peneira de 25 mesh. A modificação dos materiais lignocelulósicos (Figura 33) foi realizada no Departamento de Biotecnologia da Escola de Engenharia de Lorena/USP, onde o bagaço de cana de açúcar foi tratado com solução de H2SO4 1% m/v (reator de 350 mL a 120ºC, 10 min), com a finalidade de separar a hemicelulose e obter um resíduo que contém basicamente celulose e lignina, chamado de celulignina. A celulignina obtida foi deslignificada com solução de NaOH 1,5% m/v (reator de 350 L a 100ºC, 1 h), lavada com água até que o filtrado não apresentasse coloração amarelada (presença de lignina), obtendo-se, assim, as fibras de celulose deslignificada.

. Figura 33 – Fibras in natura e modificadas.

Analisando-se os aspectos visuais das fibras foi possível observar que as fibras modificadas perderam a coloração do material inicial e também apresentaram diferença quanto ao comprimento, o qual pôde ser evidenciado por microscopia eletrônica de varredura.

8.2.2 Obtenção dos compósitos

Os compósitos foram obtidos em um homogeneizador de plásticos de laboratório da MH Equipamentos (modelo MH-50H), disponível na Divisão de Materiais (AMR) do Comando-Geral de Tecnologia Aeroespacial (CTA). A mistura entre as fibras do bagaço de cana e o polímero foi preparada dentro da cápsula bipartida, com arrefecimento de água. As palhetas de homogeneização giraram com, aproximadamente, 2600 rpm na primeira velocidade e 5250 rpm na segunda, tornando o processo de homogeneização rápido. A primeira velocidade serviu para tirar o motor e o eixo do ponto de inércia e a segunda para misturar os materiais. E é neste momento que o equipamento foi desligado para que não ocorresse a degradação do material.

Para a obtenção dos compósitos, primeiramente as fibras modificadas foram secas em estufa a 50 ºC por 3 h. O PP também foi seco à mesma temperatura, porém por 1 h. Posteriormente, os materiais foram pesados nas proporções de 5 a 20% (m/m) de fibras. Foi preparado cerca de 400 g de cada material compósito em bateladas de 50 g no homogeneizador de plásticos, como evidenciado na Figura 34.

Figura 34 - Homogeneizador de plásticos.

O tempo de mistura de cada compósito obtido também foi cronometrado. Após a mistura, o material fundido passou entre rolos de aços inox (calandras), seguido de resfriamento com imersão em água, como observado na Figura 35.

Figura 35 – Calandras.

Após a imersão em água os compósitos foram moídos em moinho granulador (RONE) até passar por peneira de 13 mm e secos em estufa a 50 ºC por 3 h (Figura 36).

Figura 36 – Moinho granulador (RONE).

Os compósitos moídos previamente secos foram injetados em molde contendo cavidades com dimensões específicas para ensaios mecânicos, utilizando

uma Injetora Jasot 300/130, disponível na Divisão de Materiais (AMR) do ComandoGeral de Tecnologia Aeroespacial (CTA), como observado na Figura 37.

Figura 37 – Equipamento para ensaios mecânicos, Injetora Jasot 300/130.

A Tabela 3 apresenta os compósitos os quais foram obtidos com diferentes proporções. Tabela 3 - Descrição dos compósitos de PP reforçados com fibras deslignificadas provenientes do bagaço de cana.

Amostra

Tipo de fibra

Quantidade de PP (%

Quantidade de reforço

reforçada

m/m)

(% m/m)

CB5%

Fibra deslignificada

CB10%

Fibra deslignificada

CB20%

Fibra deslignificada

8.3 Análise do Material

8.3.1 Ensaio mecânico de Tração

Os ensaios de tração foram realizados no Laboratório de Ensaios Mecânicos da EEL/USP, em um equipamento da marca EMIC (Figura 38). Para cada compósito avaliado, foram ensaiados cinco corpos de prova com dimensões de acordo com a norma ASTM D 638 – 03 com 13 mm de largura, 165 mm de comprimento e 3 mm de espessura. As propriedades mecânicas de resistência à tração e o módulo foram avaliadas.

Figura 38 - Máquina EMIC utilizada para o ensaio de tração

Os corpos de provas analisados apresentaram um aumento de 16% na resistência à tração, como mostra a tabela 4.

Tabela 4 – Resultados do ensaio de tração.

Amostras

Resistência à

Módulo de

Tração (MPa)

19.3  1.1

955.1  93.3

PP/FSB5%

22.9  1.4

1105.5  22.6

PP/FSB10%

23.0  0.6

1027.1  82.9

PP/FSB20%

22.3  0.8

1442.5  68.7

8.3.2 Ensaio mecânicos de Impacto

Os ensaios de impacto foram realizados utilizando uma máquina Pantec (Figura 39). Foram analisados cinco corpos de prova, com dimensões de acordo com a norma ASTM D 6110 - 06 com 12 mm de largura, 63,5 mm de comprimento e 12 mm de espessura. Foram avaliadas a energia absorvida ao impacto e a resistência.

Figura 39 - Máquina PANTEC utilizada para o ensaio de impacto.

A resistência ao impacto dos compósitos depende das fibras, da matriz, da interação fibra/matriz e as condições de teste. Os resultados experimentais na Tabela 5 podem ser explicados pela interação observada entre fibra e matriz durante o processo de mistura. O compósito (PP/FSG10% e PP/FSG20%) apresentou alta média de resistência ao impacto quando comparado a valores do polipropileno puro. Foi observado um aumento da resistência ao impacto em 45%. Este fato pode ser explicado pela boa relação entre as fibras e matriz.

Tabela 5 – Resultados do ensaio de impacto.

Amostras

Resistência (J.m-1)

36,1  1,1

PP/FBC5%

32,7  6,0

PP/FBC10%

45,0  0,1

PP/FBC20%

52,5  0,6

8.3.3 Ensaio mecânico de Flexão

Neste ensaio foi utilizado um equipamento EMIC, a uma velocidade de 10 mm.min-1 e com uma célula de carga de 500 kgf. Foram analisados cinco corpos de prova, com dimensões de acordo com a norma ASTM D 790 – 03 com 13 mm de largura, 130 mm de comprimento e 6 mm de espessura. Foram avaliadas também as propriedades mecânicas de resistência à flexão e módulo de elasticidade em flexão. O material apresentou 51% de resistência no módulo de elasticidade em relação ao PP (Tabela 6). Tabela 6 – Resultados do ensaio de flexão.

Amostras

Resistência à

Módulo de

Flexão (MPa)

27.5  0.9

906  35.8

PP/FSB5%

34.8  2.9

1047.3  234.5

PP/FSB10%

35.5  3.6

960.7 139.2

PP/FSB20%

37.2  2.1

1200.8  112.9

8.3.4 Microestrutura dos materiais

As amostras das fibras in natura e modificadas quimicamente, e a superfície dos compósitos fraturados foram analisadas em um microscópio eletrônico de varredura JEOL JSM5310, disponível no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/INPE em São José dos Campos, operando de 15 a 20 kW e utilizando detector de elétrons secundários. As amostras foram fixadas em um suporte, com auxílio de uma fita de carbono autocolante dupla face e submetidas ao recobrimento metálico com ouro.

8.4 Geração de Alternativas

Para iniciar o desenvolvimento de criação e geração de alternativas foram definidos os pontos positivos e negativos do porta-luvas do carro Fox, com o objetivo de modificar as partes mais precárias em conforto e funcionalidade, porém mantendo as partes já existentes que apresentam estas características. Na tampa do porta-luvas é visível a falta de acessórios que possibilitam que o consumidor tenha mais conforto em seu carro. No entanto, apresenta um dispositivo para abertura mais próximo ao motorista quando comparado aos carros em geral, o que facilita a movimentação do motorista sem que o mesmo perca o ponto de visão ao dirigir, como evidenciado na Figura 40.

Figura 40 – Porta-luvas do modelo Fox.

8.4.1 Desenvolvimento

Após a escolha do porta-luvas como foco do projeto foram desenhados alguns modelos de acessórios para inserir na tampas do porta-luvas, não modificando os traços, para não perder o padrão do Fox, e mantendo alguns itens que foram julgados bem elaborados.

Para a elaboração dos desenhos serviram como fonte de inspiração a parte interna dos porta-luvas dos modelos mais populares da marca Peugeot, como evidenciado na Figura 41.

Figura 41 – Porta-luvas de carros da marca Peugeot.

Como foi observado, existe um mecanismo para abertura da tampa, acoplado à parte interna,como mostra a Figura 42, que foi analisado e ocupa muito espaço. Primeiramente foram estudados métodos para diminuir este mecanismo, porém o mecanismo foi avaliado como eficaz para a abertura lateral na tampa, pois é segura e evita a abertura com qualquer tipo de impacto.

Figura 42 – Mecanismo interno para abertura do porta-luvas integrado à tampa.

Foram desenhados vários modelos de acessórios para a parte interna e externa da tampa do porta-luvas, e foi utilizado o método da caixa morfológica (Figura 43) que é uma técnica que consiste em combinar várias idéias, num determinado período, de forma criativa e consistente a fim de decompor um conceito ou um problema nos seus elementos nucleares (COSTA, 2009). Esta técnica esteve presente na geração de alternativas para as formas dos portas-óculos, porta-moedas e porta-cartões e a pega foi determinada a partir da boa ergonomia e melhor funcionalidade para a abertura do porta-moedas na parte externa da tampa. Essa geração teve como embasamento as linhas do carro, para seguir o mesmo estilo.

Figura 43- Caixa morfológica.

O próximo passo foi a combinação de cada acessório para verificar quais se encaixavam melhor no porta-luvas. A primeira combinação feita foi A3 + B1 e B2 (Figura 44).

Figura 44- Combinação de acessórios 1.

A segunda combinação feita foi B3 + C1 e A2 (Figura 45).

Figura 45 – Combinação de acessórios 2.

A terceira combinação foi C3 + A1 e C2 (Figura 46).

Figura 46 – Combinação de acessórios 3.

8.4.2 Análise de Alternativas

Os desenhos foram analisados para a aplicação após o desenvolvimento das alternativas, a fim de definir seus pontos positivos e negativos. Na primeira combinação o porta-cartão apresenta uma boa segurança quando a tampa estiver fechada, para prender os cartões. O porta-óculos possui uma boa abertura para a colocação e retirada dos óculos com os dedos, um design interessante, e uma ergonomia funcional. O porta-moeda segue as linhas retas com os cantos arredondados, o que faz com que se adapte ao restante do carro, e apresenta um mecanismo interessante para abertura. Na segunda combinação possui um porta-cartões com boa ergonomia, e também um design que segue as linhas do Fox, sendo um item de grande

probabilidade de ser escolhido. O porta-óculos tem uma boa ergonomia porém as linhas fogem do padrão do Fox e o porta-moedas não possui linhas arredondadas como pede o segmento das linhas do Fox. Na terceira combinação o porta-cartões é bastante funcional, pois segura os cartões com o porta-luvas fechado e mesmo que exista qualquer tipo de impacto, além

apresentar

linhas

arredondadas.

porta-óculos

possui

linhas

arredondadas, um design interessante e funcionalidade, e o porta-moedas também possui linhas que se adéquam ao restante do carro e apresenta funcionalidade.

8.4.3 Escolhas de Alternativa

Foram escolhidas duas alternativas para desenvolver o produto final, as melhores foram a 1ª e 3ª alternativa. Assim a partir destas alternativas escolhidas foram feitas outras combinações para o desenvolvimento da escolha final. As duas alternativas apresentam linhas coerentes ao carro Fox, e boa ergonomia. A parte da pega do porta-moedas na 3ª alternativa, como mostra a Figura 47, teve que ser descartada, pois ficaria exposta ao lado de fora, podendo causar grandes riscos ao carona. Sistema de abertura para o porta-moedas

Figura 47 – Porta-moedas da 3ª geração de alternativas.

Porém a forma do porta-moeda apresenta as melhores linhas para acompanhar o design o carro. Já a pega da 1ª alternativa (Figura 48), é de grande funcionalidade e não ficaria exposta. Sistema de abertura para o porta-moedas

Figura 48 – Porta-moedas da 1ª geração de alternativas.

Por isso para alternativa final, foram escolhidas a pega da 1ª alternativa e a forma da 3ª para o porta-moedas. Os porta-óculos das duas alternativas apresentam linhas arredondadas, porém a 1ª apesar de ser mais reta na parte superior, apresenta um design esportivo e funcionalidade, por isso foi a escolhida para o produto. Já o porta-cartão não foi determinado como um item de grande importância, por isso foi retirado do projeto. Foram feitas as últimas alterações para a adaptação dos acessórios ao carro escolhido, como mostra a figura 49, onde pode ser visto que a presilha para papéis e cartões, e os clips para caneta foram mantidos, porém transferidos de lugar para melhor funcionalidade dos itens.

Figura 49 – Alternativa Final.

8.5 Detalhamento Técnico da Alternativa Escolhida

8.5.1 Materiais Escolhidos

Os materiais definidos para serem inseridos no produto final foi o compósito polimérico de polipropileno reforçado com fibra do bagaço de cana-de-açúcar na parte interna da tampa, o polímero puro para a parte externa, e uma tela sintética para acabamento dos acessórios, como mostra a Figura 50.

Tela sintética

PP puro sem textura

PP puro com textura

Tela sintética

PP + fibra de cana-de-açúcar

Figura 50 – Detalhamento de materiais.

8.5.2 Acabamento

Foi definida a inserção de uma tela sintética na parte interna do porta-moedas, e para a acomodação do óculos com segurança no porta-óculos (Figura 51 e 52), dispensando a utilização de mais material plástico nos porta-objetos, e propiciando melhor acomodação dos objetos. Para a fixação das telas na parte interna de cada porta-objeto foram desenvolvidas placas de 0,10 cm de altura a partir do material compósito.

Figura 51 – Porta-óculos com tela sintética.

Figura 52 – Porta-moeda com tela sintética.

8.5.3 Custo com a fibra do bagaço de cana-de-açúcar

A matéria prima utilizada neste projeto tem o custo zero, pois são resíduos de agroindústrias e indústrias de bioetanol. Com isso, calculou-se o valor da tampa do porta-luvas com o compósito inserido, diminuindo de seu total de matéria prima a porcentagem de fibra.

Como evidenciado na Tabela 7, foram feitos os cálculos com 5, 10 e 20% m/m da fibra inserida no polímero utilizado na montagem da peça.

Tabela 7 – Custo da tampa do porta-luvas com fibra.

Valor

PP puro

PP + 5% de fibra

PP + 10% de fibra

PP + 20% de fibra

32,68

32,56

32,43

32,17

8.5.4 Dimensões

As dimensões do produto foram determinadas de acordo com ergonomia e funcionalidade dos acessórios. O porta-moedas tem a medida de 6,60 cm e 10,20 cm de largura, com uma abertura central, onde foi determinada a medida de 1,80 cm de largura e 1,50 cm de altura como manda a ergonomia. O porta-óculos possui 16,00 cm de largura e 5,50 cm de altura. Para a adaptação dos acessórios na tampa do porta-luvas a parte de dentro foi estendida, para que fosse possível a inserção dos itens.

8.5.5 Mecanismo de abertura

Foi desenvolvido um mecanismo para a abertura externa do porta-moedas (Figura 53). O sistema foi inspirado em travas de caixas de porta-óculos. É um sistema simples utilizando somente plástico, e a trava funciona a partir de um alto relevo em um das peças que se encaixa na outra. Como mostra a Figura 54.

Figura 53- Tampa do porta-moedas fechado.

Figura 54 â&#x20AC;&#x201C; Tampa do porta-moedas aberto.

8.6 Desenho Técnico

Depois da alternativa e medidas definidas, foi feito o desenho técnico da tampa do porta-luvas com os acessórios inserido na escala de 1:2 e cotados em centímetros, que mostraram a planificação das vistas frontal e lateral, como mostram a Figura 55 na página XX em anexo. Os acessórios inseridos foram cotados separadamente para melhor detalhamento das medidas. O porta-moedas foi planificado em vista frontal e vista lateral esquerda em escala 2:1 (Figura 56, Página XX) e o porta-óculos em vista frontal e lateral direita em escala 1:1 (Figura 57, Página XX), ambos em centímetros. Todos os desenhos técnicos estão representados no 3º diedro, e foram desenvolvidos em folhas A3.

8.7 Rendering

Após o desenho técnico pronto, e todas as medidas definidas foi feito um rendering para melhor visualização da parte externa e interna da tampa do portaluvas, como mostram as Figuras 59 e 60.

Figura 59 â&#x20AC;&#x201C; Rendering da parte externa da tampa do porta-luvas.

Figura 60 â&#x20AC;&#x201C; Rendering da parte interna do porta-luvas.

CONCLUSÃO

Como foi dito ao longo do trabalho, as indústrias automobilísticas estão em um processo de evolução constante, e assim todas elas tendem a projetar produtos sustentáveis para se adequarem ao novo mercado. Hoje, quem não se adapta à sustentabilidade não consegue lugar no mercado e apesar do projeto ser focado somente em um porta-luvas, esta iniciativa já influencia significantemente para a redução de peso nos automóveis e matéria-prima derivada do petróleo. Além de preservar o meio ambiente, o consumidor necessita de conforto, com isso o projeto focou em aumentar e acrescentar acessórios ao porta-luvas do carro Fox da marca Volkswagen. Em relação ao redesign do produto, foram seguidas as mesmas linhas do restante do carro, para não diferenciar do modelo. Foram utilizados estudos ergonômicos para projetar cada acessório inserido. O material utilizado em seu interior foi um compósito polimérico de fibras do bagaço da cana-de-açúcar inseridos como reforço, e a coloração foi mantida a original. Concluiu-se que o objetivo foi alcançado, pois foi aplicado o ecodesign redesenhando o porta-luvas do carro Fox, utilizando resíduos de agroindústrias, como fonte de matéria-prima sustentável, além dos acessórios acrescentados no interior do porta-luvas para maior conforto do consumidor. O projeto também mostrou com clareza que para prevenirmos as futuras gerações, deve-se preservar o meio ambiente desde já, e um designer como profissional, deve acima de tudo respeitar as leis da natureza, com isso é necessário para um designer o conhecimento, não só dos métodos e processos projetuais, mas também tudo o que o engloba, os materiais existente e os danos que ele poderá conceder além dos seus métodos de reciclagem.

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Figura 56 â&#x20AC;&#x201C; Desenho TĂŠcnico do porta-moedas.

Figura 57 – Desenho Técnico do Porta-óculos.

Figura 58 â&#x20AC;&#x201C; ReferĂŞncia a itens na tampa do porta-luvas.