Análise de viabilidade técnico-econômica da utilização de alumínio na estrutura de uma carruagem

Abstract

O presente trabalho dispõe de uma análise de viabilidade técnico-econômica do emprego de uma liga de alumínio como material base para a concepção da estrutura de uma carruagem. Como objetivos principais, o trabalho consistiu em analisar a segurança da carruagem quanto à sua utilização por passageiros e o custo/benefício da escolha do alumínio como matéria prima estrutural em detrimento de aço carbono. A metodologia para a análise técnica envolveu o software Autodesk® Inventor® para o dimensionamento e modelagem da carruagem; o Método dos Elementos Finitos (MEF) em conjunto com o ambiente de simulação estática do Autodesk® Inventor® e a teoria de von Mises para a aplicação de cargas estáticas sobre sua estrutura e obtenção das tensões internas associadas quando o alumínio EN AW 6061-T6 é utilizado como material construtivo. Quanto a análise econômica, foi utilizada a metodologia de pesquisa de mercado com o intuito de obter o preço médio do alumínio EN AW 6061-T6 e o aço carbono SAE 1020. Os resultados obtidos com a simulação mostraram que algumas seções estruturais apresentam tensões internas maiores que a tensão de escoamento do material, indicando a falta de integridade mecânica e segurança operacional; os preços obtidos através da pesquisa indicam que o alumínio é em média 150% mais caro que o aço carbono. A análise técnica concluiu que a carruagem estudada necessita de modificações em seu design para que seja viabilizada a utilização do alumínio EN AW 6061-T6 ao projeto; o estudo econômico mostrou que a escolha do alumínio como matéria prima depende do contexto em que o projeto da carruagem está inserido e mostra-se viável quando o fator financeiro não é um dos elementos principais a serem considerados para sua execução.

This paper provides a technical and economic feasibility analysis of using an aluminum alloy as the base material for designing the structure of a carriage. The main objectives were to analyze the safety of the carriage for use by passengers and the cost/benefit of choosing aluminum as the structural raw material over carbon steel. The methodology for the technical analysis involved the Autodesk® Inventor® software for sizing and modeling the carriage; the Finite Element Method (FEM) in conjunction with the Autodesk® Inventor® static simulation platform and the von Mises theory for applying static loads to its structure and obtaining the associated internal stresses when EN AW 6061-T6 aluminum is used as the construction material. As for the economic analysis, the market research methodology was used to obtain the average price of EN AW 6061-T6 aluminum and SAE 1020 carbon steel. The results obtained from the simulation showed that some structural sections have internal stresses greater than the yield stress of the material, indicating a lack of mechanical integrity and operational safety; the prices obtained from the research indicate that aluminum is on average 150% more expensive than carbon steel. The technical analysis concluded that the carriage studied requires modifications to its design in order to make the use of EN AW 6061-T6 aluminum feasible for the project; the economic study showed that the choice of aluminum as a raw material depends on the context in which the carriage project is inserted and proves to be feasible when the financial factor is not one of the main elements to be considered for its execution.