O processo adotado pela Continental Mabor para a produção de um pneu está estruturado em cinco fases, cujas designações, entradas (inputs) e saídas (outputs) se ilustram no esquema da Figura 4 e explicam sucintamente abaixo:
(1) a Misturação, que visa a obtenção de uma camada homogénea e paletizada, designada por “composto final”, através da combinação de matérias-primas como a borracha, o negro de fumo e o enxofre;
(2) a Preparação, que, partindo do composto final e recorrendo a operações de extrusão ou calandragem, permite, respetivamente, a produção de pisos, de paredes e dos elementos do talão, e a produção de camadas internas, de cintas metálicas, de cap ply e de cintas têxteis;
(3) a Construção do “pneu em verde” (ou “pneu em cru”), o qual resulta da ação sequencial de dois tipos de máquinas que combinam os diversos elementos do pneu;
(4) a Vulcanização, que permite a transformação do “pneu em verde” no produto final, com recurso a prensas e a moldes, que conferem ao pneu uma forma consistente e definem o seu padrão característico;
(5) a Inspeção Final, que é a fase em que os pneus, através da realização de testes visuais, testes à uniformidade e testes ao balanceamento, são classificados como pneus para equipamento original (OE) ou pneus para mercado de substituição (MS) ou, ainda,
Figura 4 - Fases principais do processo de produção de um pneu
3.2.1 Matérias-primas
Previamente ao início do processo produtivo, é fundamental garantir a existência, no armazém de matérias-primas, das substâncias químicas e dos materiais necessários, sobretudo, às fases de misturação e de preparação. A seleção das matérias-primas deve observar uma análise prévia rigorosa, tendo em atenção critérios como as características físico-químicas, facilidade de manuseamento ou processamento e impacto em termos de saúde, segurança e ambiente.
Os compostos produzidos na fase de misturação exigem a combinação de diversas matérias- -primas, nomeadamente:
(1) a borracha, que é o componente base dos compostos, pode ser natural ou sintética. A borracha natural é obtida através da extração de látex (líquido de aparência leitosa) do caule das árvores de Seringueira, que é ulteriormente coagulado através da adição de ácido e, finalmente, moldado em blocos. A borracha sintética é proveniente de derivados de petróleo, existindo vários tipos, nomeadamente a borracha de estireno-butadieno (SBR), a borracha de polibutadieno (BR), a borracha butílica (IIR), cada um com características próprias e dependentes dos copolímeros que os constituem;
(2) o negro de fumo, a sílica e o carbonato de cálcio, que são classificados como “enchedores”, têm como função o reforço das propriedades desejadas (dureza, resistência ao desgaste, entre outras) para o composto final, a fim de cumprir os parâmetros e especificações estabelecidos;
(3) os óleos e outros aditivos que se constituem como ajudantes de processamento visam promover uma misturação mais eficaz (maior adesão) e mais eficiente (menor consumo de energia) das matérias-primas, bem como reduzir a fricção durante as operações de extrusão e calandragem, diminuindo, assim, o risco de pré-vulcanização do composto; (4) o agente de vulcanização (in casu, o enxofre) promove o estabelecimento de ligações
permanentes entre as cadeias de borracha, conferindo a esta uma estrutura tridimensional definitiva;
(5) os ativadores, como o estearato de zinco (que resulta da reação química entre o óxido de zinco e o ácido esteárico), combinados com os aceleradores (substâncias formadas por aminas, guanidinas, sulfenamidas, entre outras), favorecem a reação de vulcanização, cuja taxa é influenciada pela quantidade destes elementos no composto.
3.2.2 Misturação
O processo de misturação contempla duas fases, resultando da primeira os compostos designados de “masters” e da segunda os compostos “finais”. A diferença existente na classificação dos compostos reside no facto dos primeiros ainda não terem incorporados na sua composição os elementos que promovem a vulcanização (enxofre, ativadores e aceleradores). Apresenta-se, infra, a descrição, suportada no esquema ilustrativo da Figura 5, da sequência de operações de uma instância típica da fase de produção de masters, sendo a segunda fase em
Misturação Preparação Construção Vulcanização Inspeção
Final Pneus vulcanizados Pneus em cru (resultantes da montagem dos vários elementos) Elementos dos pneus (pisos, paredes, componentes do talão, camadas internas, cintas metálicas, cap ply,
cintas têxteis) Composto final extraído em camada (Masters e Finais) Matérias-primas (borracha, negro de fumo, sílica, óleos, enxofre, entre outros) Pneus classificados como OE, MS ou scrap
tudo semelhante, com exceção das matérias-primas, uma vez que os compostos finais são produzidos a partir dos masters.
Figura 5 - Esquema ilustrativo do processo de misturação, adaptado de Continental (2015)
Algumas matérias-primas, como o negro de fumo, a sílica e os óleos, são armazenadas em silos, que alimentam diretamente (D) a câmara de misturação, enquanto outras (B), como a borracha e os pigmentos (substâncias químicas no estado sólido e com forma granular, como, por exemplo, antioxidantes), são colocadas pelo operador sobre o tapete rolante (A), que as transporta para a câmara de misturação. Na câmara de misturação (E), a ação do martelo – acionado por um sistema hidráulico –, conjugada com a ação de dois rotores que se interpenetram, assegura a combinação das matérias-primas, originando um composto que é recolhido, através de uma conduta, pela extrusora (F) acoplada ao misturador.
A extrusora, constituída por dois parafusos que funcionam em direções opostas, permite a homogeneização do composto, o qual é posteriormente enviado para a calandra, que o perfila numa camada contínua de espessura regulável e largura pré-definida. Esta camada passa, de seguida, num tanque que contém um soluto antiaderente (G) e é temporariamente acumulada (batch-off) a fim de permitir o seu arrefecimento e a secagem do soluto (H). Finalmente, a camada é colocada sobre uma palete, isto é, ocorre a paletização (I).
3.2.3 Preparação: calandragem e demais processos
A fase de preparação constitui-se como a mais abrangente, englobando todos os processos que asseguram a transformação do composto final produzido na misturação nos elementos que, na fase de construção, são combinados para formar o pneu em verde. Nesta secção, explica-se mais detalhadamente o processo de calandragem, por constituir um dos focos principais do projeto de dissertação, fazendo-se, no final, uma breve referência aos demais processos da fase de preparação.
De forma genérica, na calandragem, um determinado material é impregnado noutro. No âmbito da produção de pneus, verifica-se a impregnação de uma tela têxtil ou metálica em borracha, por intermédio de um conjunto de rolos que são dispostos de maneira a formar simultaneamente duas camadas de borracha – uma superior e outra inferior – no interior das quais é impregnada
Passadeira de alimentação (balança)
Matérias-primas (borracha, pigmentos, etc.)
Paletização Parafuso (extrusão) Passadeira de alimentação Câmara de misturação (CM) Acumulação para arrefecimento Banho em soluto antiaderente Alimentação da CM
uma tela. A análise conjunta da Figura 6 e da Figura 7 – que correspondem, respetivamente, à representação de uma linha de calandragem têxtil e a um esquema simplificado da calandragem de material metálico – permite perceber o encadeamento de equipamentos e operações inerentes ao processo de calandragem.
Figura 6 - Linha de calandragem têxtil, adaptado de Continental (2015)
Uma linha de calandragem, independentemente do tipo de material impregnado, contempla, como representado na parte superior da Figura 6, uma extrusora (A) e dois moinhos (B), um de homogeneização e outro de aquecimento ou alimentação, que aquecem o composto final produzido na misturação. A tela têxtil, que é fornecida em rolos (C), podendo ser constituída por poliéster, rayon ou nylon, também é aquecida previamente à impregnação (F). Após a operação de impregnação (G), a camada calandrada é arrefecida (H) e, finalmente, enrolada (J) em torno de um material têxtil de forma a não colar. Ao longo da linha de calandragem existem zonas de acumulação (E e I), em que a tela ou a camada calandrada são dispostas em loop, a fim de evitar a paragem da máquina aquando da mudança de rolo, a qual exige a emenda das telas (D).
Alimentação por paletes de composto Pré aquecimento do composto na extrusora A
Moinhos de homogeneização dos compostos B
Rolos de tecido em verde (tela) C
Prensa para criar a emenda aquando da troca de rolos em verde D
Acumulador de tela para prevenir a paragem da máquina na troca dos rolos E
Câmara de aquecimento do tecido em verde F
Calandra de 4 rolos O composto pré aquecido é forçado a passar entre os rolos de cima e de baixo.
O têxtil é impregnado no centro.
G J Enrolamento da camada calandrada
Estação de arrefecimento H
Acumulador de camada calandrada I Bobinas Cooling Accumulate Rolo de camada calandrada Estação de enrolamento Liner Moinho de aquecimento Acumulação Composto Arrefecimento Impregnação Corda metálica Rolos da calandra Sala “Creel”
Relativamente ao processo de calandragem de material metálico, esquematizado na Figura 7, a principal diferença consiste na forma como esta matéria-prima é fornecida. Ao contrário da tela têxtil que surge em rolos, o material metálico é fornecido em bobinas de cordas metálicas, que são armazenadas numa sala com temperatura e humidade controladas (creel room). A tela metálica resulta da passagem das cordas das bobinas por fieiras que as alinham e permitem a formação de uma camada relativamente contínua de material metálico. O enfiamento das fieiras é um processo manual e, consequentemente, moroso, uma vez que cada tela metálica é formada por mais de mil cordas.
A camada calandrada é posteriormente cortada em máquinas próprias. Dependendo do material impregnado ser metálico, nylon ou rayon, o corte da camada dará origem, respetivamente, a cintas metálicas, cap ply e cintas têxteis. Se o material impregnado for poliéster, o seu corte poderá resultar em cap ply ou cintas têxteis.
Na fase de preparação, estão ainda compreendidos os processos que permitem a produção (1) de pisos e paredes, (2) de camadas internas e (3) dos elementos dos talões, que se descrevem brevemente:
(1) A produção de pisos e paredes é realizada através do processo de extrusão. O composto final da misturação é sujeito à ação mecânica dos parafusos das extrusoras, que elevam a sua temperatura e promovem a sua movimentação, por pressão, através de uma fieira (placa de metal que define a secção transversal dos pisos e das paredes). O perfil de borracha resultante é posteriormente arrefecido por um banho de água, cortado de acordo com o comprimento especificado e colocado em carros de placas metálicas; (2) A camada interna é produzida em roller head extruders. A borracha é submetida a uma
operação de extrusão, sendo diretamente libertada para o centro de um conjunto de dois rolos que definem a espessura da camada, sendo posteriormente cortada de acordo com o comprimento especificado;
(3) O fabrico do talão estrutura-se em duas fases: a extrusão da cunha e o batimento desta no núcleo.
3.2.4 Construção, Vulcanização e Inspeção final
Na fase de construção, os elementos estruturais do pneu, cujos processos de fabrico individuais foram descritos na secção anterior, são combinados para formar o “pneu em verde”, isto é, o pneu não vulcanizado. Nesta fase, intervêm sequencialmente dois tipos de máquinas, que constituem os módulos de construção: as Karkasse Maschine (KM), que, por montagem da camada interna, da tela têxtil, do talão e das paredes laterais, constroem a carcaça, e as Process
Unit (PU)7, que produzem o “pneu em verde”, combinando, por esta ordem, a carcaça, a cinta
metálica, o cap ply e o piso.
Através de transportadores automáticos, os pneus em verde deixam os módulos de construção e seguem para as cabines de pintura, onde são lubrificados interiormente, com o objetivo de prolongar o ciclo de vida do diafragma, que é um dos componentes das prensas responsáveis pelo processo subsequente, a vulcanização, e que permite contornar o facto do pneu em verde não poder suportar diretamente o vapor de vulcanização, servindo, assim, de condutor de calor. Como referem Kumar e Nijasure (1997), a vulcanização permite transformar a borracha num material duro e firme através da ligação cruzada das suas cadeias poliméricas. Este processo consiste na combinação, a temperaturas entre os 140 ºC e os 180 ºC, de borracha com enxofre (agente de vulcanização) e outras substâncias (ativadores e aceleradores que promovem a
7 As máquinas são designadas em idiomas distintos (KM em alemão e PU em inglês) em razão da origem diversa
reação e, simultaneamente, permitem controlá-la, conferindo ao processo maior previsibilidade em termos das características finais).
Depois dos pneus em verde estarem lubrificados, estes são encaminhados para as prensas de vulcanização. Os pneus são, então, moldados e vulcanizados, nas prensas, que expõem o “pneu em verde” a elevadas temperaturas e pressões, durante um período de tempo definido. Os moldes utilizados conferem a forma e a consistência finais do pneu, incluindo o padrão do piso. Finalmente, os pneus vulcanizados são inspecionados a 100%, a fim de lhes ser atribuída a classificação de OE (pneus para equipamento original), MS (pneus para mercado de substituição) ou, ainda, scrap. A inspeção final consubstancia-se na realização de testes visuais, testes à uniformidade e testes ao balanceamento, os quais permitem avaliar características como o aspeto, a geometria e a qualidade dos elementos individuais que constituem o pneu.
3.2.5 Outras considerações sobre o processo produtivo
Na Continental Mabor, existe um acompanhamento transversal da qualidade ao longo de todo o processo produtivo, quer por intermédio do autocontrolo dos operadores, quer por ação de inspetores de processo, com vista a identificar precocemente não conformidades. Estas podem ser classificadas em três tipos, que se elencam infra por ordem crescente de gravidade:
(1) rework, quando o material ou produto intermédio ou final não cumpre os requisitos ou especificações, mas pode ser retrabalhado;
(2) workoff, quando o material não cumpre os requisitos ou especificações, não pode ser retrabalhado, mas pode ser reintroduzido no processo produtivo como matéria-prima do composto produzido na misturação;
(3) scrap ou desperdício, quando o produto intermédio ou final não cumpre os requisitos ou especificações, não pode ser retrabalhado nem reintroduzido no processo produtivo.