UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
ÁUREA DE PAULA MEDEIROS E SILVA
ESTUDO DO PERFIL TÉRMICO DE FORNOS DO TIPO
“CAIPIRA” UTILIZADOS PELO SETOR DE CERÂMICA
VERMELHA EM PARELHAS NA REGIÃO DO SERIDÓ-RN
ÁUREA DE PAULA MEDEIROS E SILVA
ESTUDO DO PERFIL TÉRMICO DE FORNOS DO TIPO
“CAIPIRA” UTILIZADOS PELO SETOR DE CERÂMICA
VERMELHA EM PARELHAS NA REGIÃO DO SERIDÓ-RN
Dissertação apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, na área de concentração com a linha de pesquisa em Manejo e Utilização dos Recursos Florestais, para obtenção do título de Mestre.
Orientadora: Profa. Dra. Rosimeire Cavalcante dos
Santos
Silva, Áurea de Paula Medeiros e.
Estudo do perfil térmico de fornos do tipo “caipira” utilizados pelo setor de cerâmica vermelha em parelhas na região do Seridó-RN / Áurea de Paula Medeiros e Silva. - Macaíba, RN, 2014.
113 f.
Orientador (a): Profa. Dra. Rosimeire Cavalcante dos Santos.
Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais). Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. Programa de Pós- Graduação em Ciências Florestais.
1. Cerâmica - Indústria - Dissertação. 2. Forno - Caipira - Dissertação. 3. Madeira - Dissertação. I. Santos, Rosimeire Cavalcante dos. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. III. Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias Campus Macaíba. IV. Título.
RN/UFRN/BSPRH CDU: 666.3/.7
Divisão de Serviços Técnicos Catalogação da Publicação na Fonte.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, pela força e coragem que me impulsionou a alcançar mais uma conquista.
À minha mãe, por acreditar, e me dar força, em todos os momentos da minha vida, meu eterno agradecimento.
Aos proprietários da cerâmica Esperança, Carlos Santana Oliveira e Edanira Medeiros de O. Cirne pelo apoio e pela liberação do pátio fabril para o desenvolvimento da pesquisa.
Aos colegas de curso, Rodrigo, Mario, Mirela, Gilton, Adna e Albanita pela ajuda durante o curso.
À Andréia e Laura minhas colegas de pesquisa de campo, meu agradecimento pela companhia em todos os momentos difíceis, e por me aguentar.
Aos bolsistas Marcelo, Raunny e Alex, alunos do curso de Graduação em engenharia florestal pela grande ajuda em campo e por toda dedicação e paciência.
A minha tia Nenzinha e meus primos Moisés e Mateus pela acolhida durante dois anos em sua casa e por tudo que fizeram nesse período por mim.
Aos professores e professoras do Programa de Pós-Graduação e Ciências Florestais, pelos ensinamentos, e ao professor Alexandre agradeço pela confiança e incentivo, e de quem guardei as palavras: “Devemos procurar pessoas que abram portas”, meu agradecimento.
Ao professor Renato Vinícius Oliveira Castro, Renatinho da Universidade de Brasília, que mesmo sem conhecer pessoalmente, sempre foi prestativo, educado, dando assistência no desenvolvimento do trabalho, sempre que necessário.
Às professoras Angélica de Cássia Oliveira Carneiro da Universidade Federal Viçosa, e Edna Moura Pinto, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, pelos ensinamentos, gentileza e a ajuda que prestaram durante todo o trabalho.
A Eranilson, e a todos os demais funcionários da Escola Agrícola de Jundiaí pelo apoio que sempre prestaram.
Ao engenheiro do Instituto Federal do Rio Grande do Norte, Haroldo, e ao professor da Universidade Estadual do Rio Grande do Norte, Josué de Castro, pela ajuda que sempre prestaram nos desenhos técnicos do trabalho.
Aos alunos do laboratório de Engenharia de Materiais da UFRN, Jean, Hudson e Graciele, pela ajuda na análise da argila.
A Capes pela concessão da bolsa de estudos.
À professora Rosimeire pela orientação, pelas parcerias conquistadas e por todas as portas abertas, pelos ensinamentos, e por toda paciência do mundo que teve durante todo curso, só tenho agradecer.
A Ednaldo, pela ajuda, ensinamentos e paciência, meus sinceros agradecimentos. A Gláucia pela ajuda nas correções de português pela sua disponibilidade e boa vontade.
Aos meus irmãos que sem medirem esforços sempre ajudaram em minha vida e, particularmente, nessa fase.
A toda a minha família, e a minha tia Antônia.
A minha filha Sofia, que é minha vida, motivo de minhas vitórias todos os dias, e a Joaby, meu marido, pela compreensão e a paciência demonstrada em todos os momentos, e particularmente durante esses dois anos de curso.
Enfim, agradeço a todas as pessoas que contribuíram de alguma forma para que fosse possível alcançar esse sonho.
ÁUREA DE PAULA MEDEIROS E SILVA
ESTUDO DO PERFIL TÉRMICO DE FORNOS DO TIPO
“CAIPIRA” UTILIZADOS PELO S
ETOR DE CERÂMICA
VERMELHA EM PARELHAS NA REGIÃO DO SERIDÓ-RN
Dissertação apresentada à Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito parcial do Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais, na área de concentração com a linha de pesquisa em Manejo e Utilização dos Recursos Florestais, para obtenção do título de Mestre.
Dissertação aprovada em _______/_______/_______
BANCA EXAMINADORA
______________________________________ Dra. Rosimeire Cavalcante dos Santos.
Universidade Federal do Rio Grande do Norte Professora Orientadora
_______________________________________ Dr. Alexandre Santos Pimenta
Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte MEMBRO INTERNO
____________________________
Dr. Carlos Alberto Paskocimas
Professor da Universidade Federal do Rio Grande do Norte MEMBRO INTERNO
_____________________________
Dr. Renato Vinícius Oliveira Castro Professor da Universidade de Brasília/DF
RESUMO GERAL
O presente trabalho teve como objetivo geral caracterizar o perfil térmico de fornos tipo
“caipira” utilizados pelo setor de cerâmica vermelha em Parelhas, na região do Seridó/RN,
Palavras-Chave: Indústria Cerâmica, madeira como fonte de energia, Fornos do tipo
ABSTRACT GENERAL
The present study aimed to characterize the thermal profile of wood fired oven used by the red ceramic industry in Parelhas, in the Seridó region/RN, aiming to propose structural interventions that can contribute to increasing productivity and product quality, optimize wood consumption and mitigate existing losses during the burning process. The study was conducted at Cerâmica Esperança in the city of Parelhas -RN, Brazil, during the period from August 2012 to September 2013. Four treatments were performed with three replicates, ie, with, a total of 12 experimental units (burnings). In the first stage 4 treatments were performed with three replicates, totaling 12 experimental units (firings). In the second stage 2 treatments were performed with three replications, totaling 6 experimental units (firings). The physical characteristics of the wood were analyzed using standard NBR 11941 and NBR 7190 for basic density and moisture, respectively. The clay was used as a reference parameter for distinguishing treatments. For both the analysis and characterization was carried out using techniques of fluorescence X (XRF) rays, X-ray diffraction (XRD) analysis, particle size analysis (FA). In the first and second stages were monitored: the time during the firing process, the amount of wood used at each firing, the number of parts enfornadas for subsequent determination of the percentages of losses, but also product quality. To characterize the thermal profile of the oven, we measured the temperature at 15 points scored in the surface charge put into the oven. Measurements were taken every 30 minutes from preheat until the end of burning, using a pyrometer laser sight sighting from preheating until the end of burning. In the second step 12 metal cylinders distributed on the oven walls, and the cylinder end walls 8 of the furnace 2 and rollers on each side walls are installed equidistant to 17 cm from the soil and the surface 30 of the wall are installed. The cylinders distributed on the front were placed 50 cm above the furnace, and the base of the oven 20 cm distant from the ground. 10 also thermocouples were installed, and five thermocouples distributed 1.77 cm above the combustion chambers, and one thermocouple on each side, and three thermocouples in front of the oven. We carried out the measurements of the temperatures every 1 hour during the burning two hours in cooling the cylinders with a pyrometer and thermocouples for dattaloger. These were fixed with depth of 30 cm from the wall. After statistical analysis it was found that: the thermal profile of the furnace surface and at different heights was heterogeneous; and the ranges of density and moisture content of wood are within recommended for use as an energy source standards. We conclude that even at low temperatures reached during firing there was a significant production of good quality products, this is due to high concentrations of iron oxide and potassium oxide found in clay, which lowers the melting point of the piece. The average burn time for each step varied 650-2100 minutes wood consumption was on average 20 m3, product quality was on average 16% of first quality, 70% second, third and 5% to 10% loss . The distance between the wire and the surface of the oven was a significant parameter for all treatments, but with different variations, meaning that the wire should not be so generic and unique form, used as a criterion for completion of the burn process. The central part of the furnace was the area that reached higher temperature, and in a unified manner, with the highest concentration of top quality products. The ideal temperature curve, which provided the highest quality of ceramic products was achieved in the central part of the furnace
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1. LOCALIZAÇÃO DO MUNICÍPIO DE PARELHAS -RN.
47
FIGURA 2. FORNO CAIPIRA. 48
FIGURA 3. ABERTURAS PARA CARREGAMENTO DO FORNO. 49
FIGURA 4. AS CÂMARAS DE COMBUSTÃO. 49
FIGURA 5. PLANTA BAIXA DO FORNO CAIPIRA. 50
FIGURA 6. FIO DE COBRE SOBRE A CARGA ENFORNADA, UTILIZADO COMO REFERÊNCIA PARA CONTROLE DO PROCESSO DE QUEIMA
51
FIGURA 7. PONTOS DE AMOSTRAGEM PARA AFERIÇÃO DAS TEMPERATURAS AO LONGO DA SUPERFÍCIE DA CARGA.
54
FIGURA 8. PONTOS MARCADOS PARA AFERIÇÃO DAS DO FORNO.
55
FIGURA 9. PONTOS MARCADOS SOBRE A PAREDE DAS TEMPERATURAS AO LONGO DA SUPERFÍCIE DA CARGA.
55
FIGURA 10. PIRÔMETRO A LASER. REGISTRO DA TEMPERATURA. PIRÔMETRO, BATERIA E CAPA.
56
FIGURA 11- CLASSIFICAÇÃO DE TELHAS DE 1a, 2ª e 3a QUALIDADE E MAL QUEIMADAS.
57
FIGURA 12- DRX DA ARGILA 01 TRATAMENTO 1. 61
FIGURA 13 - DRX DA ARGILA 02 TRATAMENTO 2. 62
FIGURA 14 - DRX DA ARGILA 03 TRATAMENTO 3. 62
FIGURA 15 - DRX DA ARGILA 04 TRATAMENTO 4. 62
FIGURA 16. COMPARAÇÃO DAS TENDÊNCIAS D
TEMPERATURA DOS TRATAMENTO 1 A 4.
63
FIGURA 17. EQUAÇÕES DE TEMPERATURA MÉDIA EM FUNÇÃO DO TEMPO PARA OS TRATAMENTOS 1 A 4 UTILIZANDO UMA EQUAÇÃO LINEAR QUADRÁTICA.
65
FIGURA 18. RELAÇÃO ENTRE A DISTÂNCIA DO FIO E O TEMPO DE QUEIMA (A) E A TEMPERATURA (B).
67
FIGURA 19. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS DE
PRIMEIRA QUALIDADE E A TEMPERATURA MÁXIMA
ATINGIDA NO FORNO (A) E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA (B). AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05).
FIGURA 20. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS DE
SEGUNDA QUALIDADE E A TEMPERATURA MÁXIMA
ATINGIDA NO FORNO (A) E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA (B). AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05)
71
FIGURA 21. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS DE
TERCEIRA QUALIDADE E A TEMPERATURA MÁXIMA
ATINGIDA NO FORNO (A) E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA (B). AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05).
73
FIGURA 22. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS MAL QUEIMADAS E A TEMPERATURA MÁXIMA ATINGIDA NO FORNO (A) E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA (B). AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05)
75
FIGURA 23. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS QUEBRADAS E A TEMPERATURA MÁXIMA ATINGIDA NO FORNO (A) E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA (B). AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05).
77
FIGURA 24. RELAÇÃO ENTRE A TEMPERATURA MÉDIA NO
CENTRO DO FORNO EM FUNÇÃO DO TEMPO DE
AQUECIMENTO (PONTOS DE MEDIÇÃO 7, 8 E 9, LOCALIZADOS NA REGIÃO CENTRAL DA SUPERFÍCIE DO FORNO)
77
FIGURA 25. RELAÇÃO ENTRE A PORCENTAGEM DE TELHAS DE PRIMEIRA QUALIDADE COM A TEMPERATURA MÁXIMA ATINGIDA NA SUPERFÍCIE DO FORNO E A TAXA MÉDIA DE AQUECIMENTO PARA OS PONTOS DE MEDIÇÃO 7, 8 E 9, LOCALIZADOS NA REGIÃO CENTRAL DA SUPERFÍCIE DO
FORNO. AS EQUAÇÕES APRESENTADAS FORAM
SIGNIFICATIVAS PELO TESTE F (P<0,05).
FIGURA 1. IMAGENS DOS CILINDROS UTILIZADOS NA PAREDE DA FRENTE DO FORNO.
93
FIGURA 2. LOCALIZAÇÃO DOS 8 PONTOS DE INSTALAÇÃO DOS CILINDROS NA PARTE DA FRENTE DO FORNO.
94
FIGURA 3. LOCALIZAÇÃO DOS 2 PONTOS DE INSTALAÇÃO DOS CILINDROS NA LATERAL DO FORNO.
94
FIGURA 4. IMAGENS DO CILINDRO UTILIZADO NO FORNO .(A) VISTA DA EXTREMIDADE ABERTA.(B) VISTA DA LATERAL DA EXTREMIDADE FECHADA.(C) VISTA EXTREMA DO CILINDRO INSTALADO NA PAREDE DE UM FORNO.
94
FIGURA 5. TERMOPARES INSTALADOS NO FORNO PARA AFERIÇÕES DA TEMPERATURA.
95
FIGURA 6. FIOS INSTALADOS DOS TERMOPARES INSTALADOS NO FORNO NA PAREDE DE TRAS PARA AFERIÇÕES DA TEMPERATURA.
96
FIGURA 7. TERMOPAR UTILIZADO NA PESQUISA. 97
FIGURA 8. AFERIÇÃO DA TEMPERATURA COM TERMOPAR. 97
FIGURA 9 : QUALIDADE DA TELHA 98
FIGURA 10 - DRX DA ARGILA 01 TRATAMENTO 1 101
FIGURA 11 - DRX DA ARGILA 02 TRATAMENTO 2. 101
FIGURA 12. TEMPERATURA DURANTE A QUEIMA E RESFRIAMENTO - A. SUPERFÍCIE / TRATAMENTO 1; B. SUPERFÍCIE / TRATAMENTO 2; C. CILINDROS / TRATAMENTO 1; D. CILINDROS / TRATAMENTO 2; E. TERMOPAR / TRATAMENTO 1; F. TERMOPAR / TRATAMENTO 2
102
FIGURA 13. TEMPERATURA MÉDIA DURANTE A QUEIMA E RESFRIAMENTO - A. TRATAMENTO 1; B. TRATAMENTO 2
103
FIGURA 14. DISTÂNCIA MÉDIA DO FIO EM FUNÇÃO DO TEMPO DE QUEIMA. 108
104
FIGURA 14. QUALIDADE DOS PRODUTOS. 105
LISTA DE TABELAS
TABELA 1. DIAGNÓSTICO SOBRE O USO DA MADEIRA DA REGIÃO SERIDÓ
27
TABELA 2. TIPOS DE FORNOS CERÂMICOS NO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE
34
TABELA 3. DADOS SOBRE A INDÚSTRIA DE CERÂMICA ESPERANÇA - RN
48
TABELA 4. MÉDIAS DA DENSIDADE BÁSICA, UMIDADE E CONSUMO DA MADEIRA UTILIZADA NO EXPERIMENTO
58
T TABELA 5. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS DAS ARGILAS
60
TABELA 1. COMPARAÇÕES ENTRE AS CURVAS DE
TEMPERATURA MÉDIA DOS TRATAMENTOS I AO IV PELO TESTE DE IDENTIDADE DE MODELOS UTILIZANDO UMA EQUAÇÃO LINEAR QUADRÁTICA (P = 0,05)
99
TABELA 2. MÉDIAS DA DENSIDADE BÁSICA, UMIDADE E CONSUMO DA MADEIRA UTILIZADA NO EXPERIMENTO
99
TABELA 3. DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS DAS ARGILAS
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ANICER Associação Nacional da Indústria Cerâmica ABC Associação Brasileira de Cerâmica Vermelha
ANFACER Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica para Revestimentos, Louças Sanitárias e Congêneres
ADESE Agência de Desenvolvimento Sustentável do Seridó CTGÁS ER Centro de Tecnologia do Gás e Energias Renováveis IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
FEAM Fundação Estadual do Meio Ambiente
FIERN Federação da Indústria do Estado do Rio Grande do Norte SEBRAE Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas
INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial MME Ministério de Minas e Energia
SUMÁRIO
RESUMO 9
ABSTRACT 8
1 INTRODUÇÃO GERAL 19
2 REFERENCIAL TEÓRICO 21
2.1 CONTEXTO ENERGÉTICO 21
2.2 ASPECTOS HISTÓRICOS DA ATIVIDADE DE CERÂMICA 22
2.2.1 A Indústria Cerâmica no Brasil 24
2.2.2 A Indústria Cerâmica no Rio Grande do Norte 25 2.3 O PROCESSO PRODUTIVO DA CERÂMICA VERMELHA 27 2.4 FORNOS UTILIZADOS PARA QUEIMA DE PRODUTOS
CERÂMICOS
32
2.5 FORNOS DO TIPO “CAIPIRA” 33 2.6 CONSIDERAÇÕES SOBRE A MATÉRIA-PRIMA UTILIZADA
NA PRODUÇÃO DA CERÂMICA VERMELHA
35
2.7 PROPRIEDADES DA MADEIRA QUE INFLUENCIAM NO PROCESSO DE QUEIMA
36
2.7.1 DENSIDADE DA MADEIRA 36
2.7.2 TEOR DE UMIDADE DA MADEIRA 37
REFERÊNCIAS 38
CAPÍTULO I – AFERIÇÕES DE TEMPERATURAS NA SUPERFÍCIE DO FORNO DO TIPO CAIPIRA.
41
RESUMO 42
ABSTRACT 43
1 INTRODUÇÃO 44
2 OBJETIVO 45
3 MATERIAL E MÉTODOS 46
3.1 LOCAL DE ESTUDO 46
3.2 DESCRIÇÃO DO FORNO PARA REALIZAÇÃO DA PESQUISA 48 3.3 DETERMINAÇÃO DA UMIDADE E DENSIDADE BÁSICA DA
MADEIRA E CONSUMO DE MADEIRA DURANTE QUEIMA
51
3.5 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA 53 3.6 ANÁLISES QUÍMICAS POR FLUORESCÊNCIA DE RAIOS
X (FRX)
53
3.7 ANÁLISE QUÍMICA POR DIFRAÇÃO DE RAIOS X (DRX) 53 3.8 ANÁLISE DO PERFIL TÉRMICO NA SUPERFÍCIE DO
FORNO CAIPIRA E OS PARÂMETROS UTILIZADOS COMO CONTROLE DO PROCESSO DE QUEIMA
54
3.9 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO E O CONSUMO DE MADEIRA
57
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES 58
4.1 MATÉRIAS PRIMAS 58
4.1.1 Propriedades da Madeira 58
4.1.2 Característica da Argila 59
4.1.2.1 Análise Granulométrica 59
4.1.2.2 Análise Química por Fluorescência de Raios-X (FRX) 60 4.1.2.3 Análise Química por Difração de Raios-X (DRX) 61 4.2. TEMPERATURA NA SUPERFÍCIE DOS FORNOS 63 4.3 COMPORTAMENTO DA TEMPERATURA DO FORNO
CAIPIRA EM FUNÇÃO DO TEMPO
64
4.4 RELAÇÃO ENTRE A DISTÂNCIA DO FIO E O TEMPO DE QUEIMA
66
4.5 RELAÇÃO ENTRE A TEMPERATURA MÁXIMA ATINGIDA NO FORNO CAIPIRA E O TEMPO TOTAL DE QUEIMA E A PORCENTAGEM DA QUALIDADE DA TELHA PRODUZIDA
69
4.6 A RELAÇÃO DA QUALIDADE DA TELHA ENTRE A TEMPERATURA MÉDIA E O TEMPO DE QUEIMA
NA PARTE CENTRAL NOS PONTOS DE MEDIÇÃO 7, 8 E 9 DA SUPERFÍCIE DO FORNO
77
5. CONCLUSÕES 81
REFERENCIAS 82
CAPÍTULO II - AFERIÇÕES NA SUPERFÍCIE, NOS CILINDROS E TERMOPARES
85
ABSTRACT 87
1 INTRODUÇÃO 88
2 OBJETIVOS 89
3 MATERIAL E MÉTODO 90
3.1 DETERMINAÇÃO DA UMIDADE E DENSIDADE BÁSICA 90
3.2 CARACTERIZAÇÃO DA ARGILA 90
3.3 ANÁLISES GRANULOMÉTRICA 90
3.4 ANÁLISES QUÍMICAS POR FLUORESCÊNCIA DE RAIOS – X (FRX)
91
3.5 ANÁLISE QUIMICA POR DIFRAÇÃO DE RAIOS - X (DRX) 91 3.6 ANÁLISE DO PERFIL TÉRMICO NA SUPERFÍCIE
DO FORNO CAIPIRA E OS PARÂMETROS UTILIZADOS COMO CONTROLE DO PROCESSO DE QUEIMA
91
3.7 ANÁLISE DO PERFIL TÉRMICO NAS
DIFERENTES ALTURAS DO FORNO CAIPIRA
92
3.8 CARACTERIZAÇÃO DA QUALIDADE DO PRODUTO 97
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 98
4.1 MATÉRIAS PRIMAS 98
4.1.1 PROPRIEDADE DA MADEIRA 98
4.1.2 PROPRIEDADE DA ARGILA 99
4.2 ANÁLISE GRANULOMÉTRICAS 99
4.3 ANÁLISES QUÍMICAS POR FLUORESCÊNCIA DE RAIOS X (FRX)
100
4.4 ANÁLISE QUÍMICA POR DIFRAÇÃO DE RAIOS -X (DRX) 101 4.5 TEMPERATURA NA SUPERFÍCIE, CILINDROS E
TERMOPARES NOS FORNOS
102
4.6 RELAÇÃO ENTRE A DISTÂNCIA DO FIO E O TEMPO DE QUEIMA
106
4.7 A PORCENTAGEM DA QUALIDADE DA TELHA NO FORNO CAIPIRA
107
5 CONCLUSÕES 109
REFERÊNCIAS 110
PERSPECTIVAS 112
1 INTRODUÇÃO GERAL
Historicamente, sabe-se que desde as primeiras civilizações a madeira é utilizada como fonte de energia em atividades de cunho doméstico, para em seguida ser empregada em atividades economicamente produtivas (OLIVEIRA, 2003). Entretanto, qualquer que seja o recurso energético utilizado no processo de conversão em energia, o seu maior aproveitamento dependerá, especialmente, do tipo de sistema utilizado, como também das características do combustível.
No Estado do Rio Grande do Norte a madeira é utilizada como fonte de energia em larga escala, na indústria de cerâmica vermelha os principais tipos de lenha utilizados são a algaroba (prosopis Algarobilla) e o Cajueiro (Anacardium Occidentalis). Algumas cerâmicas utilizam além da lenha a bucha de coco e outras utilizam briquetes ou pó de serra. As cerâmicas que utilizam bucha de coco na queima de seus produtos estão localizadas nas cidades de Goianinha e São José do Mipibu. As cerâmicas estão distribuídas, principalmente, na região Assú, na Grande Natal, Seridó, e na região Oeste (SEBRAE et al, 2013).
O setor ceramista no Estado sempre se configurou como um segmento que gera grande impacto ao meio ambiente, desencadeado principalmente pela extração e o excessivo consumo de madeira, insumo utilizado, especialmente na fase de queima dos produtos. Esse fato deve-se ao número de indústrias cerâmicas de pequeno porte, na região do Seridó, com baixa demanda tecnológica, fato esse que colabora para problemas ambientais inerentes à produção.
Ao passo que essa é uma atividade considerada impactante ao meio ambiente, de modo geral como foi exposto, é também uma atividade que tem um papel importante para economia do país, com participação no PIB (Produto Interno Bruto) brasileiro estimado em 1%, o que corresponde a cerca de 12 milhões de reais (SEBRAE, 2008).
Com essa evidência, é importante que exista uma nova prática nessa indústria, considerando que os tipos de fornos utilizados, em sua grande maioria, ainda permanecem os mesmos de décadas passadas, com um consumo de combustível elevado e uma produção de produtos de baixa qualidade, além da grande porcentagem de perdas ao longo de toda sua produção.
empresas não há condições de modificar seus sistemas. Isso ocorre, principalmente, em virtude dos custos elevados para estruturação adequada. As empresas, em geral, ainda permanecem com técnicas inadequadas em seu sistema de queima. Desse modo, essas cerâmicas deixam de realizar um controle tecnológico eficiente, funcionando assim de maneira empírica, o que provoca um aumento nos custos da produção e no consumo de insumos, que consequentemente reduzem os lucros e a qualidade do produto final, além de elevar a porcentagem de perdas.
No Estado do Rio Grande do Norte, especialmente na região do Seridó, os fornos do
tipo “caipira” 1
ainda são predominantes, bem como o processo de produção artesanal o que contribui significativamente para a baixa qualidade dos produtos e para os desperdícios gerados ao longo do processo de produção. Mesmo assim, não há registro de estudos do perfil térmico dos fornos, ou ainda, estudos que estabelecem a relação entre o controle empírico adotado no processo e as temperaturas alcançadas durante o processo de queima do forno, características e consumo de madeira e qualidade dos produtos. Com o desenvolvimento desse estudo espera-se que o mesmo contribua para decisões sobre alterações estruturais dos fornos de modo que seja possível reduzir o desperdício e atender às normas exigidas de qualidade do produto.
Diante do exposto, o trabalho possui como objetivo geral Caracterizar o perfil térmico
de fornos tipo “caipira” utilizados pelo setor de cerâmica vermelha em Parelhas, na região do
Seridó/RN, visando propor intervenções que possam colaborar para aumentar a produtividade e a qualidade dos produtos, reduzir o consumo de madeira e as porcentagens de perdas durante o processo.
1
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 CONTEXTO ENERGÉTICO
O Brasil ocupa papel de destaque no cenário mundial por apresentar estatísticas que mostram expressiva participação das energias de fontes renováveis. Essas fontes são: biodiesel; etanol; espécies alternativas e resíduos e florestas energéticas, considerando, dentre outros fatores, o território brasileiro ser propício para o cultivo florestal, em virtude das condições climáticas e áreas disponíveis. O uso de madeira no Brasil permaneceu praticamente constante nos setores residencial, industrial e agropecuário no século XX. E no setor residencial, a madeira vegetal ainda é muito utilizada pelas famílias em atividades domésticas para cozinhar, sendo que o consumo de madeira está associado à disponibilidade de vegetação de cada local (SANTOS, 2010).
O Brasil se destaca por apresentar uma diversidade de espécies produtoras de madeira, e dentre os estados brasileiros, as áreas de cultivos que mais se destacam são a região norte e centro-oeste, essas consideradas grandes centros fornecedores de madeira para as regiões sul e sudeste. No entanto, a diversidade e a oferta de madeira em algumas partes do território brasileiro ainda não despertou o interesse de grupos econômicos para uma exploração racional, e sustentada, do uso dessa fonte energética na sua totalidade, o que vem ocasionando sérios problemas ambientais com a sua retirada sem uma prática de manejo nem reposição adequada (NASCIMENTO, 2003).
Esse uso inadequado está associado, principalmente, ao desconhecimento das características da madeira e aos problemas relacionados com sua produção, sendo diversas as espécies cultivadas, sobre as quais pouco se conhece, em termos de características tecnológicas, havendo um maior destaque para plantas exóticas, que vem sendo bastante utilizada, como a prosopis Algarobilla (GOMES, 1999).
cautela haja vista, dentre outros, os impactos oriundos da extração, se essa não for realizada com prévio planejamento.
O número de florestas plantadas no Brasil vem aumentando, e atualmente possui cerca de 7,1 % milhões de hectares de florestas plantadas o equivalente a uma parcela menor do que 1% da área agricultável de todo o território nacional. Isso evidencia o grande potencial que pode ser explorado para o crescimento dessas áreas, principalmente considerando-se que há água, energia e tecnologia de silviculturas, reconhecidas internacionalmente, que se conformam como condições ideais para o crescimento de espécies arbóreas (SERVIÇO FLORESTAL BRASILEIRO, 2013).
Além disso, houve um aumento na diversidade na produção energética, pois além do avanço tecnológico, observa-se que há mais opções disponíveis que proporcionam uma utilização eficaz das culturas energéticas (MME, 2010).
Apesar da oferta de fontes energéticas disponíveis, a vegetação da Caatinga tem sido utilizada, praticamente, para fins energéticos, com destaque para o consumo de madeira pelas indústrias, em que essa extração, em grande parte dos casos não ocorre de maneira sustentável, fazendo com que se agrave cada vez mais o uso dessa fonte (ARAÚJO et. al., 2007).
De acordo com Maia (2004), a Caatinga é uma região de espécies de madeiras com grande potencial de manejo, e com rápido crescimento; e algumas espécies, a partir de 7 anos, ainda que tortuosas, já oferecem condições de uso. Dentre essas espécies se destacam o angico (Anaderanthera colubrina cebil), a jurema-preta (Mimosa tenuiflora) e a algaroba (Prosopis juliflora).
A ABRAF (2012), reitera que o Brasil tem um grande potencial energético, mas que grande parte da madeira utilizada como combustível ainda é proveniente de florestas nativas, ocasionando uma pressão sobre os remanescentes florestais.
2.2 ASPECTOS HISTÓRICOS DA ATIVIDADE DE CERAMICA
Mercantil (2000) “os primeiros materiais de construção de cerâmica (tijolos, telhas e blocos)
foram feitos provavelmente entre 5.000 e 6.000 anos a.C.
Os produtos cerâmicos desenvolvidos a partir da argila são fabricados através de um principio simples, pois a mesma após ser umedecida se torna plástica e fácil de moldar. Em seguida vem à secagem retirando o excesso de água, e depois a peça é submetida às altas temperaturas, que lhe atribuem rigidez e resistência, mediante a fusão de certos componentes da massa, podendo ainda ser aplicado esmaltes na superfície para aumentar sua durabilidade e melhorar a estética (ANFACER, 2012).
Com o aprimoramento das técnicas o homem foi aperfeiçoando o manuseio da cerâmica, sendo difundida e utilizada por vários povos desde a antiguidade, até os dias atuais. Os povos gregos produziram por vários séculos, a melhor cerâmica da região do Mediterrâneo. Já no continente americano, a cerâmica desenvolveu-se entre os muitos povos da Era Pré-Colombiana. Os povos Maias, Astecas e Toltecas produziram belas peças no México e os Incas e outros povos que lhes antecederam no Peru fabricaram peças de cerâmica com muita habilidade (NASCIMENTO, 2007). Os egípcios, grandes construtores da história da humanidade, se distinguiram notavelmente na elaboração de tijolos em suas formas e aspectos mais variados, principalmente na utilização para construção civil. Os romanos foram os que primeiro estabeleceram uma fabricação racional de peças cerâmicas, isto é, como atividade industrial. Os muçulmanos, herdeiros das artes dos Persas, Assírios e Caldeus, foram grandes propagadores da arquitetura cerâmica (NASCIMENTO, 2008).
A utilização da cerâmica no Brasil vem bem antes do que se considera seu descobrimento, desde os índios, povos precursores do seu manuseio no país, e de civilizações que viveram no território brasileiro no século XIV (NASCIMENTO, 2007).
Dados da ANFACER (2012) mostram que a cerâmica é usada nos mais variados segmentos como na medicina, na fabricação de prótese de ossos, dentária e obturações; como na pecuária australiana que reveste os chips injetados em animais, fabricação de porcelana; trilhos do trem bala no Japão e, na construção civil, é usada na fabricação de telhas, tijolos, e materiais de revestimentos cerâmicos para utilização em paredes, pisos e fachadas.
2.2.1 A Indústria Cerâmica no Brasil
Acompanhado da Espanha, Itália e China, o Brasil encontra-se entre os grandes produtores mundiais de produtos cerâmicos, sendo essa produção, quase em sua totalidade consumida no mercado interno (BANCO DO NORDESTE, 2010).
De acordo com os dados do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), de 2008, (SEBRAE et al, 2013), no Brasil, distribuídas em seu território, existem aproximadamente 6.903 empresas de cerâmicas e olarias, que geram um faturamento anual de R$ 18 bilhões, e 293 mil empregos diretos, e 900 mil empregos indiretos. O maior produtor de cerâmicas no Brasil é o Estado de São Paulo, e, grande parte das empresas no País que operam neste setor tem caráter familiar, com pequena produção e baixa demanda tecnológica. As empresas de grande porte detém certo domínio tecnológico, são automatizadas e tem grande produção, porém estão presentes em pequenas quantidades.
A indústria cerâmica no Brasil vem evoluindo rapidamente, com ampla diversidade de produtos, atingindo um nível considerável de qualidade mundial na quantidade que tem sido exportada. De acordo com a Associação Brasileira de Cerâmica (ABC) em 2012, isso tem sido possível devido à abundância de matérias-primas naturais, as fontes alternativas de energia, além da disponibilidade de tecnologias nos equipamentos industriais.
As regiões com maior destaque na produção de cerâmica no Brasil são as regiões Sul e Sudeste, e isto advém principalmente da densidade demográfica registrada, como também às inserções de tecnologias que estão associadas aos centros de pesquisas das grandes universidades do país, e que contribuem para o desenvolvimento de empresas com grandes infraestruturas, acompanhadas da abundância de matéria-prima e energia. Dentre as demais regiões do País, apesar de se desenvolverem em menor escala, destaca-se a região Nordeste com um aumento na demanda de materiais cerâmicos, principalmente nos segmentos ligados à construção civil (ANFACER, 2012).
Os gargalos apresentados por esse segmento estão relacionados aos problemas ligados a exploração da matéria prima, a instabilidade do mercado, a gestão organizacional e tecnológica, sazonalidade e acesso ao capital de giro (ZANDONADI, 1996 e BANCO NORDESTE, 2010). Tais fatores caracterizam a indústria de cerâmica estrutural como de elevada produção e baixa qualidade, baixo valor agregado, alto índice de produtos não conformes, pouco controle ambiental e de força de trabalho empregada, com baixíssimo nível de qualificação (BEZERRA, 2005).
Em relação à região Nordeste, verifica-se que a produção está localizada principalmente nos Estados do Ceará, Bahia e Pernambuco, vindo em seguida Rio Grande do Norte, Maranhão e Piauí (SINDICER, 2012).
2.2.2. A Indústria Cerâmica no Estado do Rio Grande do Norte
Dentre os tipos de cerâmicas produzidos no país a cerâmica vermelha é o principal produto fabricado no estado do Rio Grande do Norte, produzindo telhas, tijolos e lajotas, dentre outros produtos subdivido por polos e cada um deles com produtos distintos, sendo a secagem dos produtos realizada de forma diferente entre os polos. As empresas que atuam nesse setor, em geral, estão localizadas na zona rural, concentradas nas proximidades de Natal, no vale do Rio Assú, e nas regiões do Seridó e Oeste (SEBRAE et al, 2013).
No polo Seridó sua produção é voltada mais para telhas, sendo a secagem do dos produtos realizada, prioritariamente, a céu aberto. Mas as cerâmicas que possui o forno abóboda no Seridó a secagem é realizada em estufas que aproveitam parte do calor gerado pela queima do produto e parte da energia é oriunda de uma câmara de combustão adaptada à estrutura da estufa que utiliza, além de madeira, fontes alternativas como briquetes.
O setor cerâmico é composto principalmente por microempresas, de gestão familiar ou associativa, de baixa demanda tecnológica. Atualmente, 206 cerâmicas são registradas no Estado, sendo que dessas, 186 indústrias estão em funcionamento, com 735 fornos em atividade, consumindo uma média de 13.950 metros estéreos de madeira semanal (GALDINO et. al., 2012).
Estados como Alagoas, Bahia, Ceará, Maranhão, Paraíba, Pernambuco, Piauí, Sergipe e o Pará (ADESE, 2003).
De acordo com IBGE (2013) dos 167 municípios existente no Estado do Rio Grande do Norte, a indústrias cerâmica estão distribuídas em 39 municípios, concentradas em quatro polos regionais: Seridó (99) indústrias, Assú (33) indústrias, na Grande Natal (38) indústrias, e a Oeste (16) indústrias. A concentração dessas indústrias nessas regiões se dá em função da proximidade com as minas de argilas, bem como a abundância de matérias-primas nestes locais (SINDICER, 2013).
De acordo com Galdino et. al., (2012), o setor corresponde a uma atividade econômica de grande dinamicidade no Estado do Rio Grande do Norte, principalmente, na economia das pequenas cidades, considerando as oportunidades de emprego, pois geram em torno 6.395 empregos diretos e indiretos, para um faturamento médio anual de 208,16 milhões de reais. De 3.277 empregos diretos, o faturamento médio anual é da ordem de 106,9 milhões de reais na região do Seridó, e é nessa região onde estão concentrados 53% do número de indústria em atividade no Estado do Rio Grande do Norte.
Localizado na Região do Seridó, o município de Parelhas, é o maior produtor de telhas do Estado, com 33 indústrias de cerâmicas em atividade, sendo que 80% da sua produção comercializada para outros estados (CARVALHO, 2001). De acordo com a ADESE (2003) A região do Seridó se configura como a maior produtora nacional de telhas, havendo um destaque maior a cidade de Parelhas.
Dos 735 fornos em funcionamento utilizados para queima dos produtos cerâmicos na indústria cerâmica no Estado do Rio Grande do Norte 406 são do tipo caipira. Destes, 339 estão na região do Seridó. No município de Parelhas, de 33 indústrias cerâmicas registradas, 31 possuem fornos do tipo Caipira e apenas 2 utilizam fornos Abóboda no processo de queima. De modo geral, os fornos do tipo “caipira” representam 55,3% do total de fornos em funcionamento no referido estado, e estão, principalmente, instalados em pequenas indústrias (SEBRAE et. al., 2013).
Vicente, Serra Negra do Norte, Tenente Laurentino Cruz e Timbaúba dos Batistas (ANDRADE, 2009).
Dentre as atividades nessa região, a indústria cerâmica se configura como a mais abrangente, e é a principal fonte de renda para vários municípios que iniciaram essa atividade em olarias manuais produzindo artefatos de cerâmica vermelha de forma rudimentar. Com o aumento do mercado consumidor e as exigências por novas opções, a indústria de cerâmica passou a ser uma além de uma fonte de emprego e renda, também de sobrevivência de várias famílias na região e no Estado (RIO GRANDE DO NORTE, 2005).
De acordo com Silva (2005), a região do Seridó se destaca na produção de telhas, devido a concentrar cerca de 50% do total de indústrias cerâmicas, o que reflete ser a região considerada atualmente como a área de maior índice de desertificação do território potiguar, devido principalmente à retirada de solos e madeiras da região para uso intensivo na produção ceramista.
Segundo os dados da Agência de Desenvolvimento do Seridó (ADESE, 2008), o uso da madeira na indústria de cerâmica vermelha na região Seridó é muito elevado. Esse setor consume quase 70% da madeira utilizada como combustível na região. A partir da Tabela 1 é possível observar dados do consumo mensal de madeira por atividade. Nota-se que das cinco 5 atividades que mais consomem a madeira em processos produtivos no Rio Grande do Norte, o setor cerâmico o maior consumidor, seguido das caieiras, que também são da mesma área de produção, sendo que essa é feita de maneira mais artesanal comparada à indústria de cerâmica; e por último as panificadoras.
Tabela 1. Diagnóstico do uso da madeira pelos setores industriais na região Seridó/RN
Atividades
Econômicas
Consumo mensal de madeira Metros /
Estéreos
% do total
1º Cerâmicas 22.749 69,7%
2º Caieiras 2.050 6,3%
3º Queijeiras 1.892 5,8%
4º Carvoarias 1.431 4,4%
5º Panificadoras 1.101 3,4%
2.3 O PROCESSO PRODUTIVO DA CERÂMICA VERMELHA
As etapas da cadeia produtiva da cerâmica vermelha seguem, conforme um processo, que pode ser considerado comum a todas as empresas, envolvendo fases tais como: exploração de barreiros, tratamento prévio da matéria prima, seguido pela moldagem e secagem do produto, queima, fabricação da telha como produto e sua estocagem, podendo existir situações em que apenas algumas variações ocorram dependendo das características particulares de cada matéria prima ou produto final.
Extração das Argilas
De acordo com Silva (2009), as argilas estão depositadas nas várzeas dos rios, constituindo aluviões recentes, sendo sua extração feita a céu aberto. O plano de extração deve prever a remoção e disposição da argila, assegurando a economia no transporte, a segurança no trabalho e o aproveitamento completo da jazida. Os equipamentos mais utilizados para extração de argila são retroescavadeiras, escavadeiras, ou dragas. Estes equipamentos enchem as caçambas dos veículos, em geral caminhões, que transportam as argilas para os pátios das fábricas, onde formam grandes estoques para homogeneização e sazonamento.
Estocagem das Argilas
A estocagem ou sazonamento é o processo de intemperismo em que as argilas são submetidas quando estocadas a céu aberto nos pátios das cerâmicas para decomposição das matérias orgânicas, melhoria de sua plasticidade e trabalhabilidade, lixiviação dos sais solúveis, e para tornar-se homogênea quanto à distribuição da umidade (BACCELLI JÚNIOR, 2010).
Quando se utilizam dois distintos tipos de argilas, os estoques são feitos em montes separados, havendo sempre o cuidado com o controle da umidade da argila, e para facilitar a penetração de água na argila se faz furos verticais (BACCELLI JÙNIOR, 2010).
2:1, com espessuras iguais. Quanto maior for o tempo de estocagem da argila melhor será o processo de eficiência do sazonamento. O tempo de estocagem, geralmente, é de 4 semanas, podendo ficar até 12 meses, dependendo da disponibilidade e do estoque de argila. Os montes devem ser cortados perpendicularmente e o material transportado para o local onde se inicia o processo.
Preparação da matéria prima
Após o sazonamento, a argila é transportada para o caixão alimentador, que dosará a quantidade necessária para alimentar a linha de produção. A mistura da argila dosada no caixão alimentador é transportada para desintegradores, onde os grandes blocos de argila são destorroados e as pedras e as sujeiras existentes são retiradas. Na sequência, a massa de argila é levada pela esteira transportadora até ao misturador, onde é homogeneizada e umidificada com a quantidade de água necessária para extrusão do produto cerâmico desejado. A massa homogeneizada é transportada para um laminador, e depois de laminada é transportada para maromba, e em seguida para o molde, para ser cortada no tamanho desejado (SEBRAE/ RJ, 2000).
Secagem da telha
De acordo com Pretrucci (1998), a secagem é um processo de evaporação da umidade da superfície do material e da difusão das zonas internas de maior concentração para as externas de menor concentração, sendo ambas realizadas juntas e com a mesma velocidade até ao final da secagem.
De acordo com o SEBRAE et. al., (2013), a secagem consiste na eliminação da água utilizada para dar conformidade às peças. A umidade de extrusão para produtos tipo telha fica entre 16 a 20%. Após a secagem, esta umidade residual deve estar abaixo de 5% para secagem artificial (secadores), e na faixa de 8 a 10% para secagem natural (galpões e pátios).
A secagem natural acontece pela exposição das peças ao ar livre, exposta diretamente ao sol, ou em galpões, onde as peças são arrumadas em pilhas ou em prateleiras, e neste caso, o processo de secagem é mais lento, e sujeito assim, às condições atmosféricas.
operadores providenciam a cobertura das mesmas com lonas. E caso as telhas sejam molhadas, são recolhidas do pátio e colocadas nas pilhas de argilas, sendo reutilizadas em um novo processo de produção.
A secagem forçada evita essa exposição à chuva ou garoa, pois as telhas ficam cobertas e protegidas, e apenas quando o tempo está nublado há um retardamento na secagem. Nesse processo também há outra vantagem que é o aproveitamento do calor emitido pelos fornos com secadores do tipo artificial intermitente ou contínuo, e em ambos os casos, é necessário insuflar o ar quente no secador. Este ar quente pode vir do aproveitamento do calor da chaminé dos fornos ou da queima de combustíveis exclusiva para esta finalidade.
Para Morais (2011) durante a secagem a água livre, permanece no material com uma umidade de equilíbrio, ou seja, aquela capaz de provocar uma tensão de vapor igual à existente no ar em suas condições de temperatura e grau higrométrico.
Para Petrucci (1998) A secagem é uma evaporação de umidade na superfície do material seguida de uma difusão de umidade das zonas internas de maior concentração para as externas de menor concentração, sendo os dois processos realizados simultaneamente com a mesma velocidade, até que se interrompa a secagem ou até o final da mesma. Caso a operação não seja bem conduzida corretamente às peças apresentarão deformação, e se for muito lenta aumentam os gastos na produção. Se as peças forem levadas ao forno com muita umidade ocorrerão tensões internas que causam trincas nas peças ou deformações.
A queima dos Produtos
A etapa subsequente a de secagem é a queima, que consiste em submeter às telhas parcialmente secas a um tratamento térmico sob altas temperaturas, para que essas adquiram as propriedades desejadas, a exemplo da resistência mecânica, conforme valores especificados pelas normas técnicas. Para queima de produtos cerâmicos, de cor vermelha, a temperatura adequada dever estar entre 900 ºC e 950 ºC (BACCELLI JÚNIOR, 2010). As transformações físico-químicas que ocorrem na telha melhoram as propriedades mecânicas do produto que adquire como principal característica visual a cor avermelhada. Após a queima, vem o resfriamento e em seguida o desenfornamento para uso ou comercialização (SEBRAE/ RN, 2000).
o processo ocorrem variações de expansão e contração, apesar da expansão não ser observada a olho nu, se esse tempo não for controlado de forma adequada ocorrerão deformações, fissuras ou quebras das peças. Isso mostra a necessidade de sempre ser observada a curva de processamento do material pelos operadores da queima.
De acordo com Silva (2011), a queima é fase mais importante do processo de fabricação cerâmico, e para Petrucci (1998), a queima é responsavel pelas transformaçoes estruturais da argila.
O processo da queima, segundo Silva (2011), é composto de quatro fases, a saber:
Preaquecimento – inicia-se com um aquecimento gradativo para retirada da água de
intercecurções e estrutural presentes nas materias primas, sem provocar defeitos nas peças cerâmicas causados por contrações durante a expulsão da umidade. Este processo, dependendo do forno, até atingir a temperatura de 650 °C, tem uma duração entre 8 horas e 13 horas;
Fogo forte - chamado também de caldeamento, se inicia por volta de 650°C e pode ser
elevado em maior ritmo até atingir 950 °C ou 1000 °C. É nessa fase que começam as ocorrências de reações químicas que proporcionam ao corpo cerâmico as características de dureza, estabilidade, resistência aos vários agentes fisícos e químicos e a coloração pretendida;
Patamar – corresponde a temperatura máxima de queima, na qual as peças
permanecem, um determinado tempo numa temperatura constante, durante o qual a microestrutura do produto final será consolidada.
Resfriamento – corresponde a fase que é realizada de forma lenta e cautelosa para
evitar ocorrência de trincas, podendo tambem nessa fase ser aproveitado o calor emitido, para secadores, num período com duração em torno de 24 horas.
Quando a queima atinge 100 °C, ou um pouco mais, ocorre a eliminação da água
higroscópica (água adicionada na massa);
Na temperatura de 200 °C ocorre a eliminação da água dos poros (formação de
argilominerais);
Entre 350 °C e 650 °C ocorre a combustão orgânica;
Na temperatura de 573 °C ocorre a transfomação do quartzo alfa em beta, e no
resfriamento ocorre o sentido inverso;
Entre 400 °C e 650 °C ocorre a eliminaçao da água de constituição (molecular que faz
parte da estrutura cristalina do argilomineral);
A partir de 700 °C verifica-se a reação química da silíca e alumina (elementos
fundentes);
Entre 700 °C e 950 °C ocorre a decomposição de carbono;
Acima de 1000 °C ocorre a sinterização do material, dando-lhe dureza e compactação,
até atingir a fusão do corpo cerâmico.
2.4 FORNOS UTILIZADOS PARA QUEIMA DE PRODUTOS CERÂMICOS
Os fornos utilizados pela indústria de cerâmica vermelha, na fase de queima, podem ser classificados como intermitentes ou contínuos, sendo diferenciados pelos níveis de eficiência empregados em cada sistema.
De acordo com Sposto (2007), podemos diferenciar cada processo como:
A) Fornos intermitentes: O processo de queima nesses fornos ocorre em bateladas, ou seja, esses fornos podem ser do tipo: caipira, circular, paulistinha, garrafão, abóboda e Plataforma. Suas principais características são: apresentar uma construção rápida, com um baixo custo, e terem um aquecimento irregular e grande consumo específico, com difícil aproveitamento dos gases de exaustão, quando comparados àqueles construídos a partir de tecnologias mais desenvolvidas.
o operador na sua atividade para obter uma queima de boa qualidade (JORGE BOUTH, 2008).
B) Fornos Contínuos: O processo de queima ocorre sem interrupçao para descarga ou carregamento dos produtos. Enquanto um lote de peças está chegando ao final de queima, outro lote está sendo iniciado, sem descontinuidade do processo. Suas principais caracteristicas são apresentar um baixo consumo específico de combustível, baixo ciclo de queima, possuir um controle de aquecimento e aproveitamento dos gases mais homogêneo, no entanto, exige construção complexa e de custo mais elevado (SILVA, 2011).
No Rio Grande do Norte A queima de produtos de cerâmica é feita em diferentes tipos de fornos. Os fornos mais utilizados são os fornos de chama direta, tipo caipira e garrafão, muito comum, sendo o caipira encontrado mais na região do Seridó, mas também em outras regiões do Estado. Outros fornos encontrados são os de chama reversível tipo Abóbada, Catarina, Corujinha e Paulista; e os fornos semi contínuo do tipo Hoffmann e Câmara, ainda pouco comum no Estado. Existem também os fornos contínuos do tipo Túnel também encontrados em apenas três indústrias cerâmicas situadas na Região da Grande Natal. Outra forma de queima dos produtos cerâmicos é em caieira para aquelas indústrias que não possuem fornos (SEBRAE et. al., 2013).
2.5 FORNOS
DO TIPO “
CAIPIRA
”
Os fornos do tipo “caipira” possuem geometria retangular e não possuem coberturas. São considerados de baixa eficiência em função do alto consumo de madeira e por produzirem em maior quantidade produtos de segunda qualidade (Rodrigues, 2012). O forno
do tipo “caipira” produz, em média, 20% de telhas consideradas de primeira e, entre 60 e 80% de telhas de segunda qualidade, apresentando um consumo médio de 0,7 m3 a 0,9 m3 de madeira por tonelada de produto queimado (Rodrigues, 2012). O percentual de perdas desse processo pode atingir mais de 20% do total de telhas produzidas.
No Estado do Rio Grande do Norte aos poucos vem sendo registradas mudanças nas indústrias de cerâmica vermelha com relação aos tipos de fornos utilizados, e os fornos mais
2013). Na Tabela 2 estão apresentados dados dos anos de 2001 e 2013 sobre os tipos de fornos em funcionamento nas indústrias cerâmicas do Rio Grande do Norte.
Tabela 2. Tipos de Fornos cerâmicos utilizados pelo setor de cerâmica vermelha no Estado do Rio Grande do Norte nos anos de 2001 e 2013.
Tipo de forno Número de fornos
(SENAI 2001)
Número de Fornos (Diagnóstico 2013)
Caipira 450 406
Corujinha 3 138
Igreja 100 129
Hoffmam 10 17
Câmara 0 06
Abóboda 04 32
Túnel 02 03
Catarina 04 0
Baleia 0 02
Garrafão Redondo 0 03
Total forno 06 11
Total 683 735
Fonte: (SEBRAE et. al., 2013)
Observa-se, a partir da tabela acima, que nos últimos onze anos houve uma redução no uso do forno Caipira para queima dos produtos cerâmicos no Rio Grande do Norte, uma vez esses representavam 65,9% em 2001, e hoje representam 55,3%. No entanto, os fornos do tipo
“caipira”, ainda predominantes no setor cerâmico do Estado do RN, estão concentrados
principalmente na região do Seridó. Dos 406 (quatrocentos e seis) fornos existentes no Estado, 339 (trezentos e trinta e nove) unidades estão no Seridó, 56 (cinquenta e seis) na Grande Natal, e 11 (onze) na Região Oeste. Somente na região do Baixo Assú esse tipo de forno não é encontrado.
Os fornos do tipo “caipira” são do tipo intermitente seu processo de queima ocorre em
2.6 CONSIDERAÇÕES SOBRE A MATÉRIA-PRIMA UTILIZADA NA
PRODUÇÃO DA CERÂMICA VERMELHA
Na produção de telhas as matérias-primas são argilas e siltes argilosos, esses apresentam alto teor de impurezas, e o mineral de ferro, é um dos elementos responsáveis pela cor avermelhada dos produtos (CARVALHO, 2001). Em geral as telhas de cerâmica apresentam granulometria com grãos finos com tamanho menor do que 0,05 mm, em forma de lâminas (SANTOS; SILVA, 1995).
Para Nascimento (2007), os argilominerais são minerais constituintes das argilas, cristalinos e são quimicamente constituídos de silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, tendo geralmente alguma porcentagem de alcalinos terrosos. Os principais são a caulinita, a ilita e as montmorilonitas.
Nascimento (2007) descreve que o Caulinita é o principal argilomineral componente das argilas, sendo responsável pela elevada resistência mecânica dos produtos cerâmicos. Quando pura, é pouco utilizada em cerâmica vermelha por necessitar de elevadas temperaturas para adquirir melhor resistência, e deve ser misturada a outros tipos de argilas.
A ilita é usada em blocos, tijolos, telhas e lajotas, e é um dos elementos que responde pela coloração avermelhada dos produtos. É, em geral, por ser muito plástica, de fácil moldagem, e apresenta bom desempenho na secagem.
A montmorilonita, em pequenas proporções, é benéfica nas argilas para cerâmica vermelha, porque favorece a plasticidade, a fusibilidade e sinterização. É dita expansiva por absorver grande quantidade de água. Por ser muito plástica, pode ocasionar problemas na moldagem e trincas na secagem e queima.
O óxido de ferro é responsável pela cor avermelhada dos produtos cerâmicos após a queima, e causa mesmo em pequenas quantidades a redução da plasticidade; sendo a alumina um apoio para que argila consiga suportar altas temperaturas sem deformar-se, em que é recomendável um baixo teor deste constituinte.
A sílica livre mesmo em pequena quantidade diminui a cor avermelhada das argilas causando retração nas peças durante a secagem e a queima, mas facilita a moldagem.
Os compostos de cálcio o gesso (sulfato de cálcio) e o calcário (carbonato de cálcio) causam aumento de volume nos produtos cerâmicos, acarretando falhas.
E silicatos e fosfatos – são fundentes benéficos quando em pequenas proporções, porém, em maiores quantidades, podem acarretar a quebra das peças. Os feldspatos (silicatos hidratados de alumínio) sódicos, potássicos ou cálcicos diminuem a plasticidade, aumentam a resistência e impermeabilidade do produto.
A argila se destaca pela sua propriedade de plasticidade e moldagem quando submetida a elevadas temperaturas, e com uma presença de alto teor de óxido de ferro, quando dosada para serem moldadas, e após a queima conservarem sua forma, sem ocorrer excessiva retração ou deformação.
2.7 PROPRIEDADES FÍSICAS DA MADEIRA QUE INFLUENCIAM NO
FORNECIMENTO DE ENERGIA
2.7.1 Densidade da Madeira
A madeira é combustível essencial para o preparo de alimento para um grande número de famílias e comunidades em diversas regiões do planeta. Estima-se que, de cada seis pessoas, duas utilizam a madeira como a principal fonte de energia, particularmente para famílias de países em desenvolvimento, principalmente em processos de secagem, cozimento, fermentações e produção de eletricidade (BRITO et. al., 2008).
Sabendo da importância da madeira, torna-se necessário o conhecimento de suas características, com isso uma das propriedades da madeira a densidade é uma quantificação direta do material lenhoso por unidade de volume, estando relacionada a muitas características tecnológicas fundamentais para produção e a utilização dos produtos florestais (ARANTES, 2009). Ela é considerada um dos parâmetros mais importantes entre as diversas propriedades físicas da madeira, pois afeta todas as suas demais propriedades. Seus efeitos, porém são interativos e difíceis de serem avaliados isoladamente (SHIOYAMA, 1990).
De acordo com Arantes (2009) a densidade é conceiuada como a relaçao entre a massa de madeira seca e o seu volume verde. Ela é considerada um dos mais importantes indices de qualidade da madeira para os mais diversos fins, seja como materia prima industrial ou energética. A densidade não deve ser utilizada como índice de qualidade de forma isolada, em função da alta correlaçao com outras propriedades da madeira.
A densidade básica é dada como referência, por alguns autores, como um índice de qualidade da madeira, pois influencia outras propriedades da mesma, e dos produtos que são gerados, podendo ser um parâmetro referencial para a seleção de espécies florestais indicadas para produção de energia. É obtida a partir da relação entre a massa absolutamente seca da madeira e o volume saturado, sendo expressa em g/cm3 ou kg/m3 (SANTOS, 2010). Essa densidade é identificada popularmente pelo “peso da madeira”, e classificada em madeira
“leve” que corresponde à madeira de baixa densidade, a exemplo do cedrinho (Erisma uncinatum); e “pesadas” (madeira de alta densidade), como é a madeira de jatobá (Hymenaea courbaril) (CECCANTINI, 2007).
2.7.2 Teor de Umidade da Madeira
O uso de uma determinada madeira para fins energéticos basear-se, entre outros, no potencial para produção de biomassa do indivíduo (característica intrínseca da árvore, clone, espécie ou gênero) e, em relação à madeira propriamente dita, no conhecimento do seu poder calorífico, além do seu teor de umidade (quantidade de água presente na madeira expressa em percentual da massa total). (COMUNICADO TÉCNICO, 2008)
Geralmente, no momento do corte da árvore, a umidade está acima de 60 %, porém, por sua natureza higroscópica, decorrente de sua composição química – polímeros de celulose, hemicelulose e lignina (BORGES e QUIRINO, 2004), sendo a madeira capaz de absorver ou liberar água para o meio ambiente.
REFERÊNCIAS
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