Nº

(1)

COMUNICAÇÃO TÉCNICA

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Nº 174629

Otimização de processos produtivos na área de tratamento de superfícies (corrosão)

Zehbour Panossian

Palestra apresentada no 4.Congresso Internacional de Desenvolvimento da Engenharia Industrial, 30-31 maio e 1.julno 2017, Joinville – Santa Catarina.

A série “Comunicação Técnica” compreende trabalhos elaborados por técnicos do IPT, apresentados em eventos, publicados em revistas especializadas ou quando seu conteúdo apresentar relevância pública.

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(2)

Otimização de processos produtivos na

área de tratamento de superfícies

(corrosão)

Zehbour Panossian (Zepir)

Maio 2017

(3)

Introdução

Otimização de setores de tratamento de superfície:



_{Revestimentos de conversão – fosfatização;}



_{Eletrodeposição;}



_{Imersão a quente.}

Mundo novo para as tintas anticorrosivas: muito a

fazer.

Conclusão.

(4)

País

PIB

(trilhões U$D)

Agricultura* Indústria* Serviços*

Mundo

75 5,9

30,5

63,6

EUA

18 1,12

19,1

79,7

China

11 9,0

_40,5

50,5

Japão

4,7

1,2

27,5

71,4

Alemanha

3,5

0,8

28,1

71,1

Reino Unido

2,6

0,7

21,0

78,3

França

2,5

1,9

18,3

79,8

Índia

2,2

17,4

25,8

56,9

Itália

1,8

2,0

24,2

73,8

Brasil

1,8

5,4

27,4

67,2

Canadá

1,5

1,8

28,6

69,6

Coréia do Sul

1,4

2,7

39,8

57,5

Rússia

1,3

3,9

36,0

60,1

Austrália

1,3

4,0

26,6

69,4

Espanha

1,3

3,3

24,2

72,6

México

1,1

3,7

34,2

62,1

* do PIB por país

Fonte: Banco Mundial (2016)

DESAFIO

Aumentar produtividade e valor agregado para

aumentar a competividade

Qual o tamanho da indústria na economia do

mundo?

(5)

Desafios/oportunidades para a indústria do

futuro

(6)

Indústria 4.0 - Diferentes fases e escopos

Fase 1 Foco na empresa Fase 2 Conexão com a cadeia produtiva Fase 3 Conexão com o mundo Criação de valor na rede global Criação de valor na cadeia Valor na empresa Interconexão das máquinas, sistemas da empresa e unidades da empresa Foco – flexibilidade agilidade e produtividade Interconexão na cadeia produtiva Foco – ganho de eficiência, produtividade e flexibilidade Novas oportunidades de negócio – interconexão das empresas e informações na nuvem

Processos: Customização; Produção enxuta; Manufatura integrada – sistema de execução integrado com ERP; Simulação em tempo real

(7)

Oportunidades para otimização

Indústria 4.0

Economia circular

Modelar Medir Transmitir Analisar Atuar

Parâmetros Produto Avaliação

Processo

Produto

Reaproveitar

(8)

Introdução

Otimização de setores de tratamento de superfície:



_{Revestimentos de conversão – fosfatização;}



_{Eletrodeposição;}



_{Imersão a quente.}

Mundo novo para as tintas anticorrosivas: muito a

fazer.

(9)

Fosfatização

Fosfatização é um processo de conversão usado desde o início

do século passado:

Metal + Banho de fosfatização

Fosfatos metálicos

Fe Fosfatos metálicos

Principais aplicações:

 pré-tratamento para pintura;

 resistência à corrosão (com óleos e graxas);  para resistência à abrasão e ao desgaste;  para conformação;

 como isolante elétrico;  para elementos de fixação.

(10)

Fosfatização - processo

Há inúmeras oportunidades de otimização:



tornar o processo autônomo (Indústria 4.0) e sustentável

(economia circular): é necessário entender o processo e conhecer

o mercado de insumos;



tornar produto adequado para a necessidade específica do

mercado: é necessário conhecer as necessidades do mercado

consumidor;



introduzir modificação incremental ou radical no processo/produto

e reaproveitar rejeitos do processo: é necessário ser empresa

inovadora e praticar P&D&I ou ficar atento às mudanças de

tecnologia mundiais.

No Brasil, há oportunidades de financiamento para

inovação na indústria.

(11)

Fosfatização - processo

O número de estágios varia em função de vários fatores:



acabamento e nível de contaminação superficial do substrato;



tipo e espessura da camada de fosfato;



do tipo de acelerador usado no processo;

(12)

Fosfatização - processo

Água:

 Existem recomendações para a água utilizada tanto para os estágios de lavagem como para o preparo de soluções (condutividade, dureza). Por exemplo, a lavagem final para pintura é com água deionizada!

 O reuso de água de lavagem com critérios já estabelecidos traz economias;  Temperatura adequada das águas de lavagem, melhora qualidade do produto

fosfatizado e podem diminuir consumo.

Instalação de sensores de pH, dureza, condutividade e temperatura nos diferentes estágios:

Medir Transmitir Analisar Atuar

Mode

(13)

Fosfatização - processo

Formação de lama:

 A formação de lama é inevitável, mas pode ser controlada com parâmetros de processo. Entender os parâmetros permite

 A instalação de sensores, dosadores de álcalis e aceleradores, tituladores automáticos para determinação da acidez livre e total permite

 O tratamento da lama para aproveitamento/recuperação dos sais precipitados torna o processo sustentável.

Formação de lama:

 A formação de lama é inevitável, mas pode ser controlada com parâmetros de processo. Entender os parâmetros permite

 A instalação de sensores, dosadores de álcalis e aceleradores, tituladores automáticos para determinação da acidez livre e total permite

 O tratamento da lama para aproveitamento/recuperação dos sais precipitados torna o processo sustentável.

Modelar

(14)

Fosfatização - produto

Conformação: exigência de espessura.

 Não tem regras rígidas e é feita com base em experiências;

 Importante: nos últimos momentos de operação de conformação ainda deve

restar uma camada de fosfato para evitar o contato metal/metal.

Conformação: exigência de espessura.

 Não tem regras rígidas e é feita com base em experiências;

 Importante: nos últimos momentos de operação de conformação ainda deve

restar uma camada de fosfato para evitar o contato metal/metal.

(15)

Fosfatização - produto

Massa por unidade de área

(g/m2₎ Finalidade

5 a 15 Trefilação de fios

3 a 10 Extrusão de tubos de aço soldado 4 a 10 Extrusão de tubos de precisão de aço 5 a 20 Conformação a frio

2 a 5 Estampagem com redução de espessura de parede 5 a 15 Estampagem sem redução de espessura de parede

(16)

Fosfatização - produto

Problema!

 O cliente tinha desgaste e ferramentas.

 Substituiu o fornecedor por um internacional (chinês).  Estudo específico foi conduzido.

 Identificado o problema: nas etapas intermediárias da operação de conformação já não havia camada de fosfato.

 Substituição do processo de fosfatização que levou a obtenção de camadas mais espessas.

 Problema resolvido.  Cliente recuperado.

(17)

Fosfatização - produto

4,50 2,83 1,22 0,36 0 1 2 3 4 5 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Número de Passes C am ada de Fo sf at o (g/ m 2 )

(18)

Fosfatização - produto

Camada de Fosfato

0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo C a m a da de Fos fa to (g / m 2 ) EXP. 01 a 70°C EXP. 02 a 75°C EXP. 03 a 80°C

Processo original

(19)

Fosfatização - produto

Camada de Fosfato

0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tempo C a m a da de Fos fa to (g / m 2 ) EXP. 01 a 50°C EXP. 02 a 45°C EXP. 03 a 40°C

Processo novo

(20)

Fosfatização

Otimização do processo x insumo x produto

Adaptar processo, usando dados do insumo e do

produto

(21)

Fosfatização

Novos processos de produção e

Novos materiais

Novos Processos

 Existem no mercado ofertas de processos

Dry in Place

.  As espessuras são menores, porém desempenho maiores!

(22)

Fosfatização

Novos processos de produção e

Novos materiais

Oportunidades na nanotecnologia em ascensão!!

 Pode-se pensar em adicionar nanopartículas no banho de sabão paramelhorarr desempenho do sabão!

(23)

Introdução

Otimização de setores de tratamento de superfície:



_{Revestimentos de conversão – fosfatização;}



_{Eletrodeposição;}



_{Imersão a quente.}

Mundo novo para as tintas anticorrosivas: muito a

fazer.

(24)

Eletrodeposição

Os mesmos conceitos da fosfatização se aplicam:



tornar o processo autônomo : sequência de estágios ainda mais

complexa

! Deve-se conhecer os fatores determinantes do processo e



tornar produto adequado para a necessidade específica do mercado:

eletrodeposição permite incorporação de nanopartículas 

oportunidade de PD&I imensa;



oportunidade de inovação : uso de muitos produtos tóxicos na

eletrodeposição  oportunidade de PD&I.

Propriedade requerida Seleção micro/nano partículas Desenvolver processo Avaliar produto

(25)

Eletrodeposição

Desde 1840!

Acelerada pela descoberta das soluções de

cianetos:

 Promovem aderência;

 Melhoram a distribuição da camada

(poder de penetração);

 Tratamento de efluentes: simples!

Produção sustentável incentivou a busca de

banhos sem cianetos:

 Já disponíveis no mercado;

 Tratamento de efluentes: não

(26)

Eletrodeposição

Banhos alcalinos a base de ácido sulfônico HEDP

(1hidroxietano1,1difosfônico )

Sucesso para banho de cobre alcalino.

Necessidade de desenvolver tratamento de efluentes que separa o

complexante dos íons de cobre!

Tese de doutorado em desenvolvimento: eletrodiálise com membranas

especiais.

Eletrodiálise Separação e reaproveitamento do concentrado Banho de cobre isento de cianeto

(27)

Introdução

Otimização de setores de tratamento de superfície:



_{Revestimentos de conversão – fosfatização;}



_{Eletrodeposição;}



_{Imersão a quente.}

Mundo novo para as tintas anticorrosivas: muito a

fazer.

(28)

Imersão a quente

Longa história de sucesso!

50 % de todo o zinco produzido

mundialmente é utilizado para

revestir aço!

(29)

Imersão a quente

Os mesmos conceitos da fosfatização se aplicam:



tornar o processo autônomo: deve-se conhecer os fatores

determinantes do processo e

Uso de cloreto duplo de zinco e amônio

(30)

Imersão a quente de zinco

Empresa Teor de cloreto (g/cm2₎

A 1,3

B <0,8

C 6,6

D 3,3

E 4,4

Muitas empresas já adotam medidas

para diminuir a contaminação

superficial (por exemplo A e B)

Os produtos zincados costumam apresentar

contaminação de cloretos em sua superfície

o que traz problemas dos produtos

acabados, especialmente para as superfícies

submetidas posteriormente à pintura!!!.

(31)

Imersão a quente de zinco

Confinamento dos estágios que usam produtos químicos Economia de energia (aquecimento) e

redução dos insumos.

Confinamento do estágio de imersão.

Retirada do excesso de zinco por agitação mecânica das peças penduradas

Resfriamento ou passivação final sem

(32)

Introdução

Otimização de setores de tratamento de superfície:



_{Revestimentos de conversão – fosfatização;}



_{Eletrodeposição;}



_{Imersão a quente.}

Mundo novo para as tintas anticorrosivas: muito a

fazer.

(33)

Filmes finos com nanopartículas de TiO

₂

funcionalizadas com

inibidores de corrosão aplicados sobre ligas de alumínio

Al

Nanopartículas

(34)

Al  Al

3+

_{+ 3e-}

2H

₂

O + O

₂

+ 4e

-

_{ 2OH}

- OH -OH -OH -OH -OH

-A alcalinização libera o inibidor….

33

Inicia-se a corrosão

Nanopartículas

(35)

Autocicatrizante..

34

Nanopartículas

(36)

As tintas de fundo epóxi ricas em zinco apresentam alto desempenho no que se

refere a proteção contra corrosão:

 princípio de ação: oferecem proteção catódica ao substrato de aço (abaixam o potencial

metal/meio);

 é necessário que as partículas de zinco (4 m a 5 m) se toquem entre si e com o substrato para dar proteção catódica. Para esferas iguais, 74 % de zinco seria necessário para se ter esta garantia;

 é necessário quantidade suficiente de resina para a integridade da camada de tinta. Quanto mais resina, maior a flexibilidade, a coesão e a aderência ao substrato.

Nanopartículas

Tintas ricas em zinco

(37)

As tintas de fundo ricas em zinco apresentam alto desempenho no que se refere a

proteção contra corrosão:

 o compromisso entre quantidade de zinco e resina é tarefa difícil: as partículas de zinco não tem o mesmo tamanho. Portanto, 74 % não é suficiente na prática;

 o mercado exige uma maior quantidade de zinco (83 %) para aumentar a eficiência da proteção catódica;

 isto compromete a aderência e coesão, levando a falhas em serviço;

 a substituição das micropartículas de zinco por nanopartículas de zinco associado ou a resinas condutoras podem solucionar o problema, e está sendo estudada.