Preparação de Massa
O processo de moagem
Processo de Fabricação I
Produto Conformação Esmaltação
Matérias-primas Moagem Secagem Queima
Prof. Edney Neves – IFPR – Câmpus Campo Largo – Curso Técnico em Cerâmica
Aula 12
O processo de moagem
•
Após o moinho carregado com a carga de moedores,
inicia-se o processo de moagem com a introdução da
matéria-prima, da água e dos aditivos;
Vídeo 1. Exemplo de carregamento de moinho de massa. Fonte: Incepa.
Figura 1. Carga e descarga de moinho de massa. a) Matéria-prima entrando no moinho; b) Fechamento do moinho; c) Troca da tampa pela válvula com peneira para descarregar
barbotina; d) Pressurização para auxiliar saída da barbotina. Fonte: Incepa.
a b
c d
•
A ação de moagem consiste em
duas causas principais:
O rolamento dos corpos moedores uns sobre os outros e sobre o revestimento (atrito);
O impacto dos corpos moedores uns sobre os outros e sobre o revestimento causando compressão do material interposto.
•
Para estas ações ocorrerem de maneira eficiente, o
material a ser moído deve ocupar os espaços vazios dos
corpos moedores. Motivo para que sempre a carga a ser
moída esteja no
mesmo nível
ou
um pouco acima
dos
corpos moedores;
•
O parâmetro adotado que indica o
grau da moagem
é
normalmente o
resíduo em malha 325 mesh;
•
Fatores que influenciam na moagem:
Velocidade de Rotação do Moinho
Ação da Moagem
Corpos Moedores
Carga de Corpos Moedores
Velocidade de Rotação do Moinho
•
Forças atuantes na moagem
Figura 2. Forças atuantes no processo de moagem. Fonte: Tecnologia de la fabricacion de azulejos, SACMI, 1990.
Força Centrífuga
Força Centrípeta
Força Gravitacional
•
Baixa velocidade (β < 45°)
A bola tende a rolar sobre as outras reduzindo a ação de moagem.
Seacfor bem menor quegas
esferas irão deslizar para trás sobre o revestimento e a ação de moagem será ineficiente.
Figura 3.Ilustração esquemática do interior de um moinho de bolas para baixa velocidade, sendo β o ângulo formado entre o plano das bolas inclinadas e a horizontal. Fonte: Ribeiro, 2001.
•
Efeito “Cascata” ( 45° < β < 60°)
As bolas rolam umas sobre as outras proporcionando amáxima ação de moageme também menor desgastedas próprias bolas e do revestimento.
Seacfor aproximadamente 60%
de g as esferas rolam umas sobres as outras desenvolvendo a máxima moagem com o mínimo desgaste, é quando ocorre o “efeito cascata”.
Figura 4.Ilustração esquemática do interior de um moinho de bolas para o efeito cascata. Fonte: Ribeiro, 2001.
•
Efeito “Catarata” (β ≈ 90°)
As bolas mais próximas da parede ficam aderidas, porém as bolas das camadas mais internas caem segundo trajetórias parabólicas contra a parede. Nestas condições, tem-se uma boa ação de moagem e elevado desgaste das bolas e do revestimento.
Se ac for igual a gas esferas próximas a parede sofrem uma centrifugação parcial enquanto que as mais afastadas caem em queda livre, é o chamado “efeito catarata”
Figura 5.Ilustração esquemática do interior de um moinho de bolas para o efeito catarata. Fonte: Ribeiro, 2001.
•
Alta velocidade (β > 90°)
Velocidade de rotação acima da Vc, assim a Fcé maior que a Fge os corpos moedores ficam aderidos a parede do moinho e a ação de moagem é praticamente nula.
Se ac for bem maior que g
teremos a centrifugação total das esferas na qual a moagem é praticamenteinexistente.
Figura 6.Ilustração esquemática do interior de um moinho de bolas para alta velocidade. Fonte: Ribeiro, 2001.
•
Conclusão:
A velocidade de rotação ideal é aquela em
que o corpo moedor (bola) atinge a base da carga de
moagem na sua queda;
•
A condição mais favorável é aquela do “
efeito cascata
”,
onde se tem a queda desde a altura máxima e o impacto
não afeta o revestimento do moinho;
Efeito “Cascata” ( 45° < β < 60°)
•
Outra forma de determinar o valor ideal da velocidade
de rotação é realizar o diagrama tempo de moagem por
velocidade de rotação;
Efeito Cascata (45° < β < 60°)
Figura 7.Evolução do tempo de moagem em função da velocidade do moinho. Fonte: Tecnologia de la frabricacion de azulejos, SACMI, 1990.
Ação de Moagem
•
Como acompanhar o progresso da moagem?
A evolução da moagem pode ser indicada
através do
ensaio de resíduo
em malha 325 mesh
. Por exemplo,
coletar uma amostra de hora em hora e determinar o
resíduo.
No final, podemos plotar os resultados num gráfico
Tempo de Moagem
por
% Resíduo em # 325
•
Exemplo gráfico da ação de moagem:
Figura 8.Evolução do resíduo em peneira malha 325 Tyler em função do tempo de moagem. Fonte: Pedrassani, 2006.
•
1° Estágio (até A):
corresponde as primeiras revoluções
do moinho e sua ação principal é a de homogeneização
das matérias-primas. O efeito da moagem é reduzido
uma vez que a distribuição do material a moer e dos
corpos de moagem não é ainda ideal à moagem.
•
2° Estágio (de A até B):
ocorre a redução significativa do
resíduo devido principalmente ao impacto dos corpos
moedores.
•
3° Estágio (de B até C):
o material a ser moído se
apresenta em grãos mais finos e sua moagem ocorre por
rolamento e atrito dos corpos moedores e a queda do
resíduo é lenta.
Corpos Moedores
•
O moinho ao movimentar-se produz o efeito cascata e o
rolamento entre e nas próprias bolas. As rotações dos
próprios agentes moedores também são importantes
para a moagem e sua eficácia está ligada a
geometria do
corpo moedor.
•
Assim, pode-se afirmar que os agentes moedores de
formato
esférico são mais eficientes
do que os agentes
moedores de formato irregular.
Figura 9.Geometria dos corpos moedores. Fonte: Tecnologia de la frabricacion de azulejos, SACMI, 1990.
•
Ângulo de ataque
(ângulo entre as duas tangentes aos
pontos de contato dos corpos moedores com a
partícula);
•
Para o início da moagem o ângulo ótimo seria de 17°, o
tamanho de partícula seria 0,7 mm e esferas de 60 mm
(90 vezes);
Φ = ângulo de ataque; P = diâmetro da partícula; M = diâmetro do corpo moedor
•
Densidade dos corpos moedores:
Corpos de baixa densidade (2,4 a 2,5 g/cm³)
Corpos de média densidade (2,6 a 2,7 g/cm³)
Corpos de alta densidade (3,4 a 5,6 g/cm³)
•
Considerando esferas de mesmo tamanho (volume),
aquelas de
maior densidade
terão maior energia
cinética, assim
maior ação de moagem
.
•
A escolha do par de moagem:
•
A escolha deve ser feita em relação ao tipo da massa e
ao tipo de moinho utilizado;
Revestimento Corpos Moedores
Alumina Alumina
Alumina Sílex
Borracha Alumina
Sílex Sílex
Borracha Sílex
MELHOR
•
Influência da densidade dos corpos moedores sobre o
tempo de moagem (mantendo a mesma velocidade).
Alta Densidade
Média Densidade Baixa Densidade
Figura 11.Evolução do resíduo em peneira malha 325 Tyler em função do tempo de moagem para esferas de densidades diferentes. Fonte: Pedrassani, 2006.
Carga de Corpos Moedores
•
A
quantidade de corpos moedores e sua distribuição de
tamanho influenciam no tempo de moagem
. As bolas de
maior diâmetro atuam no início da moagem na redução
das
partículas,
já
as
bolas
menores
atuam
principalmente na fase final, no refinamento do material;
•
Assim, a carga do corpos moedores é composta por uma
distribuição de tamanhos
. Os fabricantes dos corpos
moedores possuem estudos e indicam geralmente qual a
distribuição melhor a ser seguida;
•
O volume aparente ocupado pelos corpos moedores
deve ser de
50 a 55% do volume útil
do moinho;
•
Com o passar do tempo, ou seja, com o uso do moinho
os corpos moedores sofrem desgaste. Assim, para
manter constante a eficiência da moagem deve-se
controlar o nível de corpos moedores
no interior do
moinho, adicionando sempre que necessário corpos de
tamanho maior. No entanto, recomenda-se que a cada
período de tempo seja o moinho completamente
descarregado e seus corpos moedores classificados e
preparar uma nova composição de tamanhos;
•
Em geral, as cargas de corpos moedores devem estar
distribuídas em:
Bolas pequenas: 45 a 50%
Bolas médias: 25 a 30%
Bolas grandes: 25 a 30%
•
A carga de corpos moedores e o tempo de moagem.
Figura 12.Evolução do tempo de moagem em função da carga de esferas. Fonte: Tecnologia de la frabricacion de azulejos, SACMI, 1990.
(Impacto)
Carga de Material
•
As características do material a ser moído devem ser
consideradas
no
processo
de
moagem.
Uma
granulometria inicial “grosseira”
nos indica que deve ser
usado
corpos moedores de dimensões grandes
, no
entanto, se a granulometria final desejada (após a
moagem) for fina deveremos ter também corpos
moedores de dimensões pequenas;
Obs.: Lembrar que a redução elevada das partículas ocorre
normalmente por impacto e a redução “fina” ocorre por
atrito.
•
Outra
característica do material
a ser moído é seu
peso
específico
(densidade). Assim, se este for elevado
deve-se utilizar corpos moedores também de elevado peso
específico;
•
A carga de material a ser moído deve, no mínimo, cobrir
os corpos moedores dentro do moinho;
•
O espaço livre mínimo que deve ser deixado no moinho
é de 25% de seu volume útil;
•
Assim, podemos afirmar que a quantidade de material a
ser moído deve ocupar:
Mínimo = 20% do volume útil
Máximo = 45% do volume útil
•
Resumo
:
Os corpos moedores ocupam de 50 a 55% do
volume
aparente
do moinho, sendo que o volume real ocupado é
de 60%, ou seja, 30% do volume útil do moinho.
As esferas ocupam 50% do volume Aparente do moinho
As matérias-primas ocupam de 20% a 45% do
volume Útil do moinho
Sabemos que o volume de material a ser moído deve estar
no mesmo nível dos corpos moedores, assim podemos
afirmar que
a quantidade mínima de material a ser moído
é 20% do volume útil
.
Volume Aparente do
moinho
Sabemos também, que dentro do moinho deverá ser
deixado 25% do seu volume útil vazio, assim temos que
a
quantidade máxima de material a ser moído é 45% do
volume útil
.
Volume Aparente do
moinho
Volume Útil do moinho
•
Outros fatores que interferem na moagem, alguns
controláveis outros não:
Relacionados ao moinho:
• Velocidade de rotação;
• Natureza do revestimento interno;
• Natureza e distribuição de tamanho dos corpos moedores;
• Carga dos corpos moedores.
Relacionados aos materiais:
• Qualidade da água de moagem, pH, etc.; • Dureza das matérias-primas;
• Forma e volume das partículas; • Volume de carga do moinho.
Fatores que interferem na moagem
Cálculos Relativos a Moagem
1) Velocidade Crítica (V
c)
É a velocidade a qual as componentes das forças centrífuga e do peso do corpo moedor se igualam (resultando nula a ação de moagem).
=
42,3
√
Sendo: Vc= velocidade crítica (RPM) D = diâmetro internodo moinho (m)
2) Velocidade Ótima de Rotação (V
or)
A velocidade ótima de rotação é da ordem dos 75% para corpos moedores de baixa densidade e 60% para corpos moedores de alta densidade.
=
× 75%
=
× 60%
Sendo: Vor= velocidade ótima de rotação (RPM) Vc= velocidade crítica (RPM)
3) Volume Útil do Moinho (V
u)
É o espaço interno disponível para os corpos moedores, as matérias-primas, a água e os aditivos.
= ×
×
Sendo: Vu= volume útil do moinho (m³) transformar em L r = raio interno do moinho (m)
Ci= comprimento interno do moinho (m)
D
iâ
m
et
ro
=
2
x
R
ai
o
Comprimento
4) Carga de corpos moedores (P
cm)
É o peso total de bolas que compõe a carga.
=
×
× × 0,60
Sendo: Pcm= quantidade de bolas (kg) Vu= volume útil do moinho (L) db= densidade das bolas (kg/L)
5) Carga de material a moer (P
mm)
É a quantidade de matéria-prima a ser moída.
=
× ×
× 0,45
100
Sendo: Pmm= quantidade de material a moer (kg) Vu= volume útil do moinho (L)
d = densidade da suspensão na descarga (kg/L) ss = percentual de material sólido em suspensão (%) 0,45 = fração do Vudo moinho ocupado pela carga
6) Água de moagem (A
m)
É a quantidade de água utilizada na moagem.
=
× (100 −
)
Sendo: Am= quantidade de água (kg)
Pmm= quantidade de material a moer (kg)
ss = percentual de material sólido em suspensão (%)
7) Carga de aditivo (A
d)
É calculada em base seca e geralmente é da ordem de 0,3 a 1,0%.
#
=
× $
%100
Sendo: Ad= quantidade de aditivo por carga (kg) Pmm= quantidade de material a moer (kg) Qa= percentual de aditivo utilizado por carga(%)
Exercícios
1.a)A indústria cerâmicaFicçãodecidiu realizar um investimento no setor de preparação de massa, e adquiriu um moinho descontínuo (tipo Alsing). A pedido do gerente da fábrica, o técnico cerâmico deverá calcular os parâmetros iniciais de operação, tais como a Velocidade Angular Crítica, a Velocidade Ótima de Rotação e a Quantidade de Bolas necessária para a moagem da massa cerâmica. Obs.: Considere a velocidade ótima de rotação da ordem de 60%, a densidade do corpo moedor (alumina) em 3,5 kg/L e a taxa de ocupação de aparente das esferas 0,50.
1.b) A indústria cerâmica Ficção optou pela fabricação de revestimentos cerâmicos após a aquisição do seu novo moinho. Para isto o técnico em cerâmica deverá calcular a Carga do Material a Moer, a Água de Moagem e a Carga de Aditivo.
Obs.: Considere a densidade da barbotina de 1,68 kg/L, o percentual de material sólido na barbotina de 64% e a quantidade de 0,95% do defloculante Silicato de Sódio.
1.c)A indústria cerâmicaFicçãopossui a seguinte composição de massa.
a) Calcule o peso seco para cada matéria-prima b) Calcule o peso úmido para cada matéria-prima
c) Calcule a quantidade de água que deve ser adicionada no moinho
Matéria-prima Composição Peso Seco Teor de Umidade Peso Úmido
Argila A 20 % 28 %
Argila B 50 % 23 %
Feldspato 10 % 8 %
Filito 20 % 14 %
2.a) A indústria cerâmica ABC decidiu seguir a concorrente e aumentar ainda mais sua capacidade de produção, no entanto, a verba destinada não foi bem calculada e os moinhos necessitaram ser redimensionados. Assim, o técnico cerâmico deverá calcular os parâmetros iniciais de operação, tais como a Velocidade Angular Crítica, a Velocidade Ótima de Rotação e a Quantidade de Bolas necessária para a moagem da massa cerâmica.
Obs.: Considere a velocidade ótima de rotação da ordem de 75%, a densidade do corpo moedor (porcelana) em 2,5 kg/L e a taxa de ocupação de aparente das esferas 0,50.
2.b)A indústria cerâmica ABCoptou pela fabricação de louça de mesa após a aquisição do seu novo moinho. Para isto o técnico em cerâmica deverá calcular a Carga do Material a Moer, a Água de Moagem e a Carga de Aditivo.
Obs.: Considere a densidade da barbotina de 1,63 kg/L, o percentual de material sólido na barbotina de 61% e a quantidade de 0,70% do defloculante Silicato de Sódio.
2.c) A indústria cerâmica ABC possui a seguinte composição de massa.
a) Calcule o peso seco para cada matéria-prima b) Calcule o peso úmido para cada matéria-prima
c) Calcule a quantidade de água que deve ser adicionada no moinho
Matéria-prima Composição Peso Seco Teor de Umidade Peso Úmido
Argila A 30 % 22 %
Filito A 20 % 15 %
Filito B 10 % 18 %
Albita A 40 % 9 %
Total
Exercícios
3)Calcular os parâmetros de moagem para os dois moinhos do laboratório de preparação de massa do CESTEC. Velocidade Angular Crítica, a Velocidade Ótima de Rotação, a Quantidade de Bolas, Carga do Material a Moer, a Água de Moagem e a Carga de Aditivo. Obs. 1: Considere a velocidade ótima de rotação da ordem de 60%, a taxa de ocupação de aparente das esferas 0,55, e a quantidade de 0,8% de defloculante.
Obs. 2:Determine experimentalmente a densidade dos corpos moedores e a densidade da barbotina.
Obs. 3:Será necessário trena ou fita métrica.
Referência Bibliográfica
RIBEIRO, M. J. P. M.; ABRANTES, J. C. C. Moagem em moinho de bolas: Estudo de algumas variáveis e otimização energética do processo.Cerâmica Industrial, v. 6, n. 2, p. 7-11, 2001.
BOSA, A.; FERRO, A. S.; WANDERLIND, A.; PASINI, D.; PATRÍCIO, M. C.; TASSIA, R.; MODESTO, C. O.; NONI JÚNIOR, A. de.; CARGNINA, M. Influência do Resíduo in natura das Matérias-primas, Carga de Bolas e Resíduo Final no Tempo de Moagem via Úmida em Moinho de Bolas.
Cerâmica Industrial, v. 12, n. 6, p. 32-36, 2007.
SACMI IMOLA.Tecnologia de la Fabricacion de Azulejos. Espanha: Litografia Castellon, [1990].
INSTITUTO ITALIANO PARA COMÉRCIO EXTERIOR.Curso de formação para profissionais da indústria cerâmica: Moagem e conformação na fabricação de pisos e azulejos. Criciúma: [s. n.], 2001.
