UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
ANNA THEREZA SOUZA DE OLIVEIRA
Avaliação do tipo de filito sobre as propriedades do piso cerâmico
semi-poroso
Natal-RN
2019
ANNA THEREZA SOUZA DE OLIVEIRA
Avaliação do tipo de filito sobre as propriedades do piso cerâmico
semi-poroso
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia de Materiais, do Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas
Coorientador: Prof. Dr. Sérgio Rodrigues Barra
Natal-RN
2019
FICHA CATALOGRÁFICA
Seção de Informação e Referência
Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede
Oliveira, Anna Thereza Souza de.
Avaliação do tipo de filito sobre as propriedades do piso cerâmico semi-poroso / Anna Thereza Souza de Oliveira. - 2019. 57 f.: il.
Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia de
Materiais, Natal, RN, 2019.
Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas.
1. Piso cerâmico - Monografia. 2. Filito - Monografia. 3. Piso semi-poroso - Monografia. I. Paskocimas, Carlos Alberto. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 666.3
de abastecimento de água / Manoel Felipe Araujo Pereira. - Natal, 2016. 15 f. : il.
Orientador: Lindolfo Neto de Oliveira Sales. Coorientador: Djalma Mariz Medeiros.
Monografia (Graduação em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Tecnologia – Departamento de Engenharia Civil.
1. Consumo de água. 2. Sistema de Abastecimento de Água. 3. Índice de Perdas. 4. Simulação Computacional. I. Sales, Lindolfo Neto de Oliveira. II. Medeiros, Djalma Mariz. III. Título.
FOLHA DE APROVAÇÃO
Assinaturas dos membros da comissão examinadora que avaliou e aprovou a Monografia do (a) discente _______________________________________, realizada em ___. ___ .______.
BANCA EXAMINADORA:
__________________________________ CARLOS ALBERTO PASKOCIMAS - Orientador
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________ SÉRGIO RODRIGUES BARRA - Coorientador
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________ MAURÍCIO MHIRDAUI PERES - Avaliador 1
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE (UFRN)
__________________________________
ALLAN JEDSON MENEZES DE ARAÚJO - Avaliador 2
AGRADECIMENTOS
À Adjailson Silva, Paulo Malafaia e Bárbara Rocha, membros do Grupo Elizabeth, em especial a Adjailson que muito me ajudou e contribuiu para o desenvolvimento deste trabalho.
Aos meus orientadores e professores, Prof. Dr. Carlos Alberto Paskocimas e Prof. Dr. Sérgio Barra pela confiança e por contribuirem para o meu desenvolvimento científico e pessoal.
À minha família e amigos, em especial a minha mãe, pela paciência de esperar pelo meu momento certo pra tudo; Celmo, Joao Gilberto e Adib, por lerem e darem suas opiniões sempre que solicitados.
RESUMO
O propósito deste trabalho foi analisar matérias-primas para barateamento de custo de uma massa cerâmica contendo duas matérias-primas essenciais para uso na composição: argilito e argila, os quais foram nomeados nesse trabalho de MP1 e MP2, produzida via seca, isto é, sem a inserção de água durante o processo, desenvolvendo um estudo dos filitos encontrados em regiões próximas com base na sua distância até a fábrica e seu custo por tonelada. Os filitos aqui tratados foram denominados de: (a)F1, (b)F2, (c)F3, (d)F4, (e)F5 e (f)F6. Para cada um, foram realizados ensaios para a determinação de: resíduo, umidade, retração, absorção, perda ao fogo, carga de ruptura, granulometria, densidade, análise química e dilatação. Após feitas essas análises, separadamente, as matérias-primas foram inseridas na massa cerâmica contendo MP1 e MP2 para serem processadas e submetidas aos mesmos ensaios e, assim, verificar sua viabilidade de uso na formulação, afim de diminuir o custo do argilito, matéria-prima mais cara, substituindo-o parcialmente por filito. Além disso, foi provado que o filito utilizado atualmente pela empresa, F5, não teve um bom desempenho em todos os testes realizados. Assim, o filito escolhido como mais interessante para uso foi o filito F6, por se apresentar uma rocha capaz de atender aos aspectos visuais e tecnológicos exigidos pela empresa aliando suas características positivas ao custo do material.
ABSTRACT
The purpose of this work was to analyze raw materials for cost reduction of a ceramic mass containing two essential raw materials for use in the composition: clay and clay, which were named in this work MP1 and MP2, produced via dry, that is, without the insertion of water during the process, developing a study of the phyllites found in nearby regions based on their distance to the factory and their cost per ton. The phyllites treated herein were named: (a) F1, (b) F2, (c) F3, (d) F4, (e) F5 and (f) F6. For each one, tests were performed to determine: residue, humidity, shrinkage, absorption, fire loss, rupture load, particle size, density, chemical analysis and expansion. After these analyzes, separately, the raw materials were inserted in the ceramic mass containing MP1 and MP2 to be processed and subjected to the same tests and, thus, to verify their viability in the formulation, in order to reduce the cost of clay, raw material. more expensive cousin, partially replacing it with phyllite In addition, it was proved that the filito currently used by the company, F5, did not perform well in all tests performed. Thus, the phyllite chosen as the most interesting to use was phyllite F6, as it presents a rock capable of meeting the visual and technological aspects required by the company, combining its positive characteristics with the material cost.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fluxograma do processo produtivo industrial de revestimentos
cerâmicos...03
Figura 2 - Participação de revestimento por tipo de produto no ano de 2017....06
Figura 3 - Principais produtores cerâmicos mundiais de 2013-2017...07
Figura 4 - Prensagem uniaxial de ação simples...10
Figura 5 - Inter-relação entre as variáveis de processo...11
Figura 6 - Prensa isostática...16
Figura 7 – Mesa vibratória...18
Figura 8 – Flexímetro...22
Figura 9 - Porcentagem de resíduo na matéria-prima...25
Figura 10- Porcentagem de resíduo na formulação...26
Figura 11 - Umidade da matéria-prima...28
Figura 12 - Umidade da formulação...28
Figura 13 - Absorção de água da matéria-prima...29
Figura 14 - Absorção de água da formulação...30
Figura 15 - Retração linear da matéria-prima...31
Figura 16 - Retração linear da formulação...31
Figura 17 - Perda ao fogo da matéria-prima...32
Figura 18 - Perda ao fogo da formulação...32
Figura 19 - Carga de ruptura da matéria prima após a sinterização...33
Figura 20 - Carga de ruptura da formulação após a sinterização...34
Figura 21 - Dilatação da matéria-prima...35
Figura 22 – Dilatação da formulação...35
Figura 23 - Revestimento feito com a composição padrão...37
Figuras 24 e 25 - Produto final dos filito F1 e F2 e suas respectivas composições...37
Figuras 26 e 27 - Produto final dos filitos F3 e F4 e suas respectivas composições...38
Figuras 28 e 29 - Produto final dos filitos F5 e F6 e suas respectivas composições...38 Figura 30 - Comparação entre C5 (pior produto final), C6 (composição com o
filito usado atualmente pela empresa) e C7 (composição de melhor desempenho)...38 Figura 31 - Semelhança entre C1 (composição padrão) e C7 (composição de melhor desempenho)...38
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Desgaste superficial do esmalte e locais de uso...13
Tabela 2 - Formulações utilizadas. Valores em porcentagem para cada matéria prima...17
Tabela 3 - Classificação dos revestimentos pelo grupo de absorção...20
Tabela 4 - Desempenho das formulações...24
Tabela 5 - Granulometria das matérias primas...26
Tabela 6 - Densidade geométrica das matérias primas...27
Tabela 7 - Análise química dos filitos...27
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABCERAM – Associação Brasileira de Cerâmica ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ANFACER – Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmicas para Revestimentos
BNDES – Banco Nacional de Desenvolvimento C1 – Composição 1 C2 – Composição 2 C3 – Composição 3 C4 – Composição 4 C5 – Composição 5 C6 – Composição 6 C7 – Composição 7 F1 – Filito 1 F2 – Filito 2 F3 – Filito 3 F4 – Filito 4 F5 – Filito 5 F6 – Filito 6
ISO – International Organization for Standardization MP1 – Matéria Prima 1
MP2 – Matéria Prima 2
MRF – Módulo de Ruptura à Flexão NBR – Normas Brasileiras
PEI – Porcelain Enamel Institute PF – Perda ao Fogo
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ... 1 2 OBJETIVO ... 4 2.1. Gerais...4 2.2. Específicos...4 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 5
3.1. O cenário da indústria cerâmica brasileira...5
3.2. Matérias primas utilizadas para a produção de pisos...7
3.3. O processamento do revestimento cerâmico...8
3.3.1. Etapas de blendagem, secagem e moagem da rota de fabricação de revestimentos cerâmicos...8
3.3.2. Etapas de silagem e prensagem...9
3.3.3. Etapas de secagem, esmaltação e decoração...11
3.3.4. A etapa de sinterização...12
3.4. Embalagem e estoque/distribuição...13
4 MATERIAIS E MÉTODOS ... 15
4.1. Confecção dos corpos de prova contendo apenas uma matéria prima para estudo isolado...15
4.2. Confecção dos corpos de prova contendo a massa cerâmica formulada para inserção dos filitos...16
4.3. Ensaios realizados...17 4.3.1. Resíduo...18 4.3.2. Granulometria...18 4.3.3. Densidade geométrica...19 4.3.4. Análise química...19 4.3.5. Umidade...19 4.3.6. Absorção...20 4.3.7. Retração linear...20 4.3.8. Perda ao fogo...21 4.3.9. Carga de ruptura...21 4.3.10. Dilatação...22 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 23
5.1. Resíduo...25 5.2. Granulometria...26 5.3. Densidade...26 5.4. Análise química...27 5.5. Umidade...28 5.6. Absorção...29 5.7. Retração linear...30 5.8. Perda ao fogo...32 5.9. Carga de ruptura...33 5.10. Dilatometria...34
5.11. Custos e distância da fábrica...35
5.12. Análise visual...36
7 CONCLUSÃO ... 40
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS...42
1 INTRODUÇÃO
Segundo a Associação Brasileira de Cerâmica ABCERAM (2019), o setor cerâmico brasileiro apresenta uma grande dificuldade de acesso a dados estatísticos e indicadores de desempenho, que são ferramentas importantes para acompanhar o desenvolvimento do setor. No Brasil, as regiões que mais se desenvolveram no âmbito da cerâmica foram a Sudeste e a Sul, em razão da maior densidade demográfica, maior atividade industrial, melhor infra-estrutura, melhor distribuição de renda, associado ainda as facilidades de matérias-primas, energia, centros de pesquisa, universidades e escolas técnicas. Entre os sub-setores do setor cerâmico, encontram-se cerâmica vermelha (tijolos, blocos e telhas); cerâmica branca (louças, isolantes elétricos e cerâmicas artísticas); materiais refratários; isolantes térmicos; fritas e corantes; abrasivos; vidro, cimento e cal; cerâmica avançada e, por fim, revestimentos cerâmicos, categoria discutida no presente trabalho.
Esses revestimentos são materiais utilizados para cobrir e dar acabamento à superfícies lisas. Nessa categoria, enquadram-se pisos, azulejos, ladrilhos e pastilhas. É produzida e comercializada no mercado nacional uma grande variedade de tipos de revestimentos, abrangendo desde peças populares, como os revestimentos cerâmicos semi-porosos, tratados nessa pesquisa, que devem apresentar, segundo a ISO 13006, 6 a 10% de absorção de água, até placas sofisticadas como os porcelanatos, peças cerâmicas que apresentam baixa absorção (de 0 a 0,5%) e alta resistência mecânica. Uma das matérias-primas utilizadas para a fabricação dessas peças, é o filito, um mineral já utilizado na formulação da empresa, que pode ser utilizado em várias proporções como substitutos parciais de argilas e do feldspato. Nesse estudo existe a intenção de investigar o desempenho do filito então já utilizado na fábrica (filito F5), assim como também avaliar os demais filitos.
De acordo com Vale et al. (2019), o filito é um mineral industrial de origem metassedimentar que pode sofrer alterações químicas de acordo com a região em que é encontrado. O mineral é composto, em geral, por mica, argilo-minerais
e quartzo. Contém também minerais como potássio e sódio, o que lhe dá a característica de fundente.
Além do filito, a massa cerâmica trabalhada na pesquisa contém duas principais matérias primas fundamentais: um argilito, encontrado no estado de Sergipe, denominado neste trabalho como MP1, que agrega na qualidade final da massa por ter uma alta dilatação, característica importante para o não aparecimento de defeitos no produto, pois a dilatação da massa deve acompanhar a alta dilatação do esmalte. É um material refratário e consegue absorver muita água; Por sua vez, a MP2 é uma argila encontrada no estado do Rio Grande do Norte, que tem suas características contrárias as do anterior, sendo um material fundente (por conter um alto teor de ferro, sua temperatura de fundição chega a 1100°C) e tem boa plasticidade, e nele, mais água foi necessária adicionar para que se alcance o estado de consistência plástica (baixa absorção). Outro fator importante associado as duas matérias primas refere-se ao seu custo: A MP2 é uma das matérias primas mais baratas usadas na indústria cerâmica e a MP1, a mais cara.
O uso do filito agregado a essas matérias primas pode ser uma boa alternativa para pisos cerâmicos de baixo valor, possibilitando o equilíbrio entre os dois materiais utilizados: sua inserção reduz custos relacionados a quantidade de MP1 na massa assim como também pode auxiliar na boa dilatação do produto final. Segundo Rezende (2019), não se pode escolher o tipo de revestimento apenas associando-o ao custo. Esse caminho não é o mais adequado, pois não se considera o desempenho no substrato e as características técnicas de cada produto. Além disso, é importante considerar a natureza dos materiais, seus tipos, aparência final, limitações de aplicação, patologias e durabilidade de forma a encontrar o melhor produto para revestimento de fachadas.
De acordo com o processamento das matérias primas, o trabalho foi desenvolvido com base no fluxograma abaixo, o qual mostra a rota de fabricação, desde o recebimento das matérias-primas pelos fornecedores, passando pelo processo de mistura, moagem, conformação, esmaltação, sinterização, até a venda do produto final.
Figura 1: Fluxograma do processo produtivo industrial de revestimentos cerâmicos (Imagem do autor).
Além disso, a distância entre a mina e a indústria deve ser levada em consideração, o que pode inviabilizar a compra. Dessa forma, o efeito da diminuição dos custos do processo pode gerar aumento de lucro para a empresa, mantendo o preço do revestimento, assim como pode diminuir a concorrência com a redução do preço do produto.
FORNECEDOR 1
MATÉRIAS
PRIMAS BLENDAGEM SECAGEM
FORNECEDOR 2 FILITO MOAGEM SILAGEM PRENSAGEM SECAGEM
ESMALTAÇÃO DECORAÇÃO SINTERIZAÇÃO EMBALAGEM
CONTROLE DE QUALIDADE ESTOQUE/DISTRI
BUIÇÃO
2 OBJETIVOS
2.1. Geral
O objetivo geral deste trabalho é mostrar a possibilidade de redução do custo da produção de revestimentos cerâmicos semi-porosos por meio do estudo de filitos presentes na região Nordeste.
2.2. Específicos
Avaliar as propriedades tecnológicas das diferentes misturas;
Avaliar o custo relativo entre os diferentes filitos estudados, levando em consideração sua distância à fabrica;
Considerar o filito que proporcione otimização do tempo de produção;
Avaliar a análise visual do produto final, considerando a mistura que proporcione um melhor acabamento.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. O cenário da indústria cerâmica brasileira
No Brasil, as regiões que mais se desenvolveram no setor cerâmico foram Sul e Sudeste incentivados pela maior densidade populacional e distribuição de renda associado a facilidade de obtenção de matérias primas. Segundo a ABCERAM (2019), são nessas regiões onde se tem uma grande concentração de indústrias de todos os segmentos cerâmicos. Outras regiões do país tem apresentado um certo grau de desenvolvimento, principalmente no Nordeste, onde tem aumentado a demanda de materiais cerâmicos, nos segmentos ligados a construção civil, o que tem levado a implantação de novas fábricas cerâmicas nessa região.
Segundo Prado e Bressiani (2012), a indústria cerâmica brasileira, mesmo com o impacto negativo da crise econômica de 2008, teve um desempenho positivo com crescimento na maioria dos setores que a congregam. Nos últimos anos, a produção pelo processo de fabricação via seca, tem aumentado em relação ao tradicional processo via úmida. Isso é evidenciado por dados da ANFACER que mostram que, em 2017, o processo sem adição de água corresponde a cerca de 73% da produção brasileira.
Quanto aos números nacionais do setor, a Associação Nacional dos Fabricantes de Cerâmica cita que o Brasil é um dos principais protagonistas no mercado mundial de revestimentos cerâmicos, ocupando a terceira posição em produção e consumo. Em 2018, foram produzidos 795 milhões de metros quadrados para uma capacidade instalada de 1.064 milhões de metros quadrados, representando apenas a utilização de 74% da capacidade fabril brasileira. Ao mesmo tempo, as vendas totais no mercado interno atingiram 694,5 milhões de metros quadrados. Os revestimentos são divididos em cerâmicas para piso, parede, fachada e porcelanato e sua produção é distribuída conforme a Figura 2.
Figura 2: Participação de revestimento por tipo de produto no ano de 2017 (Imagem do autor).
Ainda segundo a ANFACER, as vendas externas de revestimentos cerâmicos recuaram 0,2% em volume em 2017 comparado ao ano anterior, passando de 94,3 milhões de m2 para 90,4 milhões de m2. Destacaram-se como principais compradores os Estados Unidos; Paraguai; Argentina e República Dominicana. Esses números dão ao Brasil a quinta posição como exportador mundial, cujo ranking é liderado pela China, seguido da Espanha, Itália e Índia.
Porém, de acordo com a Figura 3, o Brasil está entre os três principais produtores de cerâmica para revestimento do mundo. Esse fato evidencia o maior consumo interno brasileiro e seus baixos números de exportação.
Figura 3: Principais produtores cerâmicos mundiais de 2013-2017 (ANFACER, 2018)
3.2. A matéria-prima principal estudada
A matéria prima principal a ser estudada no presente trabalho foi o filito, em especial, seis tipos diferentes encontrados na região Nordeste, nos estados de Sergipe, Rio Grande do Norte, Paraíba e Pernambuco. Segundo Ribeiro et al. (2000), os filitos típicos consistem de micas (muscovita, sericita, ilita), caulinita, pirofilita, clorita, quartzo, faldspatos, Fe2O3, em proporções diversas. Sendo, por sua natureza, rochas friáveis, ou seja, que pode reduzir-se facilmente a fragmentos, muitas vezes são explorados diretamente através de pás carregadeira e/ou escavadeiras hidráulicas e o carregamento do material bruto destinado às indústrias cerâmicas é efetuado em carretas. Os mesmos autores afirmam que o estado de São Paulo possui as maiores reservas do minério, cerca de 90.000.000 toneladas. Biondi e Marczynski (2014) acrescentam que, devido a conterem minerais com potássio e sódio, o filito tem atuação importante como fundente, substituindo o feldspato. São rochas muito comuns
constituindo-se em matérias primas cerâmicas de baixo valor agregado ao produto, o que inviabiliza o seu uso quando a distância entre a mina e a indústria for grande. Quanto as suas características, Melo e Thaumaturgo (2012) apontam que, geralmente, possuem alta plasticidade, boa resistência mecânica e cores clareadas após a queima à temperatura de 1000°C.
3.3. O processamento do revestimento cerâmico
A produção de cerâmica para revestimentos pode ser classificada, de acordo com o processo de preparação da massa, como via úmida, com adição de água, muitas vezes utilizado para produção de porcelanato, e via seca, sendo esse último o processo utilizado para realização deste trabalho. De acordo com Gorini e Correa (1999), as placas de cerâmica para revestimentos apresentam grande diversidade de produtos, em consequência de uma série de possibilidades de combinações, destacando-se a escolha da massa (combinação balanceada de várias matérias primas), a forma de preparo (via úmida ou seca), o tipo de conformação da peça (para o presente trabalho, prensagem a seco), o tipo de acabamento da superfície (adição de esmalte), o processamento térmico e as características técnicas do produto. O processo de via seca utiliza operações de lavra, secagem e moagem a seco, seguindo para os processos cerâmicos subsequentes. Para a composição da massa há, geralmente, uma mistura de rocha mais fundente, com rocha mais plástica.
3.3.1. Etapas de blendagem, secagem e moagem da rota de fabricação de revestimentos cerâmicos
Em função do grande volume de produção, as matérias primas que farão parte da massa são dosadas em pás carregadeiras e misturadas. Isso consiste no processo de blendagem. Após a mistura, esse material passa por um secador no qual a umidade é retirada para facilitar a moagem. Essa umidade provém do armazanamento ao ar livre da materia prima recebida, a qual está sujeita a chuva.
Por sua vez, as propriedades finais do produto cerâmico, como porosidade, tamanho do poros e resistência mecânica e umidade, são determinadas a partir do processo de moagem, prensagem e sinterização. A etapa de moagem conta com um moinho de martelos e um pendular e um conjunto de peneiras com granulometria de 100 mesh. Darolt et al. (2010) citam que o processo de moagem via seca, em relação ao via úmida, apresenta algumas vantagens como a diminuição de custos energéticos, simplicidade de operação, menor desgaste do equipamento e menor manutenção das instalações. No entanto, a moagem a seco apresenta alguns limites tecnológicos por não apresentar a finura dos pós obtidos por via úmida e, ao mesmo tempo, a agregação das partículas ocorre de maneira menor, podendo apresentar problemas durante a prensagem em relação ao material atomizado. Já para o processo de via úmida, segundo o BNDES, a redução de tamanho das partículas é muito mais eficiente, aumentando a compactação da peça e a composição formada é mais uniforme. Em contrapartida, o consumo energético (custo) é maior que a via seca, pois a água adicionada deve ser eliminada, além dos problemas muito comuns de reologia da suspensão cerâmica.
3.3.2. Etapas de silagem e prensagem
Na indústria produtora de revestimentos cerâmicos, todo o pó resultante do processo de moagem segue através de esteiras transportadoras até os silos, onde ficarão armazenados até a demanda na etapa de conformação. Nesse momento, a massa tem uma umidade conformacional desejada, estabelecida pela empresa, de 8,3 a 8,6%. Uma vez demandado, o pó cairá, por gravidade, até a prensa. Segundo Freitas et al. (2009), nesta etapa, a operação de conformação por prensagem a seco baseia-se na colocação de uma massa de pó granulado no interior de uma matriz rígida no formato do produto, que é compactada devido à aplicação de uma força de pressão. Como citado, a matriz utilizada tem a forma da peça pretendida, ficando esta com um aspecto praticamente definitivo após a compactação, e uma resistência mecânica tal, que permite aguentar os tratamentos seguintes. As operações seguintes as quais os autores se referem são secagem, esmaltação e sinterização. O tipo de prensagem realizada para revestimento é a uniaxial de simples ação. Portanto,
na prensagem uniaxial de ação simples, a pressão é aplicada pelo punção superior, o qual é introduzido na cavidade que contém a massa de pó. Após a compactação, o punção superior é removido, e a extracção da peça dá-se pela subida do punção inferior, como mostra a figura 4, nos processos a, b e c. Esta técnica é utilizada quando se pretende obter peças de geometria simples e espessura reduzida.
Figura 4: Prensagem uniaxial de ação simples (ALBARO, 2001)
Como evidenciado por Albaro (2001), a prensagem uniaxial de ação simples é empregada quando se necessita obter peças de geometria simples e de espessura reduzida, sendo assim, esse processo é ideal para a conformação de pisos cerâmicos. Ainda para o autor, um bom processo fabril de revestimentos cerâmicos, a pressão de compactação e o teor de umidade nos silos são fatores que determinam a densidade da peça após a secagem. O controle de produto acabado baseia-se na realização de testes no piso para controle de produção. Nos testes são avaliadas as características como módulo de ruptura a flexão das peças secas e queimadas, absorção de água e retração linear de queima, esta última variando linearmente com a densidade da peça seca. Segundo Paula e Quinteiro (1997), durante a fabricação, a umidade atua como um lubrificante ou plastificante da argila, e portanto diminui o esforço necessário para que as partículas comecem a escorregar umas sobre as outras. O módulo de ruptura a flexão (MRF) das amostras secas aumenta linearmente com a densidade após
a secagem, como desejado. Sob esse aspecto, é esperado que quanto maior for o MRF melhor é o compacto.
Os autores citados por último ainda realizaram um estudo referente a dependência da absorção, retração linear de queima e módulo de ruptura à flexão com a densidade das peças secas, segundo o esquema abaixo, no qual motram a que a pressão de compactação e o teor de umidade afetam a densidade após a secagem que, por sua vez, tem influencia na retração da peça durante a queima, absorção de água (porosidade) e módulo de ruptura a flexão.
Figura 5: Inter-relação entre as variáveis de processo (PAULA; QUINTEIRO, 1997).
Como mostrado anteriormente, o teor de umidade é estipulado pelo fabricante, e a NBR 13818 aceita uma variação de 0,5% no valor adotado.
3.3.3. Etapas de secagem, esmaltação e decoração
A etapa de secagem do material é realizada de forma que, ao final, a peça não esmaltada adquira umidade máxima, desejada pela empresa, de 1,0%. Nesta linha de avaliação, Barbosa et al. (2008) descrevem que para verificação ou controle manual, realizam-se as seguintes medições na saída do secador: (a) ortogonalidade, medida com um paquímetro, a qual permite realizar correções em caso de defeito antes da etapa de queima; (b) umidade residual; (c) densidade geométrica, que pode apresentar uma variação de 0,03 g/cm3 entre uma peça e outra e (d) módulo de resistência à flexão. É importante ressaltar
que o tempo de residência é também uma variável importante nessa etapa e depende da velocidade de prensagem definida previamente na operação.
Após a secagem da peça à verde, a linha de produção segue ao processo de esmaltação. Nesta etapa de produção, Barbosa et al. (2008) ainda aponta que, com a aplicação dos esmaltes se busca impermeabilizar, aumentar a resistência ao desgaste e incrementar a resistência mecânica das peças, além de desenvolver propriedades estéticas. Realizam-se quatro aplicações: água, engobe, esmalte e tinta. Para uma rápida e boa absorção do engobe e do esmalte, necessita-se que a temperatura da peça seja adequada antes da aplicação da água, por isso seu controle é indispensável. Esse controle foi descrito na etapa anterior.
O filito ideal influencia diretamente no processo de esmaltação aumentando a dilatação da peça durante a sinterização. É importante haver equilíbrio entre a dilatação da massa e do esmalte para não ocorrer o aparecimento de defeitos.
Se for necessário, o piso pode ser decorado com uma imagem a escolha, geralmente feita por uma impressora HD.
3.3.4. A etapa de sinterização
A entrada da peça ao forno se dá logo após a esmaltação. Essa etapa garante maior resistência mecânica e aderência do esmalte. De acordo com Gomes (1995), o termo sinterização não é simplesmente aplicado ao processo de queima, ele descreve o processo, no qual um compactado de pós (metálicos ou cerâmicos) vem a adquirir uma estrutura sólida coerente através de deslocamentos internos de massas por processos difusionais atômicos ativados termicamente. Segundo informaçãoes da ABCERAM (2019), as peças são submetidas a um tratamento térmico a temperaturas elevadas, entre 800°C a 1700°C, sendo máximo 1200ºC para produção de porcelato e temperaturas superiores são para fabricação de elementos refratários (isolante térmicos, rolos para forno), dependendo da matéria prima utilizada ou do tamanho da peça
desejada, em fornos contínuos ou intermitentes que operam em três fases: (a) aquecimento da temperatura ambiente até a máxima; (b) patamar durante um certo tempo na temperatura especificada para promover difusão atomica entre as partículas; (c) resfriamento.
3.4. Embalagem e estoque/distribuição
Na embalagem deve conter informações técnicas do produto, uma delas é o PEI (Porcelain Enamel Institute), que classifica o piso quanto a resistência à abrasão, no qual PEI-1 representa baixa resistência à abrasão e PEI-5, altíssima resistência e sem manchas após abrasão, como mostrado na tabela 1, a qual relaciona a resistência à abrasão ao tráfego na área. Essa é uma característica fornecida pelo esmalte, e não pela composição da massa. Deve conter também, na embalagem, uma recomendação de local de uso, como área externa ou interna, referência normativa à NBR 13818:1997 e à ISO 13006, dimensões e m2 por caixa, por exemplo.
PEI TRÁFEGO LOCAL DE USO
PEI 0 - Paredes (desaconselhável para pisos) PEI 1
BAIXO
Banheiros residenciais, quartos de dormir etc.
PEI 2
MÉDIO
Cômodos sem portas para o exterior e banheiros.
PEI 3
MÉDIO ALTO
Cozinhas, corredores, halls e sacadas residenciais e quintais
PEI 4
ALTO
Residências, garagens, lojas, bares, bancos, restaurantes, hospitais,
hotéis e escritórios. PEI 5
ALTÍSSIMO
Residência, áreas públicas, shoppings, aeroportos e padarias.
Tabela 1: Desgaste superficial do esmalte e locais de uso (ANFACER, 2009)
Antes da venda, o produto final recebe uma classificação de acordo com a sua qualidade. De acordo com Gorini e Correa (1999), os produtos acabados
são classificados em A, B, C e D, de acordo com os defeitos encontrados. Essa classificação é feita eletrônica e visualmente e tem influência direta sobre o preço. Os produtos B, C e D são, respectivamente, 15%, 40% e 60% mais baratos que o produto A. A distribuição da produção é feita diretamente às lojas de materiais de construção ou pelos agentes regionais.
Após embalado, o produto estará estocado numa grande área e pronto para ser vendido a clientes como construtoras e lojas de materiais de construção.
4 MATERIAIS E MÉTODOS
O estudo foi dividido em duas etapas: na primeira foram confeccionados corpos de prova contendo como matéria prima apenas os filitos a serem estudados; na segunda, cada filito foi colocado juntamente a massa cerâmica composta de 33,3% de MP1 (argilito) e 33,3% de MP2 (argila).
4.1. Confecção dos corpos de prova contendo apenas uma matéria prima para estudo isolado
Inicialmente, pesou-se 3kg de cada amostra de filito selecionado, e colocado em estufa para secagem a 200 ºC, por aproximadamente de 50 minutos, com o intuito de diminuir a umidade do material. Em seguida, as amostras secas foram moídas em moinho de martelo, e peneiradas a 100 mesh de acordo com a NBR13818. O material passante da peneira foi utilizado para os ensaios de resíduo (partículas maiores que as demais, contaminação), granulometria e densidade, os três primeiros testes realizados.
Para a confecção dos corpos de prova com dimensões aproximadamente de 100 x 45 x 5mm3,foram separados 85g de cada amostra, adicionou-se o teor de umidade de 8,3 a 8,6% para serem conformadas na prensa isostática hidráulica Marcon (figura 1), utilizando força de 12,5 toneladas. Cinco corpos de prova de cada filito foram confeccionados, sendo amostra 1: corpo de prova sinterizado e não esmaltado, usado para ensaio de absorção e amostras 2,3,4 e 5: esmaltadas e sinterizadas para realização dos demais ensaios.
Antes de serem esmaltados, as peças foram colocadas na linha de produção, seguindo o fluxo de bicos de água utilizados para tampar os poros mais visíveis; receberam uma camada de engobe (líquido formado por argila que auxilia na ipermeabilização do esmalte); e uma camada de esmalte. Depois disso, os barretes foram postos na estufa novamente por aproximadamente 5 minutos para uma secagem rápida.
Figura 6: Prensa isostática. (Imagem do autor)
Os corpos de prova a serem sinterizados foram colocados em uma tela e inseridos no forno contínuo durante 30 minutos a uma temperaura de 1160ºC.
4.2. Confecção dos corpos de prova contendo a massa cerâmica formulada para inserção dos filitos
Após todos os testes com a matéria prima individualmente, foi inserido 33,3% do filito a cada uma das matérias primas, como mostrado na Tabela 2, relacionada a composição, adicionou-se o teor de umidade de 8,3 a 8,6% para serem conformadas. A nova formulação é composta de:
FORMULAÇÃO (valores em % de massa) MATÉRIA-PRIMA C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 MP1 50 33,4 33,4 33,4 33,4 33,4 33,4 MP2 50 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 33,3 F1 0 33,3 0 0 0 0 0 F2 0 0 33,3 0 0 0 0 F3 0 0 0 33,3 0 0 0 F4 0 0 0 0 33,3 0 0 F5 0 0 0 0 0 33,3 0 F6 0 0 0 0 0 0 33,3 TOTAL 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
Tabela 2: Formulações utilizadas. Valores em porcentagem de massa para cada matéria prima.
Sendo C1 a composição padrão, em que há apenas MP1 e MP2, e C2, C3, C4, C5, C6 e C7 as demais composições, com a presença do filito. Também foram confeccionados cinco corpos de prova de cada formulação, sendo amostra 1: corpo de prova sinterizado e não esmaltado, usado para ensaio de absorção e amostras 2,3,4 e 5: esmaltadas e sinterizadas para realização dos demais ensaios.
O processo de esmaltação e queima foi igual ao mostrado anteriormente, para os corpos de prova usando apenas filito como matéria prima.
4.3. Ensaios realizados
Com o pó, foram realizados os ensaios de resíduo, granulomeris e densidade. Os demais testes foram feitos com as peças já confeccionadas.
4.3.1. Resíduo
É denominado resíduo o material retido nas peneiras durante a etapa de moagem. Esse material não necessariamente é descartado, podendo ser levado novamente ao moinho.
Separou-se 100g de cada pó para fazer o teste de resíduo. Colocou-se o pó na malha de mesh 325, lavando-o até que água fique completamente limpa e todo material passante na peneira tenha sido levado pela água. O material lavado, chamado de resíduo foi posto em um prato e levado pra estufa em uma temperatura 200°C por aproximadamente 15 minutos. Após isso, o resíduo foi pesado na balança.
4.3.2. Granulometria
Foram pesadas 100g das amostras de cada matéria prima e colocadas separadamente num grupo de peneiras sobrepostas em uma mesa agitadora Servitech modelo CT-025 (Figura 8). As peneiras utilizadas foram de malha 14, 30, 80, 140 e 230 e submetidas a agitação durante 8 minutos. Todas as peneiras estavam calibradas segundo a norma ABNT. Foram pesados o material retido em cada peneira.
4.3.3. Densidade geométrica
A densidade geométrica foi determinada a partir da pesagem do material em pó dentro de um recipiente de volume conhecido e massa desprezada. O valor da densidade foi calculado de acordo com a fórmula 3:
𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (𝑐𝑚3𝑔 ) =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 (Fórmula 3)
4.3.4. Análise química
Foi realizada uma análise qualitativa no espectômetro de fluorescência de raios x Shimadzu EDX-720 do Departamento de Engenharia de Materiais da UFRN, em que se caracterizou uma amostra sinterizada de cada filito. Para esse teste não foi necessária a quebra das amostras. Essa caracterização é importante para assegurar que os minerais estudados se tratam de filitos.
4.3.5. Umidade
Para conhecer o valor da umidade, o corpo de prova foi pesado duas vezes: a primeira ainda úmido, logo após prensado e, a segunda, após ter sido seco na estufa a 200°C por 15 minutos, de acordo com a Equação 1:
𝑈𝑚𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒(%) =𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙−𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 100 (Equação 1)
Como mostrado por Paula e Quinteiro (1997), o teor de umidade tem relação direta com a densidade após a secagem. A densificação depende da facilidade com que os grânulos se deformam plasticamente, ou seja, da sua plasticidade. Sob esse ponto de vista, considerando que a umidade atua como um plastificante, ela diminui o esforço necessário para que as partículas de pó, comecem a escorregar umas sobre as outras.
Industrialmente, o valor de umidade desejada da massa no momento da prensagem é de 8,3 a 8,6%. Após a secagem, é esperado valor máximo de 1,0%.
4.3.6. Absorção de água
O ensaio de absorção de água foi realizado após a queima. As peças foram pesadas e colocadas em agua fervendo durante 2 horas, em seguida em água a uma temperatura de 30°C por mais 2 horas. Depois de retira-las da água, seu peso foi anotado novamente, de acordo com a Equação 2:
𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟çã𝑜(%) =𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 ú𝑚𝑖𝑑𝑎−𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 *100 (Equação 2)
Segundo a ANFACER (2000), a classe de absorção de uma cerâmica é extremamente relevante, pois é ela que irá determinar se a cerâmica é um porcelanato, um grês porcelanato etc, como mostrado na tabela 3:
CLASSIFICAÇÃO DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS PELO GRUPO DE ABSORÇÃO
Absorção de água
(%) Produto Grupo de absorção
Abs ≤ 0,5 Porcelanato Quase nula
0,5 < Abs ≤ 3,0 Grês Baixa
3,0 < Abs ≤ 6,0 Semi-Grês Média 6,0 < Abs ≤ 10,0 Semi-Poroso Média Alta
Abs > 10,0 Poroso Alta
Tabela 3: Classificação dos revestimentos pelo grupo de absorção (ANFACER, 2000)
4.3.7. Retração linear
Os valores de retração foram conhecidos a partir das medições dos corpos de prova com um paquímetro digital logo após passado 15 minutos na estufa a
uma temperatura de 200°C, e depois da sinterização, num ciclo de 30 minutos a uma temperatura de 1160°C. Os valores obtidos devem obedecer a Equação 3:
𝑅𝑒𝑡𝑟𝑎çã𝑜(%) =𝐶𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙− 𝐶𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙𝐶𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ∗ 100 (Equação 3)
Segundo Melchiades et al. (1996), a retração é uma consequência do processo de sinterização que se define pelo agrupamento de moléculas que compõem a cerâmica à medida que a temperatura aumenta, estando sempre abaixo do ponto de fusão do material, fazendo com que as imperfeições e poros diminuam, aumentando assim a densidade do material e diminuindo suas dimensões.
4.3.8. Perda ao fogo
Perda ao fogo é a quantidade de material perdido durante a sinterização. Esta diferença de massa se dá devido a volatização dos compostos.
Para conhecer os valores de perda ao fogo, os corpos de prova foram pesados após saírem da estufa e novamente pesados após a sinterização e fez-se um cálculo de acordo com a Equação 4:
𝑃𝑒𝑟𝑑𝑎 𝑎𝑜 𝑓𝑜𝑔𝑜(%) =𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜−𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑐𝑜 ∗ 100 (Equação 4)
4.3.9. Carga de ruptura
Para obter as cargas de ruptura seca e queimada, os corpos de prova foram submetidos ao teste de flexão no flexímetro Servitech modelo CT-101 (figura 2). Para isso, uma carga constante crescente, em quilogramas, foi aplicada no centro do corpo de prova bi apoiado, segundo a ASTM C674.
Figura 8: Flexímetro (Imagem do autor)
4.3.10. Dilatação térmica
Segundo Amorós et al. (1997), a dilatação que a maioria dos materiais sofre por ação do calor é uma consequência do aumento de sua energia interna, que implica em uma maior amplitude das vibrações moleculares. É representada pela curva de queima da matéria prima, mostrando o ponto de fusão do material. No meio cerâmico, a dilatação é responsável por definir ou prever defeitos no produto final. A análise foi realizada no dilatômetro NETZSCH DIL 402 e dada em porcentagem de dilatação.
O dilatômetro é formado por um termopar com um sensor de dois metais diferentes de altíssima pureza conectados entre si e percorridos por uma corrente elétrica para que seja sensível a variação de volume da amostra. O sistema é submetido a uma temperatura elevada.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para simplificar a discussão dos resultados, a tabela abaixo mostra os resultados, em porcentagem, dos testes realizados. Os resultados em vermelho representam a composição que teve o pior desempenho e, em verde, a que teve melhor desempenho. Também foi colocada uma coluna para evidenciar a formulação que teve resultado mais aproximado da amostra padrão (C1), cujos resultados também estão presentes, em amarelo. Assim, a discussão foi realizada com base nas amostras C5, C6 e C7, que obtiveram valores mais próximos a C1 para algumas propriedades.
Não foi possível neste trabalho fazer medições precisas do filito F3 para alguns ensaios após a queima, pois, possivelmente pela grande quantidade de mica, o material não fundiu e se degradou ao longo do processo. Portanto, para esse material, não foi atribuído valor aos gráficos apresentados abaixo.
T a b e la 4 : D e s e m p e n h o d a s f o rm u la ç õ e s
5.1. Resíduo
A quantidade de resíduo é importante pois, quanto mais resíduo na composição da massa, mais material é retido na peneira. Esse material é levado novamente para moagem, aumentando o tempo da produção e energia consumida no processo. Além disso, para diminuição da quantidade de resíduo, é necessário aumentar o tempo da moagem.
De acordo com Santos (1975), os filitos têm baixo resíduo em peneiras de malha 200 mesh, o que possibilita o seu uso sem praticamente nenhum beneficiamento prévio na composição de massas cerâmicas, em quaisquer que sejam as finalidades. Nesse trabalho, foi utilizada peneira de 325 mesh para o teste.
Foi observado um maior teor de resíduo na amostra proveniente do filito F3 (61,32%), e consequentemente na C4, referente a essa matéria prima.
O filito com menor teor de resíduo é o F4 (24,52%) e a composição na qual o mesmo foi inserido (C5) também apresentou uma baixa quantidade de resíduo, menor que o da amostra padrão (28,92%).
Figura 10: Porcentagem de resíduo na formulação.
5.2. Granulometria
O tamanho e formato do pó cerâmico determinam o preenchimento do molde da prensa e pontos de contato onde acontecerão reações de sinterização. Quanto menor o tamanho de partícula, maior será sua área superficial, aumentando os pontos de contato, resultando num material mais denso e com menos quantidade de poros, considerando também uma boa variação de tamanho entre as partículas.
GRANULOMETRIA
MATÉRIA PRIMA #14 #30 #80 #140 #230 FUNDO TOTAL PERDA
FILITO F1 0,00 0,22 41,13 36,03 19,62 1,56 98,56 1,44 FILITO F2 0,13 0,01 0,35 16,46 38,65 43,66 99,26 0,74 FILITO F3 0,00 0,11 0,39 8,33 39,12 51,6 99,55 0,45 FILITO F4 0,00 0,01 0,74 11,47 24,11 63,4 99,73 0,27 FILITO F5 0,03 0,6 4,31 16,39 27,5 50,25 99,08 0,92 FILITO F6 0,00 0,23 2,52 18,69 30,56 47,24 99,24 0,76
Tabela 5: Granulometria das matérias primas.
Segundo Melo (2012), a pouca diferença nos valores de densidade dos filitos sugere pouca distinção de composição química. Por se tratar do mesmo mineral, a densidade não variou de forma significativa.
MATÉRIA PRIMA PESO DENSIDADE g/cm³
FILITO F1 156,14 0,71 FILITO F2 217,97 1,00 FILITO F3 199,48 0,91 FILITO F4 164,87 0,75 FILITO F5 210,52 0,96 FILITO F6 219,34 1,00 VOLUME = 218,9 cm³
Tabela 6: Densidade geométrica das matérias primas
5.4. Análise química
Os resultados da análise química, feita após a sinterização das matérias primas estão presentes abaixo:
ANÁLISE QUÍMICA IDENTIFICAÇÃO DA AMOSTRA %PF % SiO2 % Al2O3 % Fe2O3 % CaO % MgO % SO3 % Na2O % K2O % TiO2 FILITO F1 6,38 62,57 19,44 5 0,36 1,31 0,16 0,54 3,53 0,71 FILITO F2 7,94 52,85 13,25 11,2 5,44 5,26 0,18 2,14 0,67 1,08 FILITO F3 4,51 60,62 15,51 6,23 5,22 2,81 0,23 2,39 1,71 0,75 FILITO F4 4,7 61,92 18 6,84 1,6 1,35 0,14 0,79 4,27 0,93 FILITO F5 3,03 57,32 13,64 10,26 5,46 3,03 0,18 2,61 2,11 2,35 FILITO F6 5,3 59,39 16,38 8,28 1,31 2,32 0,15 5,66 0,43 0,77
Tabela 7: Análise química dos filitos.
Análise química comprova as porcentagens de óxidos encontrados nos filitos, no qual podemos ver a predominância de óxido de silicio e alumina.
O filito F6 contém uma grande qunatidade de Na2O, contribuindo para sua característica como fundente.
Os filitos F2 e F5 possuem composições muito parecidas, evidenciadas, de acordo com a tabela 7, por serem encontrados em jazidas próximas.
5.5. Umidade
De acordo com os gráficos, não houve uma variação significativa nos valores de umidade dos materiais estudados. Peças mais úmidas interferem no rendimento do secador, que gastará maior quantidade de energia para que a água seja evaporada.
Figura 11: Umidade da matéria-prima
A amostra padrão obteve um valor de umidade de 8,42%, sendo a C6 a formulação que mais se aproximou desse desempenho. Esses valores de umidade estão dentro do padrão industrial (8,3 a 8,6%) e obedecem a NBR13818. Segundo Oliveira et al. (2015), valores de umidade entre 5% e 7% não são suficientes para consolidar os grânulos com o mínimo de coesão entre as camadas de umidade que encobre as partículas e consequente redução das forças superficiais do tipo Van der Waals entre as partículas, ou ainda forças de capilaridade devido à presença de líquido dentro do grânulo.
5.6. Absorção de água
Durante a sinterização, há a formação de materiais vítreos que recobrirão uma determinada quantidade de poros, resultando num produto de melhores qualidades intrínsecas. A absorção de água é função direta da porosidade e permeabilidade da peça cerâmica. As superfícies esmaltadas normalmente não são porosas, são impermeáveis. Quanto mais compactado o corpo de prova, menor a absorção de água, que pode ser diminuída com o uso de matérias-primas fundentes na massa, como o feldspato, por exemplo, diminuindo a temperatura de formação de fase líquida durante a queima. Então, esse líquido formado tende a preencher os espaços vazios do corpo cerâmico, diminuindo assim a porosidade.
Figura 14: Absorção de água na formulação
A amostra padrão C1 obteve valor de 7,96%. O filito que menos absorveu água foi o F5 (7,49%). A composição na qual ele foi inserido também apresentou menor percentual de absorção (6,78%), referente a C6. Esses valores baixos de absorção foram refletidos na alta carga de ruptura queimada da peça. O estudo de Oliveira et al. também comprova que ao elevar-se a umidade a valores próximos a 9% com uma pressão fixa, a absorção de água começa a diminuir.
Segundo a NBR 13818, para que o produto seja considerado um revestimento cerâmico de qualidade, a absorção precisa estar entre 6 a 10%, já que estamos trabalhando com peças semi-porosas. Isso pode ser evidenciado na tabela 3.
5.7. Retração linear
O valor da retração está associado a densificação das partículas durante a sinterização. A retração é uma característica que pode ser alterada ajustando a temperatura do forno. Quanto maior a temperatura, menor o tamanho final da peça cerâmica. O uso de materiais fundentes na formulação, que favorecem a formação de fase líquida, pode não somente diminuir a absorção de água e aumentar a resistência mecânica, como também aumentar a retração linear. Outro fator que tem relação com a retração é a a constância na força de prensagem, ou seja, quanto maior a pressão de prensagem, menor será a retração do produto acabado e viceversa.
Figura 15: Retração linear da matéria-prima
Figura 16: Retração linear na formulação
A matéria-prima que mais retraiu foi o filito F6, com 4,98%. Dentro da formulação elaborada com MP1 e MP2, o corpo de prova também obteve um elevado valor de retração, ainda próximo ao da amostra padrão, que tem como porcentagem 5,30%. É buscado um material que garanta um maior valor de retração para que a temperatura do forno possa ser diminuída, desde que esse valor não interfira na produção de lotes com mesma bitola (limites de variações nos tamanhos das peças, que ocorrem por causa de pequenas diferenças de temperatura do forno e pequenas variações de granulometria do material) e atenda as exigências do mercado no que se refere ao tamanho da peça.
5.8. Perda ao fogo
O ensaio de perda ao fogo está associado a quantidade de matéria orgânica que o material perdeu ao longo da sinterização. Esse processo diminui a massa da peça. Os resultados apresentados mostram em porcentagem essa diferença de massa.
Figura 17: Perda ao fogo da matéria-prima
Figura 18: Perda ao fogo da formulação.
O filito F2 apresentou maior perda (2,96%). Já na formulação, a que mais se aproximou da formulação ideal, que teve 1,14% de perda, foi a que contém o filito F6, C7. A composição C6 também apresentou bom resultado de perda ao fogo. Dessa forma, é mais viável que a matéria-prima tenha uma menor perda de material ao longo da sinterização e, assim, um menor consumo de material no momento da dosagem e esse gasto com matéria-prima se torne menor.
5.9. Carga de ruptura
A carga de ruptura pode ser relacionada com a absorção de água. Corpos de prova frágeis e com mais poros precisaram de uma carga mais baixa para se romper. Pode-se perceber que o material que apresentou uma baixa carga de ruptura também teve um alto teor de absorção (maior quantidade de poros para conseguir absorver mais água durante o ensaio). A quantidade de resíduo também influencia na carga de ruptura do material, sendo inversamente proporcionais.
A escolha de produtos mais ou menos resistentes depende do local de uso. Em casos de lugares onde há maior solicitação de esforços, é necessário escolher placas com maior carga de ruptura; e em lugares de menor circulação, como banheiros residenciais ou dormitórios, pode-se optar por placas com menor carga de ruptura.
Figura 20: Carga de ruptura da formulação após a sinterização.
A amostra padrão obteve 48% de carga de ruptura. Após a sinterização, a formulação que precisou de maior carga foi a que apresenta o filito F5 na sua composição (C6) e também é a que mais se aproxima do valor da amostra padrão.
5.10. Dilatometria
Para esse tipo de revestimento, é requerido uma alta dilatação, pois a matéria prima que compõe o engobe e o esmalte tem uma dilatação alta (73,1% e 65,7% respectivamente). Para equilibrar valores da massa com a do esmalte e não haver o aparecimento de defeitos na peça, tem de se optar por materiais que forneçam uma dilatação maior.
Esses defeitos são chamados são chamados de trincas, em que comprometem todo o corpo cerâmico, e de gretagem, que apresenta-se através de microfissuras apenas na parte esmaltada da cerâmica. De acordo com Palmonari e Timeline (1989), na maioria dos casos, a gretagem é causada pelo desacordo entre a dilatação térmica do esmalte e da base. Isto significa que, sob certas condições envolvendo variações de temperatura, o esmalte está sujeito a tensões suficientes para causar fissura.
Figura 21: Dilatação da matéria-prima.
Figura 22: Dilatação da formulação.
A amostra padrão teve 71,70% de dilatação. Nesse caso, como mostram os gráficos, o filito F6 se aproximou mais, em valores, da dilatação da amostra padrão. Essa característica é considerada uma das mais importantes para a fabricação de revestimentos cerâmicos, pois afetará diretamente na qualidade do produto final, gerando mais lucros para a empresa.
5.11. Custos e distância da fábrica
A tabela abaixo apresenta o preço por tonelada e a distância em quilômetros da fábrica de cada matéria prima apresentada neste trabalho.
MATÉRIA PRIMA DISTÂNCIA DA FÁBRICA (KM) PREÇO (R$) ESTADO MP1 610 149,00 SE MP2 240 69,00 RN F1 160 55,00 PE F2 170 50,00 PB F3 90 30,00 PB F4 85 30,00 PB F5 196 56,00 PB F6 198 74,00 PE
Tabela 8: Distância e preço por tonelada das matérias primas
A tabela 8 nos permite avaliar os custos e a distância da fábrica de cada matéria prima utilizada neste trabalho. Tendo em vista que o filito utilizado hoje na formulação da industria é o F5, e o mesmo está a uma diferença de distância curta do F6, filito que melhor atendeu aos aspectos exigidos, torna esse um fator irrelevante na escolha. Já o custo, nota-se que os filitos F5 e F6 apresentam-se como os mais caros, porém, após os estudos apresentados nesse trabalho, justificamos que é possível haver uma redução de insumos, otimização do tempo produtivo e, principalmente, qualidade do produto final, ao utilizar o filito F6 na composição.
5.12. Análise visual
Figura 23: Revestimento feito com a composição padrão. (Imagem do autor)
Figuras 26 e 27: Produto final dos filitos F3 e F4 e suas respectivas composições. (Imagem do autor)
Figura 30: Comparação entre C4 (pior produto), C6 (composição com o filito usado atualmente pela empresa) e C7 (composição de melhor desempenho); Figura 17: Semelhança entre C1 (composição
padrão) e C7 (composição de melhor desempenho). (Imagem do autor)
As fotos evidenciam um maior aparecimento de defeitos nas composições C2, C3, C5 e C6, devido a baixa dilatação das matérias-primas. Essas amostras apresentaram furos e pequenos rasgões. A composição C7 não apresentou defeitos, sendo ela a mais parecida visualmente coma a amostra padrão. A C4 apresentou o pior desempenho.
Apesar da C6 ter tido bons resultados nos testes, sua dilatação não foi suficiente para que não haja defeitos no produto final. Essas peças defeituosas são vendidas a preço de custo de produção e não dão o lucro esperado a empresa. Assim, peças que não apresentem defeitos, como a C7 e a C1 (amostra padrão) são vendidas a um preço mais alto que as demais. O bom desempenho da C7 em relação ao aspecto visual se dá devido a sua excelente dilatação, que acompanha a dilatação do esmalte, chamado acordo esmalte-suporte.
7 CONCLUSÕES
Para conseguir trabalhar obtendo os menores custos de produção, avaliamos as seguintes características: é necessário chegar a uma menor quantidade de resíduo possível, para que tenha uma melhor praticidade na moagem e menor desgaste do maquinário. A composição que mais se aproximou da formulação padrão foi a referente ao filito F4 (C5).
Os valores de umidade ideais estipulados pela empresa para que haja uma boa conformação estão entre 8,3 e 8,6%. Valores menores de umidade demandarão menos energia do secador, portanto, a formulação C6 desempenhou melhor função comparada a C1.
Os resultados obtidos mostram valores inversamente proporcionais de absorção e carga de ruptura. Os filitos F5 e F6 possuem essa característica de absorção mais baixas que os demais, precisando de forças maiores, sendo a formulação referente ao F6 mais adequada em relação a amostra padrão.
De acordo com a NBR 13818, a composição C4 não pode ser utlizada para a fabricação de revestimentos semi porosos, sendo considerado um material poroso, como mostrado na tabela 3.
Quanto a retração, quanto menor esse valor, maior tende a ser a temperatura utilizada no forno para que a peça final alcance o tamanho desejado. Assim, entre as duas formulações que mais se aproximaram da amostra padrão (C6 e C7), a C6, referente ao filito F5, exigirá menor energia do forno durante o processo de sinterização.
Valores mais baixos de perda ao fogo são ideiais para que haja um menor consumo de matéria prima. A formulação referente ao filito F6 apresentou melhor resultado de perda ao fogo comparado a formulação padrão.
Para não haver uma grande quantidade de defeitos na peça, como explicado anteriormente, é preciso optar por materiais que possuam dilatação maior. O gráfico apresentado mostra que a C7 possui uma maior dilatação, muito parecida com a da C1, referente a amostra padrão.
Os filitos F2 e F5 possuem composições muito parecidas, evidenciadas, de acordo com a tabela 7, por serem encontrados em jazidas próximas. De acordo com a tabela 6, a única desvantagem do F2 em relação ao F5 é uma maior perda ao fogo
Análises visuais mostram que, apesar dos resultados experimentais positivos do filito F5 em relação a umidade, retração e absorção, o mesmo apresentou muitos defeitos na peça esmaltada. Sendo assim, o filito F6 se torna a melhor alternativa dentro da massa cerâmica, aliando seu custo de processo ao excelente desempenho do produto final, atendendo a todos os aspectos. Houve maior aparecimento de defeitos nas composições C2, C3, C5 e C6, com furos e pequenos rasgões. A composição C7 não apresentou defeitos. A C4 apresentou o pior desempenho.
Em relação as demais matérias primas, pode-se observar que, apesar de barato, os filitos F1 e F2 não apresentam boa dilatação, o que pode gerar defeitos com o passar do tempo. Além disso, o quartzo presente na composição do F5 causa entupimento do moinho, parando a produção.
O filito F4 apresentou um bom desempenho nos testes, porém sua jazida não possui uma estabilidade adequada em relação ao controle de umidade, podendo variar ao longo do tempo.
Não é possivel trabalhar com o F3, pois o mesmo não fundiu e se degradou ao longo do processo.
De acordo com a tabela 8, os filitos que apresentam menor preço são F3 e F4, que também estão a uma menor distância da fábrica. O filito F6 possui maior custo e maior distância.
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Descobrir a causa do entupimento do moinho pendular, causado pela F5;
Fazer testes com outras porcentagens de matérias primas na composição;
Fazer um estudo mais aprofundado das características de MP1 e MP2;
REFERÊNCIAS
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Placas Cerâmicas para Revestimentos. Rio de Janeiro, p. 24. 2002.
INTERNATIONAL STANDART. ISO 13006: Ceramic Tiles – Definitions,
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PRADO, U.S.; BRESSIANI, J. C. Panorama da indústria cerâmica
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Ribeiro, A.P.; Soares, L.; Coelho, A.C.V.; Toffoli, S.M.; Valenzuela-Diaz, F.R.; Caracterização Físico-Química de Filitos Brancos da Região de
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