60º Congresso Brasileiro de Cerâmica 15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP

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COMPORTAMENTO DE UMA CERÂMICA VERMELHA COM A INCORPORAÇÃO DA CASCA DE CAFÉ.

Oliveira, O. M.¹ ², Brasil, M. D.², Munhoz-Jr. A.H.³, Silva-Valenzuela, M.G.¹, Valenzuela-Diaz, F.R.¹

1 – Departamento de Engenharia de Materiais e Metalúrgica, Universidade de São Paulo.

2 – IFBa – Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia – Campus Vitória da Conquista.

3 – Universidade Presbiteriana Mackenzie. Orley10estudo@yahoo.com.br

Resumo

O Brasil e atualmente o maior produtor mundial de café, e o beneficiamento do café gera nas lavouras uma grande quantidade de rejeito, que é a casca do café despolpado e este torna-se um passivo ambiental significativo. As Indústrias de Cerâmica Vermelha da região de Vitória da Conquista na Bahia que produzem blocos e telhas cerâmicas e utilizam grandes quantidades de argila que é a matéria prima para a fabricação de seus produtos, podem absorver ou utilizar em sua produção este passivo ambiental que é grande na região. O objetivo deste trabalho é o estudo do comportamento do bloco cerâmico com a adição da casca do café. Foram moldados corpos de prova e após sinterizados, foram realizados os ensaios de retração na queima, flexão em três pontos, porosidade aparente e absorção de água. Nossos resultados demonstram que a adição do rejeito poderá ser feita até um percentual de 5%, o que torna possível sua incorporação na massa cerâmica.

Palavras chave: Indústria cerâmica, Rejeitos, Casca de Café

1 Introdução

Conforme a Revista Cafeicultura, o Brasil é o maior produtor mundial de café, a expectativa de produção para 2015 é de 50,4 milhões de sacas. Durante o beneficiamento do café, na fase de secagem e despolpa, é gerado

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uma quantidade de casca de café, que é um resíduo descartado na natureza. Desta feita, a quantidade de resíduos gerados pelas lavouras de café é gigantesca. Parte desses resíduos é reaproveitada como adubo, ou como fonte de energia, para aquecer as fornalhas dos secadores de café. No entanto, outra grande parte ou é desperdiçada, ou é queimada nas lavouras. No sudoeste da Bahia não é diferente, por ser um produto que participa ativamente da economia local, gera resíduos que, em diversas vezes, são descartados. Isso motivou a produção deste trabalho em busca de meios para aproveitar os resíduos do cultivo cafeeiro na produção da cerâmica vermelha. O resíduo utilizado foi a palha (“casca”) do café. Em busca de resultados mais satisfatórios, econômicos e menos poluidores foi utilizada a “casca” de café sem que ela fosse antes queimada. Isso foi feito no intuito de encontrar reações químicas entre a queima da casca de café e a queima da argila, que pudessem ser incorporados ao processo de obtenção da cerâmica vermelha. A escolha da incorporação da casca de café à cerâmica vermelha se deve a importância de ambos os materiais no sudoeste baiano.

2 MATERIAS E MÉTODOS

2.1 - Matéria prima 2.1.1 – Argila

A argila foi coletada em uma indústria cerâmica na cidade de Encruzilhada, na região Sudoeste da Bahia.

2.1.2 – Casca de café

As cascas de café foram cedidas pelo cafeicultor que possui um depósito em Vitória da Conquista do café seco. Depósito este que fica na

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esquina do cruzamento entre as avenidas Luís Eduardo Magalhães e Juracy Magalhães.

2.2 – Moagem

Para moer a casca de café, foram utilizados manualmente o pistilo e o Almofariz.

2.3 - Peneiramento

A casca de café moída foi peneirada na peneira de número 8, malha 2,36 mm, e depois na peneira 25, malha de número 0,71 mm.

2.4 - Preparação dos corpos de prova

Os corpos de prova foram feitos de argila com 5%, 10%, 20% e 30% de rejeitos da lavoura cafeeira, as cascas de café. Produziram-se 12 corpos de prova para cada quantidade. A quantidade da mistura variou entre 8 gramas a 12 gramas para cada corpo de prova.

As quantidades foram pesadas em uma balança digital com precisão de 0,001 g e misturadas manualmente com o auxilio de um vidro de relógio e uma espátula. Foram adicionados 10 % de água na mistura para uma melhor prensagem.

2.4.1 –Prensagem

Os corpos de prova foram prensados com uma força de 3,5 toneladas. Eles ficaram com aproximadamente 60 cm de comprimento, 20 cm de largura e 5 cm de espessura.

2.4.2 –Processo de sinterização

Após serem prensados e moldados deu-se início ao processo de secagem. Os corpos de prova secaram a temperatura ambiente por 24 horas.

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Depois desde período foram para a estufa a 60 °C, ficando por mais 24 horas. Finalmente foram pra estufa a 110 °C permanecendo por mais 24 horas. Por fim, metade dos corpos de prova de cada porcentagem (5,10,20 e 30%) foi sinterizado a 950 °C.

2.5 – Caracterização das amostras

Para caracterização das amostras foram feitos ensaios de retração linear e tensão de ruptura à flexão.

2.5.1 –Retração linear

A retração linear é a relação entre as dimensões finais(Lf) e inicias(Li) do corpo de prova após determinado processo. No caso deste material, foi feito o ensaio de retração linear na queima. A determinação da retração linear é expressa pela fórmula:

2.5.2 –Tensão de ruptura à flexão

O ensaio de flexão consiste na aplicação de uma forma unixial no material tendendo-o a alongá-lo até o momento de sua fratura. A equação que relaciona as dimensões do corpo de prova e a força aplicada é:

= Tensão de ruptura F= Força aplicada

b= Largura do corpo de prova L= Distância entre apoios

e= Espessura do corpo de prova

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3 RERUSTADOS E DICUSSÕES

3.1 –Matéria prima

3.1 – Análises térmicas

Foram realizados os ensaios termogravimétricos (TG) e a (DTA) nas amostras de argila natural e nas cascas de café.

Figura : TG e DTA da argila natural

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Figura : TG e DTA da casca de café Fonte: Acervo do autor (2015)

3.2 –Caracterização dos corpos de prova após a sinterização` 3.2.1 –Retração linear

Tabela 1: Resultados dos corpos de prova com 0 % de casca de café

Corpos Moldados (cm) Sinterizados (cm) Temp. Variação Percentual(%) de prova Peso(g) Comp. Largura Espessura Peso (g) Comp. Largura Espessura 0° Peso (g) Comp. Largura Espessura CP - A1 14,822 6,007 2,027 0,567 12,502 5,849 1,976 0,538 1250 15,652 2,630 2,516 5,115 CP - A2 14,77 6,015 2,03 0,569 13,543 6,015 2,03 0,569 110 8,307 0,000 0,000 0,000 CP - A3 14,858 6,024 2,035 0,559 13,626 6,024 2,035 0,559 110 8,292 0,000 0,000 0,000 CP - A4 13,947 6,015 2,034 0,532 12,811 6,015 2,034 0,532 110 8,145 0,000 0,000 0,000 CP - A5 13,704 6,033 2,031 0,508 12,611 6,033 2,031 0,508 110 7,976 0,000 0,000 0,000 CP - A6 13,756 6,012 2,027 0,531 12,655 6,012 2,027 0,531 110 8,004 0,000 0,000 0,000 CP - A7 14,017 6,011 2,038 0,518 11,903 6,02 2,021 0,535 950 15,082 -0,150 0,834 -3,282 CP - A8 13,404 6,021 2,035 0,5 11,38 5,994 2,023 0,494 950 15,100 0,448 0,590 1,200 CP - A9 13,221 6,023 2,03 0,501 11,247 6,005 2,028 0,499 950 14,931 0,299 0,099 0,399 CP - A10 12,643 6,022 2,032 0,494 10,786 6,013 2,029 0,483 950 14,688 0,149 0,148 2,227 CP - A11 11,202 6,017 2,029 0,448 9,582 6,004 2,032 0,427 950 14,462 0,216 -0,148 4,688 CP - A12 11,229 6,018 2,031 0,439 9,667 6,021 2,031 0,416 950 13,910 -0,050 0,000 5,239

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Corpos Moldados (cm) Sinterizados (cm) Temp. Variação Percentual(%) de prova Peso(g) Comp. Largura Espessura Peso (g) Comp. Largura Espessura °C Peso Comp. Largura Espessura CP- 8 10,297 6,01 1,997 0,441 5,303 3,348 1,987 0,412 950 48,500 44,293 0,501 6,576 CP- 6 10,385 6,008 1,995 0,448 8,839 5,983 1,983 0,436 950 14,887 0,416 0,602 2,679 CP- I 9,721 6,001 1,996 0,418 8,217 5,979 1,982 0,411 950 15,472 0,367 0,701 1,675 CP- II 10,418 6,007 1,993 0,458 9,83 5,994 1,989 0,445 110 5,644 0,216 0,201 2,838 CP- III 9,959 6,008 1,994 0,443 9,518 6 1,992 0,425 110 4,428 0,133 0,100 4,063 CP- IV 10,162 6,008 1,998 0,443 9,74 6,001 1,995 0,425 110 4,153 0,117 0,150 4,063 CP- IA - - - - 9,153 5,997 1,992 0,438 110 - - - - CP- IIA 10,072 5,991 1,987 0,431 9,435 5,985 1,989 0,423 110 6,324 0,100 -0,101 1,856 CP- IIIA 10,173 6,001 1,997 0,445 9,69 5,996 1,99 0,448 110 4,748 0,083 0,351 -0,674 CP- IVA 10,297 6,006 1,995 0,448 9,8 5,99 1,99 0,442 110 4,827 0,266 0,251 1,339 CP- VA 10,256 5,991 2,005 0,449 9,558 5,991 1,992 0,438 110 6,806 0,000 0,648 2,450 CP- VIA 10,195 6,007 1,994 0,442 9,74 6,005 1,992 0,444 110 4,463 0,033 0,100 -0,452

Corpos Moldados (cm) Sinterizados (cm) Temp. Variação Percentual(%) de prova Peso(g) Comp. Largura Espessura Peso (g) Comp. Largura Espessura °C Peso Comp. Largura Espessura CP- 23 10,443 5,996 1,994 0,457 5,303 3,348 1,987 0,412 950 49,220 44,163 0,351 9,847 CP- 33 10,592 5,994 1,995 0,4555 - - - - CP- V 9,994 6,013 1,999 0,472 9,406 6,013 1,993 0,464 110 5,884 0,000 0,300 1,695 CP- VI 10,201 6,025 2,002 0,477 8,289 5,918 1,978 0,469 950 18,743 1,776 1,199 1,677 CP- VII 10,154 6,012 2 0,464 9,663 6,006 2,007 0,457 110 4,836 0,100 -0,350 1,509 CP- VIII 10,182 6,017 2,001 0,475 9,67 6,077 2,008 0,465 110 5,028 -0,997 -0,350 2,105 CP- VIIA 10,27 6,018 2,002 0,45 9,715 6,04 2,004 0,463 110 5,404 -0,366 -0,100 -2,889 CP- VIIIA 9,912 6,014 1,998 0,45 9,35 6,008 2 0,441 110 5,670 0,100 -0,100 2,000 CP- IXA 10,367 6,007 2,001 0,475 9,659 6,008 1,997 0,476 110 6,829 -0,017 0,200 -0,211 CP- XA 10,104 6,015 2,022 0,465 8,162 5,953 1,988 0,466 950 19,220 1,031 1,682 -0,215 CP- XIA 10,308 6,033 1,999 0,478 9,613 6,011 1,999 0,475 110 6,742 0,365 0,000 0,628 CP- XIIA 10,119 6,009 1,998 0,484 9,226 6,055 2 0,488 110 8,825 -0,766 -0,100 -0,826

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Corpos Moldados (cm) Sinterizados (cm) Temp. Variação Percentual(%) de prova Peso(g) Comp. Largura Espessura Peso (g) Comp. Largura Espessura °C Peso Comp. Largura Espessura CP- 32 8,192 5,989 1,995 0,383 5,864 5,874 1,95 0,372 950 28,418 1,920 2,256 2,872 CP- 31 8,53 6,016 1,996 0,425 7,723 5,998 1,988 0,421 110 9,461 0,299 0,401 0,941 CP- 1 8,31 5,994 2,01 0,396 5,853 5,894 1,962 0,392 950 29,567 1,668 2,388 1,010 CP- IX 8,129 5,993 2,002 0,414 7,542 5,992 1,999 0,412 110 7,221 0,017 0,150 0,483 CP- X 8.646 5,967 1,989 0,44 7,804 5,966 1,984 0,434 110 99,910 0,017 0,251 1,364 CP- XI 8,1 6,003 1,996 0,416 7,41 5,988 1,999 0,406 110 8,519 0,250 -0,150 2,404 CP- XIIIA 8,115 6,047 2,007 0,416 7,709 6,028 2,003 0,407 110 5,003 0,314 0,199 2,163 CP- XIVA 8,056 6,032 2,009 0,397 6,047 5,966 1,987 0,396 950 24,938 1,094 1,095 0,252 CP- XVA 8,331 6,054 2,009 0,441 7,803 6,03 2 0,421 110 6,338 0,396 0,448 4,535 CP- XVIA 8,2 6,042 2,02 0,409 7,223 6,033 2,002 3,98 110 11,915 0,149 0,891 -873,105 CP- XVIIA 7,966 6,05 2,008 0,412 7,342 6,027 2,01 0,407 110 7,833 0,380 -0,100 1,214 CP- XVIII 8,176 6,044 2,004 0,41 7,335 6,003 2,008 0,408 110 10,286 0,678 -0,200 0,488

Corpos Moldados (cm) Sinterizados (cm) Temp. Variação Percentual(%) de prova Peso(g) Comp. Largura Espessura Peso (g) Comp. Largura Espessura °C Peso Comp. Largura Espessura CP- 35 8,725 6,007 1,994 0,442 7,708 5,971 1,989 0,439 110 11,656 0,599 0,251 0,679 CP- 36 8,202 6,039 2,004 0,425 7,464 6,026 1,999 0,415 110 8,998 0,215 0,250 2,353 CP- 38 8,444 6,07 1,999 0,441 7,434 6,007 1,988 0,433 110 11,961 1,038 0,550 1,814 CP- XII 8,413 6,039 2,004 0,438 7,76 6,024 2,003 0,431 110 7,762 0,248 0,050 1,598 CP- XIII 8,418 6,037 2,007 0,434 7,713 6,005 1,999 0,421 110 8,375 0,530 0,399 2,995 CP- XIV 8,363 6,055 2,006 0,438 - - - - 110 - - - - CP- XIX 8,353 6,04 2,013 0,423 5,563 5,944 1,985 0,419 950 33,401 1,589 1,391 0,946 CP- XX 8,437 6,043 2,013 0,448 4,61 4,59 1,986 0,43 950 45,360 24,044 1,341 4,018 CP- XXI 8,066 6,044 2,017 0,431 7,316 6,012 2,007 0,423 110 9,298 0,529 0,496 1,856 CP- XXII 8,507 6,024 2,005 0,463 7,347 6,027 1,99 0,448 110 13,636 -0,050 0,748 3,240 CP- XXIII 8,506 5,988 2 0,455 7,767 4,205 1,984 0,431 950 8,688 29,776 0,800 5,275 CP-XXIV 8,705 6,032 1,965 0,441 7,649 6,022 1,99 0,431 110 12,131 0,166 -1,272 2,268

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Segundo a NBR 15270-1(ABNT), a resistência dos blocos utilizados com furos na horizontal deve ser ≥ 1,5 MPa e com furos na vertical deve ser ≥ 3,0 MPa. Desta maneira, os blocos com 5 % de casca de café podem ser utilizados tanto com os furos horizontais quantos verticais, devido a sua média de 3,06 MPa. Foram realizados ensaios de flexão com os corpos de prova gerando os seguintes resultados apresentados nas tabelas seguintes:

Tabela 6: Corpos de prova com de 0 %casca de café.

Corpos Sinterizados (g e cm) Temp. Força de Tensão de

de prova Peso (g) Comp. Largura Espessura 0° Ruptura(N) Ruptura(Mpa)

CP - A1 12,502 5,849 1,976 0,538 1250 4,86 5,10 CP - A2 13,543 6,015 2,03 0,569 110 - - CP - A3 13,626 6,024 2,035 0,559 110 2,17 2,05 CP - A4 12,811 6,015 2,034 0,532 110 2,01 2,09 CP - A5 12,611 6,033 2,031 0,508 110 2,01 2,30 CP - A6 12,655 6,012 2,027 0,531 110 1,96 2,06 CP - A7 11,903 6,02 2,021 0,535 950 3,85 3,99 CP - A8 11,38 5,994 2,023 0,494 950 3,67 4,46 CP - A9 11,247 6,005 2,028 0,499 950 3,25 3,86 CP - A10 10,786 6,013 2,029 0,483 950 3,62 4,59 CP - A11 9,582 6,004 2,032 0,427 950 3,68 5,96 CP - A12 9,667 6,021 2,031 0,416 950 - - Média 110 2,04 2,13 950 3,61 4,57

Corpos Sinterizados Temp. Força de Tensão de

de prova Peso

(g) Comp.(cm) Largura(cm) Espessura(cm) °C Ruptura(N) Ruptura(Mpa)

CP- 8 5,303 3,348 1,987 0,412 950 1,8 3,2 CP- 6 8,839 5,983 1,983 0,436 950 1,6 2,55 CP- I 8,217 5,979 1,982 0,411 950 1,99 3,57 CP- II 10,418 6,007 1,993 0,458 110 0,37 0,53 CP- III 9,959 6,008 1,994 0,443 110 0,46 0,71 CP- IV 10,162 6,008 1,998 0,443 110 0,87 1,33 Média 950 1,06 3,11 Média 110 0,57 0,86 3.2.2 –Flexão em 3 pontos

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de prova Peso (g) Comp.(cm) Largura(cm) Espessura(cm) °C Ruptura(N) Ruptura(Mpa)

CP- 33 8,337 5,989 1,988 0,45 950 0,91 1,36 CP- 6 8,289 5,918 1,978 0,469 950 0,45 0,62 CP- 10A 8,162 5,953 1,988 0,466 950 0,68 0,95 CP- VII 10,154 6,012 2 0,464 110 0,23 0,32 CP- VIIA 10,27 6,018 2,002 0,45 110 0,47 0,70 CP- VIIIA 9,912 6,014 1,998 0,45 110 _0,4 0,59 Média 950 0,68 0,97 Média 110 0,37 0,54

de prova Peso

(g) Comp.(cm) Largura(cm) Espessura(cm) °C Ruptura(N) Ruptura(Mpa)

CP- 1 5,853 5,894 1,962 0,392 950 0,6 1,19

CP- 32 5,864 5,874 1,95 0,372 950 0,81 1,80

CP- 14A 6,047 5,966 1,987 0,396 950 0,26 0,50

Média 950 0,56 1,17

Média 110 0,00 0,00

de prova Peso (g) Comp.(cm) Ruptura(N) Espessura(cm) °C Ruptura(N) Ruptura(Mpa)

CP- 19 5,563 5,944 1,985 0,419 950 - - CP- 20 4,61 4,59 1,986 4,3 950 - - CP- 23 4,767 4,205 1,984 4,27 950 - - CP- XII 8,413 6,039 2,004 0,438 110 0,46 0,72 CP- XIII 8,418 6,037 2,007 0,434 110 0,61 0,97 Média 950 0,00 0,00 Média 110 110 0,535

Obs.: No momento do ensaio de ruptura, os corpos de prova de número 19, 20 e 23 se mostraram muito frágeis e quebraram antes da execução deste.

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4 CONCLUSÕES

De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que a adição de 5% de cascas de café se torna viável. Conforme informações obtidas com os ensaios de tensão de ruptura, a resistência dos corpos de prova com esse percentual de cascas de café mantém características aceitáveis, segundo a NBR 15270-1(ABNT). Esta viabilidade proporcionara uma diminuição no passivo ambiental que a casca de café representa para a natureza.

5 REFERÊNCIAS

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JUNG, Marcelo. et. al., COMPARATIVO ENTRE DIFERENTES MÉTODOS DE DETERMINAÇÃO DA RETRAÇÃO LINEAR DE PLACAS CERÂMICAS, 2012

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CERAMICS OF A RED BEHAVIOR WITH THE MERGER OF COFFEE BARK.

Abstract

The Brazil and currently the world's largest producer of coffee, and the coffee processing generates the crops a lot of waste, which is the coffee pulped bark and this becomes a significant environmental liabilities. The Red Ceramic Industries of Vitória da Conquista region in Bahia producing ceramic blocks and tiles and use large amounts of clay which is the raw material for the manufacture of its products, can absorb or use in their production this environmental liability that is great in the region. The objective of this work is the study of the ceramic block behavior with the addition of coffee pods. test and after sintered bodies were molded, the shrinkage in the burning tests were performed, three point bending, porosity and water absorption. Our results demonstrate that the addition of tailing may be made to a percentage of 5%, which makes possible its incorporation in ceramic paste.

Keywords: Ceramic industry, Tailings, Coffee Bark 60º Congresso Brasileiro de Cerâmica 15 a 18 de maio de 2016, Águas de Lindóia, SP