Atividades Desenvolvidas



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Universidade Federal de Santa Catarina

Departamento de Engenharia de Materiais

Curso de Graduação em Engenharia de Materiais




Relatório de Estágio Curricular II

15/05/2006 à 08/09/2006




Nome: Leila Valladares Heitich Matrícula: 04237137


Orientador: Eduardo José Biscaro
Concordamos com o conteúdo do relatório

08/09/2006

_________________________

Florianópolis, 2006.



Cerâmica Portobello S.A.

Fone: (48) 3279 2222 - Fax: (48) 3279 2232


Home page: www.portobello.com.br

e-mail: online@portobello.com.br

Rodovia BR - 101 km 163

Tijucas / Santa Catarina

CEP: 88200 – 000



.



Agradecimentos:




À empresa Portobello S.A pela oportunidade oferecida.

Aos engenheiros Eduardo José Biscaro e Roberto Basso pela atenção e conhecimentos profissionais oferecidos.

Em especial ao técnico e colega de curso Jorge Elias da Silva, por me auxiliar em todas as tarefas realizadas durante o estágio, me ensinando e passando informações, sempre com muita dedicação e paciência.

Aos colegas de trabalho Ana Maria Staveski, Anderson Boss, Cláudia Fumagalli, Denise Raitz, Eduardo Costa, Márcio Bertoldi, Moisés Valle, Natalia V. de Medeiros e Ricardo dos Santos, pela amizade, companheirismo e ensinamentos, todos sempre pacientes me ajudando e auxiliando, possibilitando a realização de um maravilhoso estágio e a formação de verdadeiras amizades, que com certeza sentirei saudades.

Aos colegas de estágio William de Souza Wiggers e André Pascoal, pela grande ajuda, companheirismo e ensinamentos.

Ao corpo docente do curso de Engenharia de Materiais da UFSC, em especial aos professores Berend Snoeijer e Germano Riffel, pelas orientações e cobranças necessárias.

A Carlos Alberto Silva, pela amizade e apoio oferecidos.

À minha família, à minha mãe Nadja Maria Valladares, minha irmã, Débora Valladares Heitich, minha avó, Nézia Roberge Valladares, meu namorado Hugo Aníbal Boscato, minha amiga Valéria Fiorenzano, aos amigos e colegas de faculdade e a todos que me ajudaram e estiveram ao meu lado dando apoio e incentivo durante este estágio.

INDÍCE


Universidade Federal de Santa Catarina 1

Departamento de Engenharia de Materiais 1

Curso de Graduação em Engenharia de Materiais 1

Fone: (48) 3279 2222 - Fax: (48) 3279 2232 2

. 2

Agradecimentos: 3

1. INTRODUÇÃO 5

2. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS 6

2.1 Mineração 6

2.2 Matérias Primas 7

2.3 Preparação da Massa 8

2.3.1 Pesagem das cargas 8

2.3.2 Moagem da carga 8

2.3.3 Atomização 9

2.4 Prensagem 9

2.5 Secagem 10

2.6 Preparação de Esmaltes e Tintas 11

2.6.1 Esmaltes e tintas 11

2.6.2 Conceitos básicos 11

2.7 Esmaltação 12

2.8 Queima 12

3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 14

3.1 Contratipagem da Wolastonita em Esmaltes de Revestimentos Cerâmicos. 14

3.1.1 Introdução 14

3.1.2 Descrição do projeto 15

3.1.3 Conclusão 16

3.2 Estudo da Massa Grês Porcelânica para Melhoramento de Deformações ao Forno. 16

3.2.1 Introdução 16

3.2.2 Revisão bibliográfica 18

3.2.3 Descrição do projeto 20

3.3 Contratipagem de Tintas Protetivas 24

3.3.1 Introdução 24

3.3.2 Descrição do projeto 24

3.3.3 Conclusão 26

4.CONCLUSÃO 27

REFERÊNCIAS 28

ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA 29

ANEXO B – RELAÇÕES COLORIMÉTRICAS 31

ANEXO C – SISTEMA AUTOMÁTICO PARA A DOSIFICAÇÃO DE PRODUTOS FLUIDOS 33

ANEXO D - CRONOGRAMA 34

1. INTRODUÇÃO

A indústria cerâmica tem um papel muito importante na economia do país. Isso se deve a abundância de matérias-primas naturais, fontes alternativas de energia e disponibilidade de tecnologias práticas embutidas nos equipamentos industriais, fazendo com que as indústrias brasileiras evoluíssem rapidamente e muitos tipos de produtos dos diversos seguimentos cerâmicos atingissem nível de qualidade mundial com apreciável quantidade exportada.

Por definição, a cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.

Em função da sua ampla diversidade, como matérias-primas, propriedades e áreas de utilização, o setor cerâmico é dividido e classificado em cerâmica vermelha, materiais de revestimento (placas cerâmicas), cerâmica branca, materiais refratários, isolantes térmicos, fritas e corantes, abrasivos, vidro, cimento e cal e cerâmica avançada.

A Indústria Potobello S. A é especializada em materiais de revestimento, que engloba peças como pisos, azulejos, porcelanatos, monoporosas, entre outros.

O presente relatório tem como objetivo apresentar uma visão geral do processo produtivo em questão e algumas atividades realizadas durante o estágio curricular sobre o assunto.



2. PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS REVESTIMENTOS CERÂMICOS

De um modo geral os processos de fabricação dos revestimentos cerâmicos compreendem as etapas de preparação da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento, muitos são ainda submetidos a esmaltação e decoração.

O Fluxograma abaixo mostra um resumo deste processo.

PROCESSO PRODUTIVO

Figura 1 – fluxograma do processo produtivo de revestimentos cerâmicos.

2.1 Mineração

Para a obtenção das matérias-primas necessárias, as empresas podem possuir suas próprias jazidas ou, na maioria dos casos, contar com fornecedores externos, os quais atuam na parte de pesquisas, sendo necessária a orientação de geólogos, assim como o uso de mapas geológicos. Através das informações obtidas, são determinados os pontos mais promissores de cada região.

Das áreas escolhidas, amostras do material são recolhidas e enviadas para o laboratório da empresa para análise, onde de acordo com os resultados obtidos, a área pode ser requerida pela mineração ou não.

2.2 Matérias Primas

São muitas as matérias-primas empregadas na elaboração dos revestimentos cerâmicos, podendo ser minerais ou acumulações de rochas, usadas tanto no seu estado natural como com tratamento prévio. De acordo com o seu comportamento com a água, elas podem ser divididas em matérias primas plásticas (caulins e argilas) ou não plásticas (quartzo e feldspato).

O termo argila é empregado para fazer referência a um material de grão fino que manifesta comportamento plástico quando misturado com uma quantidade limitada de água, são rochas de natureza e origem muito variáveis, estando constituídas por um certo número de minerais diferentes (BRITO, Antonio, et al, 1197).

A plasticidade pode ser definida como a capacidade de um material se deformar pela ação de uma força, sem se romper, e manter aquela forma quando a força é cessada. Esta propriedade é característica dos minerais argilosos.

Já os feldspatos, quartzos, carbonatos, sílicas e talcos não apresentam esta propriedade, sendo denominados não plásticos. Estes atuam como desagregantes da composição, reduzindo a plasticidade e facilitando a defloculação, além disso, em função da forma e do tamanho de grão, os quais geralmente são maiores que as da argila, proporcionam uma melhora no empacotamento e aumentam o tamanho do poro, tornado a peça mais permeável e facilitando a secagem e a desgaseificação durante o pré-aquecimento. Por outro lado, formam uma série de óxidos que durante a queima podem reagir com o resto da massa ou permanecer inertes, proporcionado diferentes propriedades ao produto queimado.

A composição da massa deverá ser escolhida em função das características da peça cerâmica que se deseja obter e do processo de fabricação a ser empregado.

Após a mineração os materiais devem ser beneficiados, isto é desagregados ou moídos, classificados de acordo com a granulometria e muitas vezes também purificados.

O processo de fabricação, propriamente dito, tem início somente após essas operações. As matérias-primas sintéticas geralmente são fornecidas prontas para uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste de granulometria.



2.3 Preparação da Massa




2.3.1 Pesagem das cargas

Os materiais cerâmicos geralmente são fabricados a partir da composição de duas ou mais matérias-primas, além de aditivos e água ou outro meio. Dessa forma, uma das etapas fundamentais do processo de fabricação de produtos cerâmicos é a dosagem das matérias-primas e dos aditivos, que deve seguir com rigor as formulações de massas, previamente estabelecidas.

Antes de se realizar a seqüência de carregamento, uma amostra de cada matéria-prima utilizada é recolhida para que se determine o percentual de umidade presente na mesma, visto que esta umidade natural do material acaba diminuindo a quantidade real pesada.Com base nestes dados, é determinado o percentual de água que será utilizado durante a moagem.

2.3.2 Moagem da carga

Esta é a etapa do processo, onde serão definidas as distribuições e o tamanho das partículas, as quais terão grande influência na qualidade do produto final, já que grãos mais finos apresentam maior reatividade, devido ao aumento da superfície livre, e assim fundem com mais facilidade do que grãos grosseiros.

A moagem pode ser definida como sendo um processo em que o material é fragmentado ou reduzido de tamanho entre duas superfícies.

No carregamento do moinho são introduzidas as matérias primas, água e defloculante.

A eficiência deste processo é obtida em função do tempo necessário para atingir o resíduo padrão, isto dependerá de vários fatores como, rotação do moinho, tamanho das bolas e distribuição, densidade das bolas, quantidade de material a ser moída, quantidade de argila, água e defloculante.

A suspensão resultante das partículas das matérias-primas com água, conhecida como barbotina, é descarregada nos tanques de agitação, os quais tem função de armazenamento de barbotina e pulmão para o atomizador; homogeneização e ainda permite corrigir possíveis erros de moagem.



2.3.3 Atomização

O atomizador tem como principal objetivo retirar a água em excesso necessária para o processo de moagem, conferindo ao pó atomizado uma umidade e granulometria uniforme ideal para o processo de prensagem.

A barbotina é pulverizada na câmera de secagem, este material entra em contato com o ar quente, oriundo das fornalhas ou do queimador a GLP, e ocorre a evaporação da água (atomização). O pó desce por efeito da gravidade e segue através de correias transportadoras até os silos, onde ficaram armazenados por um período de no mínimo 24 horas, para que ocorra uma boa homogeneização.

Tem-se, desta forma, a massa pronta para ser conformada.



2.4 Prensagem

Nesta etapa é que ocorre a conformação das peças cerâmicas no formato desejado, por meio de prensas com alta capacidade de compactação, conferindo-lhes resistência mecânica e diminuindo os vazios existentes entre os grânulos aumentando sua densidade aparente.

Durante a prensagem também são determinadas as propriedades físicas e mecânicas do produto final. A resistência mecânica do material verde (sem queima), deve ser suficiente para que a peça não frature durante as demais etapas que precedem a queima. A densidade aparente deve ser mantida homogênea para garantir o não surgimento de defeitos de ortogonalidade, além disso, visto que o processo de sinterização de um material é diretamente proporcional á densidade, o controle desta é de grande importância para que se tenha uma redução na temperatura de queima.

A umidade, nesta etapa, também deve ser controlada, pois a água além de servir como elemento lubrificante, promovendo plasticidade e aumento da capacidade de densificação do material, quando em excesso, torna-se prejudicial para a compactação, já que a mesma se aloja no interior dos grânulos atomizados e atua como fluido incompressível, impedindo a compactação do material.

Diversos são os tipos de prensa utilizados, como fricção, hidráulica e hidráulica-mecânica, podendo ser de mono ou dupla ação e ainda ter dispositivos de vibração, vácuo e aquecimento. Para muitas aplicações são empregadas prensas isostáticas, onde a força da travessa é transmitida para o óleo que se encontra no interior do punção, sendo distribuída com a mesma intensidade em todos os pontos da compactação.

Uma compactação inadequada ou um carregamento incorreto dos estampos pode gerar uma série de defeitos geométricos e dimensionais, como: erro de esquadro (gradiente de esquadro numa mesma peça), trincas de extração (causadas pelo excesso de pressão entre a peça e o molde), curvaturas (gradientes de compactação entre o centro e a borda da peça), estampo sujo (umidade inadequada do grânulo causando aderência do mesmo nos molde), entre outros.



2.5 Secagem

A secagem tem como objetivo a eliminação quase total da água contida nas peças após a operação de prensagem. Esta etapa é de grande importância, pois se a umidade remanescente nas mesmas estiver muito alta, pode ocorrer explosões ou trincas durante o processo de queima, além de reduzir a resistência mecânica do produto final.

A velocidade de secagem também é uma variável importante, pois a passagem da água para o estado gasoso gera um aumento de volume, se esta ocorrer bruscamente, pode ocasionar trincas nas peças.

Nesta etapa, as peças são preparadas para a entrada no processo de esmaltação, desta forma a temperatura na sua superfície também deve ser controlada, garantindo a diminuição de defeitos originados pela variação de absorção de água dos esmaltes em placas frias ou quentes como furos e retrações, assim como problemas de empenamentos e quebras de linha.




2.6 Preparação de Esmaltes e Tintas

Esta seção antecede a esmaltação, e seu controle é indispensável para que não ocorram problemas nas etapas seguintes.



2.6.1 Esmaltes e tintas

Esmalte é um vidrado cerâmico que se aplica no suporte na forma de uma camada homogênea. São compostas por fritas (Mistura de matérias-primas fundidas e resfriadas bruscamente em água – Vidro Moído), matérias-primas cruas (alumina, quartzo, feldspato, etc), corantes, aditivos e água. Possuem diversas finalidades como impermeabilizar, embelezar, aumentar a resistência ao desgaste, aumentar a resistência ao ataque químico, e também aumentar a resistência mecânica.

Tintas serigráficas é o conjunto de substâncias sólidas (corantes, micronizados e matérias-primas cruas) dispersas num fluido (veículo serigráfico hidrosolúvel ou oleoso) e eventuais aditivos, trata-se de um esmalte, onde o solvente é um fluido de origem orgânica ao invés de água.

2.6.2 Conceitos básicos



Viscosidade – É a medida da resistência que todo liquido oferece ao movimento relativo de qualquer de suas partes, ou também a facilidade de escorregamento.

A viscosidade depende, da agitação do meio ( agitação  viscosidade); dos aditivos (defloculantes  viscosidade, colas e floculantes  viscosidade); da densidade ( densidade  viscosidade); da temperatura ( temperatura  viscosidade) e da água (Viscosidade cai com a adição de água).


Densidade – É o número que representa a relação entre a massa e o volume ocupado por uma determinada substância. È uma propriedade específica da matéria.

Para aumentar a densidade pode-se adicionar mais esmalte com densidade maior que a desejada; retirar água ou ainda adicionar sólido. Para diminuí-la adiciona-se água aos poucos até chegar na densidade desejada, com a fórmula abaixo se tem o volume exato de água que deve ser adicionada.


VH2O = densidade inicial – densidade desejada X V inicial da suspensão

densidade desejada – densidade da água

Resíduo – O padrão de resíduo é controlado em peneira malha 325 Mesh, podendo ser medido em massa ou em volume. Para engobes o resíduo pode ficar entorno de 0,5 a 1%, para esfumaturas próximo a 0% e para bases e coberturas de 4 a 5%.

2.7 Esmaltação

Nesta etapa, a placa cerâmica recebe uma ou mais camadas de esmaltes, e também dependendo da linha de produção da peça, pode receber aplicações de tintas serigráficas, decorações entre outros.

Durante a esmaltação deve-se ter cuidado nas variáveis dos esmaltes e tintas (densidade, viscosidade e resíduo), pois caso estas estejam acima dos padrões estabelecidos, pode-se obter alterações estéticas e até mesmo técnicas do produto final.

2.8 Queima

A queima é fase central da produção de revestimentos cerâmicos, é onde todas as fases e controles de processo da fabricação serão refletidos.

Os materiais cerâmicos podem ser fabricados em uma ou duas queimas. Nesta empresa é utilizada uma queima, denominado monoqueima, onde o suporte e o esmalte são queimados em uma única operação.

O processo de queima não implica em simplesmente levá-los a uma determinada temperatura, pois as velocidades de aquecimento, de resfriamento e o tempo de permanência à máxima temperatura são de extrema importância.

Durante a queima tem lugar a uma série de reações que conduzem a uma redução da porosidade e das dimensões da peça. Estas transformações deverão ocorrer de forma gradual e controlada, para não ocasionar defeitos permanentes no produto.

Os fenômenos ocorridos durante esta fase são:



  • Químicos (desidratação e formação de fases vítreas)

  • Físicos (dilatação, densificação e fusão)


Tabela 1: Principais transformações ocorridas durante a queima.

Apesar de muitos defeitos aparecerem após a queima, somente uma parte deles ocorre por problemas nesta etapa, a qual pode ser dividida em pré-aquecimento, (pode ocorrer problemas como trincas, coração negro e defeitos geométricos), zona de queima (surgem defeitos associados a planalidade) e resfriamento (as características finais do produto dependerão em grande parte deste processo, pois a fase vítrea será cristalizada).



3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS




3.1 Contratipagem da Wolastonita em Esmaltes de Revestimentos Cerâmicos.



3.1.1 Introdução

A wolastonita é uma matéria-prima utilizada em esmaltes mates de revestimentos cerâmicos. Tem como principal característica o seu poder matizante devido a devitrificação e presença de fases cristalinas cálcicas (CaO SiO2).

Este material também possui caráter opacificante que é atribuído às partículas dispersas de sua fase vítrea, provocando a dispersão da luz incidente na camada esmaltada e assim, impedindo parte da reflexão.

Esta matéria-prima constituída de ferro imantado, foi eliminada dos esmaltes mates da Empresa, pois detectamos uma forte sensibilidade dos produtos monoporosos aqui fabricados, de tal modo que esta contaminação acarretava em manchamentos superficiais na peça em forma de pontos pretos.

Como este teor de ferro, ora se apresentavam baixo, oras alto, decidiu-se eliminá-los de toda a fábrica, solucionando o problema das monoporosas e evitando possíveis defeitos de outros produtos.



Figura 2:Amostra com contaminação de

ferro imantado (vista lateral)

Figura 3: Esmalte de revestimento cerâmico com wolastonita.

Teor de ferro (partículas escuras) acima do aceitável

3.1.2 Descrição do projeto

Substituiu-se, então a wolastonita por uma frita, também matizante a base de cálcio e zinco.

A frita é um composto de matérias-primas fundidas e resfriado bruscamente em água. Apresenta características de fundente e possibilita a formação da fase vítrea com maior facilidade. Além disso, “elas fornecem elementos que não podem ser encontrados como insolúveis em água e/ou em nenhuma matéria-prima natural” [5].

O trabalho consistiu, portanto, em comparações entre os esmaltes padrões com wolastonita e com a nova matéria prima.

Na empresa, determinados esmaltes são desenvolvidos a partir da mesma base, ou seja é simplesmente um único esmalte com corantes diferentes.

Desta forma, primeiramente formulava-se a base padrão (com wolastonita) e a remessa (com a nova matéria-prima), a partir dessa remessa fazia-se testes até chegar na tonalidade, textura e brilho corretos, analisados visualmente e/ou através do colorímetro (Anexo-B:Relações Colorimétricas) após aplicação com binil e ciclo de queima determinado.

Acertado a base, partia-se para a pigmentação, ou seja, a dosagem de corantes era feita e então adicionada à base, para após aplicação e queima fazer-se a comparação com o esmalte de coloração padrão.Assim como para a base, fazia-se a remessa, e a partir desta, testes até chegar à tonalidade correta.

Além do cuidado com as formulações, deve-se prestar atenção nas densidades e viscosidades dos esmaltes analisados, para não haver diferenças de espessura, e então prejudicar a análise.



Figura 4: Alguns esmaltes com as tonalidades ajustadas.

3.1.3 Conclusão

A dificuldade deste trabalho, está na diferença do desenvolvimento de cor das duas matérias-primas em questão (wolastonita e frita), ou seja, mesmo mantendo a mesma formulação de base e corante, trocando somente um composto pelo outro, não se obtém a mesma tonalidade.

Desta forma o trabalho se torna exaustivo e repetitivo, pois mesmo com o auxílio do colorímetro, não temos informações sobre a quantidade de corante a ser adicionada e/ou retirada.

Um dos motivos da contaminação da wolastonita, pode ser atribuído às ferramentas utilizadas durante o seu beneficiamento na própria jazida.



3.2 Estudo da Massa Grês Porcelânica para Melhoramento de Deformações ao Forno.



3.2.1 Introdução

Muitos são os defeitos ocorridos nas placas cerâmicas durante a etapa de queima, e suas causas são as mais diversas. O mal estado do forno, por exemplo, pode acarretar uma série de defeitos, como empenamentos, ponta caída, entre outras deformações que afetam a estética e em muitos casos as propriedades técnicas do produto.

Este trabalho tem como objetivo, formular uma nova massa grês porcelânica devido às sensibilidades e deformações que esta vem apresentando atualmente. Para isso, é necessário aliar uma boa compactação à baixa absorção de água, a qual deve estar em torno de 0,7 a 0,8% pois na massa grês porcelânica o padrão de absorção é em torno de 0 a 0,5% quando esmaltada, e a retração linear também deve ser baixa para evitar problemas de fora de esquadro.

De fato a principal característica da queima é consolidar o formato definido pela operação de conformação. Para isso, nas chamadas cerâmicas tradicionais, a massa é formulada de modo tal que durante as temperaturas mais elevadas do ciclo de queima parte da massa se transforme em um líquido viscoso que escorre e ocupa os espaços vazios entre as partículas mais refratárias e dessa forma reduz a porosidade e, devido às forças de capilaridade, provoca a aproximação das partículas, o que leva a retração.Durante o resfriamento, esse material líquido se transforma em um vidro que liga as partículas mais refratárias e aumenta a resistência mecânica do que era, antes da queima, só um amontoado de partículas. Assim sendo, duas das principais variações sofridas pelo corpo cerâmico durante a queima são a diminuição da porosidade, que pode ser caracterizada pela absorção de água (%Aa), e a retração, que é geralmente caracterizada através da retração linear (%RL). Portanto podemos usar essas variáveis como parâmetros para avaliar

o comportamento de uma determinada massa cerâmica durante a queima.

Como no processo de fabricação de pavimentos e revestimentos cerâmicos se trabalha numa faixa de temperatura, deve se ter o cuidado para que esta seja a mais estável e homogênea o possível em termos de variações bruscas em relação à absorção e contração linear, diminuindo assim, as sensibilidades do produto durante este processo.

A seleção de matérias-primas componentes de massa cerâmicas deve ter como critérios básicos às propriedades requeridas ao produto e as características inerentes ao processo de fabricação. Estas propriedades são criticamente dependentes da composição química e mineralógica das matérias-primas empregadas.

De modo geral, como já mencionado no presente relatório, as matérias-primas cerâmicas classificam-se em dois grupos que são os plásticos (materiais argilosos em geral) e os não plásticos que apresentam caráter rochoso (fundentes, inertes, carbonatos, talcos).

A argila tem como função fornecer as características plásticas a verde, portanto, garantindo melhores propriedades durante a fase de compactação e resistência mecânica após secagem.

Os feldspatos desempenham o papel de fundentes já que proporcionam as primeiras fases líquidas que aparecem durante a queima. Portanto, são os responsáveis iniciais do processo de densificação que mais contribuem para a diminuição da porosidade das peças conferindo-lhes as propriedades desejadas.Podem ainda entrar na composição de uma massa de grês outras matérias-primas que aumentam a fusibilidade na massa. Estes fundentes enérgicos são utilizados quando se tem certa dificuldade em reduzir a absorção de água na massa para valores abaixo de 1 (um).

Finalmente, para se avaliar e/ou desenvolver uma massa há, fundamentalmente, três aspectos a serem considerados que são: a fabricabilidade, as características do produto final e os aspectos econômicos.

Observando o comportamento do porcelanato técnico fabricado na Empresa, cuja formulação de massa apresenta maiores quantidades de materiais rochosos, como feldspatos e albita, verificamos que este produto não apresenta tanta instabilidade dimensional se comparada com a massa grês porcelânica utilizada atualmente na fabrica.

De fato as condições de queima na produção do porcelanato são diferentes e em muitos aspectos mais sofisticados, até mesmo por ser a fábrica mais nova da Indústria Portobello e apresentar equipamentos mais novos.

Entretanto o caráter mais rochoso deste produto, nos levou a questionar sobre uma nova formulação de massa grês porcelânica contendo maiores quantidades de material rochoso, a fim, portanto, de dar uma maior estrutura e assim estabilidade à peça durante os esforços submetidos no processo de queima. Esta hipótese pode parecer um pouco contraditória já que com maior formação de fase liquida se tem maiores retrações, e de certa forma maiores variações dimensionais, porém foi este notável comportamento que nos conduziu a fazer este trabalho.




3.2.2 Revisão bibliográfica




Densidade Aparente – DAP: É a quantidade de massa em gramas por unidade de volume (g/cm²), considerando a porosidade existente no material.

Esta propriedade pode ser avaliada, pesando os corpos de prova devidamente secos e submergindo-os num recipiente com mercúrio, sob um sistema de imersão ajustado adequadamente.

Os valores da DAP a seco ou após queima são obtidos através da seguinte fórmula:
DAP = (massa do corpo de prova) x (densidade do mercúrio)

(massa do corpo de prova submerso)


Retração linear: É a variação dimensional sofrida pela peça cerâmica após secagem ou queima. A medida é realizada com o auxílio de um paquímetro e seu valor, em milímetros, é obtido pela equação:
%RL = comprimento inicial – comprimento final x 100

comprimento inicial




Absorção de água: É a medida indireta da porosidade aberta de uma peça cerâmica.

O valor desta propriedade é obtido pela fórmula a seguir, após pesagem das peças antes e depois de serem submersas e fervidas em água por duas horas em fogo baixo.


%Aa = massa final- massa inicial x 100

massa inicial




Resistência mecânica a flexão: É a resistência que a peça cerâmica oferece a uma força aplicada ortogonalmente a superfície da peça, estando ela apoiada na parte inferior em dois pontos. Pode ser medida na peça úmida, seca ou queimada.
RMF = 3 x F x L

2 x b x e²



Matéria Orgânica: São compostos de carbono incorporados à matéria-prima na natureza. Isto gera o defeito conhecido como Coração Negro, o qual consiste numa região escura, geralmente acinzentada, que estende paralelamente à face e próxima a meia altura da espessura, ao longo da peça. A região escura tende a desaparecer nas proximidades das bordas da peça.

Conseqüências danosas podem ocorrer da presença do coração negro, como inchamento da peça, deformações piroplásticas, deterioração das características técnicas e estéticas do produto, entre outras. Isto justifica o interesse em evitá-los.

Uma forma de avaliar a tendência à formação de coração negro é preparar corpos de prova com espessura maior que as normalmente utilizadas (em torno de 40 gramas), com uma pressão de compactação de 110 Kgf/cm² e queimá-los em ciclos rápidos. Submetendo o material a situações mais críticas que as reais, não alcançando, desta forma, o tempo necessário para a eliminação da possível matéria orgânica presente no produto. Deve-se, então, cortá-las perpendicularmente e observar a presença ou não do defeito.

3.2.3 Descrição do projeto

A partir da massa grês porcelânica padrão fez-se uma série de formulações, com as quais preparou-se corpos de prova em laboratório e se avaliou dap seco e queimado, retração linear e absorção de água.

Esta preparação dos corpos de prova, consiste basicamente na dosagem das matérias primas, as quais são depositadas no moinho com água e defloculante, após atingir o resíduo padrão retira-se o material do moinho, descarrega-os em barquinhas de papel e coloca-os na estufa. Quando secos são desagregados, umidificados com água e homogeneizados em malha #32, pesa-se, então 25 gramas de material e prensa-os com 45 Kgf/cm².

Preparadas as amostras, faz-se a dap seco e queima-as em ciclos de 42 minutos nas temperaturas desejadas (1165°C, 1170°C, 1175°C, 1180°C). Após queima, é feito a dap queimada, pesam-se os corpos de prova e medem-se os seus diâmetros. Assim, a partir das fórmulas adequadas, têm-se os valores de retração linear e absorção de água.

Em alguns casos também foram feitas análises colorimétricas, com o auxílio do colorímetro (ANEXO B), além dos ensaios de resistência mecânica a flexão e verificação de matéria orgânica.

A seguir tem-se a composição e os resultados dos ensaios realizados da formulação apontada, a princípio, como mais adequada, além de sua curva de gresificação.


Quadro 1: Composições Padrão X Teste

Tabela 2: Ensaios Realizados





Figura 5: Curva de Gresificação

Como se verifica no quadro 1, esta nova massa apresenta uma boa quantidade de materiais rochosos, o que nos garante uma boa formação de fase vítrea e assim um bom comportamento durante a queima.

Nota-se pela tabela 2 , que em termos de compactação obtivemos valores superiores ao padrão, a retração linear se apresentou mais baixa nos garantindo realmente menores instabilidades dimensionais.

A absorção de água além de diminuir, apresentou-se com variações menos bruscas, como se observa na curva de gresificação, caracterizando um forte ganho em termos de estabilidade do produto.

Atribuímos esses fatores, principalmente, à presença do feldspato B (corresponde a um aluminossilicato de lítio), onde com a presença deste tem-se valores inferiores de retração linear em relação à massa padrão.

Mesmo assim, observam-se quantidades apreciáveis de argilas as quais contribuem para uma melhora na compactação e conseqüentemente na resistência mecânica. Neste caso a argila C, torna-se um dos agentes de grande importância, o que se verifica pelo acréscimo do mesmo na fórmula teste.

Não foi notada a existência de matéria orgânica de forma considerável e a análise colorimétrica nos indicou diferenças insignificantes.

Após essas análises, partimos para o teste em produção, onde ocorreram diversas variações nos resultados em relação ao laboratório, principalmente em termos de absorção de água cujo resultado foi superior ao esperado.

Desconfiamos, á princípio do resíduo que poderia estar mais alto que o desejado, acarretando, entre outros fatores, uma má formação de fase vítrea, e conseqüentemente um selamento inadequado das partículas, o que leva à maior porosidade na massa e portanto maiores valores de absorção de água.

Fez-se, então um acompanhamento da moagem, verificando o resíduo de hora em hora, a partir do tempo mínimo de moagem (5 horas), até atingirmos o resíduo padrão em torno de 2,8 a 3,2%. Porém, observamos, uma diferença significativa, entre a verificação do resíduo na malha do laboratório e o da produção.

Decidimos, portanto preparar corpos de provas com amostras dos dois resíduos e de acordo com as análises feitas, não foi observado as variações ocorridas na produção, entretanto, percebemos que a massa testada realmente se apresenta relativamente mais refratária.

Devido a diferenças entre as amostras do laboratório e a produção, e a fim de alcançarmos resultados mais concretos e confiáveis, resolvemos testar outra massa um pouco mais fundente, diretamente em produção, e fazer os acompanhamentos de moagem com os ajustes de resíduo e umidade adequados.

Na tabela 3 temos as composições das formulações padrão, teste anterior e o novo teste.

Nota-se que esta nova massa apresenta maiores valores de materiais não plásticos, o que a torna realmente mais fundente.



Tabela 3 : Composições Padrão X Testes

Com esta nova formulação, obtivemos, como esperado, uma boa absorção de água, além dos bons resultados em termos de resistência mecânica a seco, reduzindo o número de perdas de peça em linha, e estabilidade dimensional, melhorando o seu comportamento durante o processo de queima. Por outro lado, o tempo de moagem dessa massa é superior ao padrão, isso se deve a quantidade de materiais rochosos que esta possui.


3.2.4 Conclusão
Para alcançarmos uma boa produção, ainda há muito que se estudar e avaliar em termos de umidade, resíduo, moagem entre outras variáveis do processo de fabricação de um revestimento cerâmico, fatores os quais já estão sendo estudados e avaliados por técnicos e colaboradores da Fábrica.

Entretanto, realmente alcançamos a estabilidade dimensional desejada e menores aparições de deformações ao forno, ou seja uma massa menos sensível às condições de queima, tornando esta formulação (Teste 2), a massa grês porcelânica atual da Empresa.

Percebeu-se, com este trabalho, como pequenos erros ou até mesmo descuidos mínimos, como o uso de peneiras em mal estado, podem trazer sérias conseqüências à fábrica, sendo necessário um controle mais rígido sobre as condições técnicas de produção as quais podem levar à distorções dos resultados esperados em laboratório.


3.3 Contratipagem de Tintas Protetivas



3.3.1 Introdução

As tintas protetivas consistem nas últimas aplicações serigráficas sobre o produto, lhe dando além do efeito decorativo, proteção à peça.

Atualmente a fábrica contém em torno de 14 micronizados, destinados a fabricação destas e das tintas coloridas. Ao conjunto de substâncias sólidas, previamente moídas, são adicionados corante e veículo serigráfico hidrosolúvel ou oleoso e assim produzem-se as tintas serigráficas.

Com a implantação do novo sistema de dosagem automática para fluidos (Anexo C), na empresa, fez-se necessário a contratipagem das tintas protetivas, de modo a utilizar apenas 3 micronizados e talvez mais uma matéria- prima, ao invés das 14 atualmente utilizadas, já que com o tintômetro será reduzido o número de corantes e também de micronizados.

Esta redução de micronizados ocorrerá devido ao espaço e armazenamento do sistema, pois a princípio apenas as tintas coloridas seriam fabricadas pelo mesmo, porém com a presença de espaço na dosadora automática decidiu-se fazer também as tintas protetivas transparentes e brancas.

3.3.2 Descrição do projeto

O trabalho consistiu em formular as tintas protetivas, a partir de duas já estabelecidas. Estas consistem em uma Transparente Brilhante e a outra é Transparente Mate a base de cálcio. A elas foi adicionado outro micronizado branco duro e também se fez formulações com a adição de silicato de zircônio.

Formulou-se, então, o micronizado Transparente Brilhante em 100% e reduções deste com a adição proporcional de silicato de Zr e micronizado branco até 50% de cada um. Desta forma, se fez uma análise comparativa, visual e com o auxílio do colorímetro, entre as novas formulações e os micronizados brancos brilhantes usados atualmente.

Observamos, assim, que apenas a partir de 30% de silicato de Zr ou de micronizado branco duro, começa-se a obter certa opacidade. De tal modo que chegamos próximo dos micronizados branco brilhante, nas formulações com 30 e 40% tanto de micronizado branco duro quanto de silicato de Zr.

Com o micronizado Transparente Mate, fez-se a mesma adição de silicato de Zr e micronizado branco duro e comparou-se com as tintas protetivas e também com o contratipo do micronizado branco duro.

Observou-se, novamente, que a partir de 30 a 40% dos materiais adicionados é que chegamos próximo das tintas protetivas, porém em muitas delas faltou opacidade e textura.

Desta forma, resolvemos, fazer uma nova bateria de ensaios, refazendo as formulações do micronizado Transparente Mate, com adição a partir de 30% até 100% de silicato de Zr e micronizado branco duro. E com o Transparente Brilhante, decidiu-se refazer as fórmulas consideradas próximas, controlando também, a densidade, ou seja nesta etapa fizemos a comparação entre padrão e remessa de cada micronizado branco brilhante.

Após essa nova bateria de ensaios, fez-se novamente uma análise visual e com o auxílio do colorímetro, obtivemos, portanto resultados próximo de algumas tintas com adições de 80 a 90% de ambos materiais, porém ainda não se chegou à opacidade e textura desejadas.





Figura 6: Tintas e micronizados analisados

3.3.3 Conclusão

A partir desses ensaios, percebemos que usando apenas o micronizado branco duro e o silicato de zircônio não se alcançam os resultados esperados. Portanto será necessária a introdução de outras matérias primas como óxido de titânio, óxido de estanho e alumina.



4.CONCLUSÃO

O processo fabril de revestimentos cerâmicos consiste em diversas etapas, as quais devem ser cuidadosamente controladas, desde a inspeção da matéria-prima até a avaliação do produto final.

O laboratório de controle de qualidade, onde foi realizado o presente estágio, tem esta função, sendo responsável pela liberação de matérias-primas, controle e alteração de etapas do processo de fabricação, entre outras atividades, as quais se tornam difíceis devido ao número de variáveis que se deve controlar, tornando, desta forma, a área cerâmica complexa, mas também atrativa, sempre com obstáculos a enfrentar.

Neste meu primeiro contato com a área cerâmica, este estágio foi de suma importância, abrindo meus olhos para uma área que até então não pensava em trabalhar e que por sinal tinha uma idéia muito diferente do que realmente é. Esta nova visão, deve-se ao fato de que na empresa Portobello S.A, o estagiário integra-se às atividades da fábrica e participa da rotina fabril e do laboratório, colaborando assim para o seu aperfeiçoamento acadêmico e profissional.



REFERÊNCIAS



[1] AMORÓS, J.L, et al. Defectos de fabricación de pavimentos y revestimientos cerámicos – AICE – Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, España, 1991.
[2] BRITO, Antonio, et al. Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas – AICE – Instituto de Tecnología Cerámica, Castellón, España, 1997.
[3] SILVA, J.E. Controle de Processo, Curso de Tecnologia Cerâmica.2001.
[4] SAINZ, J.G, Ripollés, R.R. Controles de Laboratório para o Grês Porcelanato. Cerâmica e Informação: Seção Qualidade e Meio Ambiente, n°5, p.55-64, julh/ago,1999.
[5] ABC – Associação Brasileira de Cerâmica – Disponível em www.abceram.org.br. Acesso em Mai/Set, 2006.
[6] Cerâmica Industrial – Disponível em www.ceramicaindustrial.org.br. Acesso em Mai/Set, 2006.
[7] Metodologia Científica – Disponível em www.anhembi.br. Acesso em 05/08/06.

ANEXO A – HISTÓRICO DA EMPRESA

O complexo fabril da Portobello S.A. possui 205 mil m2 de área construída e uma área total de 500mil m2 e está localizado no município de Tijucas/SC, às margens da BR 101. Contando com oito fábricas, onde concentram todas suas atividades industriais, a Portobello possui o maior parque fabril do país no ramo de revestimentos cerâmicos.

O Grupo Portobello iniciou suas atividades em 1944, quando Valério Gomes instalou em São João Batista a Usina de Açúcar Tijucas S.A. – USATI. Após muitos anos dedicados ao refino de cana de açúcar iniciou-se o processo de diversificação das atividades do grupo, que culminou, em dezembro de 1977, com a fundação da Cerâmica Portobello S.A – empresa do ramo de revestimentos cerâmicos – numa localização estratégica para escoamento de seus produtos, entre os portos de Itajaí e Imbituba.

Em 1979 teve início a produção (Fábrica I). No final desse mesmo ano já haviam sido fabricados 568 mil metros quadrados de revestimento cerâmicos, e a empresa contava com 250 colaboradores. A Portobello começa a exportar seus produtos já em 1982, estes já como sinônimo de qualidade. No ano de 1985, devido

à expansão do setor e perspectiva de um mercado promissor, o grupo decidiu investir na ampliação da unidade fabril de cerâmica. Em agosto de 1987 foi concluída a construção da Fábrica II. Em seguida a terceira unidade foi inaugurada.

Com as três unidades a capacidade de produção foi ampliada para um milhão de

metros quadrados por mês.

No início dos anos 90, a Fábrica I passou por uma completa modernização, visando a redução de custos de produção, flexibilidade e ganho de produtividade.

Também passou a produzir revestimentos em pequenos formatos.

O ano de 1994 foi um ano de grandes conquistas e progressos para a cerâmica Portobello com a inauguração do novo escritório administrativo e pela instalação de quatro novas fábricas: Portokoll (fabricante de rejuntes e argamassas), Fábrica de Peças Especiais (revestimentos com geometrias particulares), Fábrica de

Terceira Queima e Monoporosa. A Estação de Tratamento de Efluentes também foi aperfeiçoada neste ano, garantindo a separação de resíduos e reaproveitamento de toda água utilizada no processo produtivo. A empresa, ainda no ano de 1994, conquistou a certificação ISO 9002 e implementou o sistema de Qualidade de

Produção, Instalação e Serviços.

Em 1997, é instalada a unidade de polimento de porcelanato. A implantação da fábrica de Porcelanato e a informatização da força de venda VOP (Virtual Office Portobello) ocorrem em 1999. Em 2000 acontece a inauguração da fábrica de Porcelanato e lançamento de uma nova categoria de revestimento no país: o mármore porcelânico. Em 2004 a empresa vendeu sua empresa fabricante de rejuntes e argamassa –Portokoll, tendo em vista que este não era o seu ramo, sendo construída para suprir uma necessidade do mercado.

Hoje o grupo Portobello atua no ramo de revestimentos cerâmicos, com produtos grês, semi-grês, monoporosa, porcelanato, terceira queima, rodapés, cantoneiras e outras peça especiais, atua na área de logística, construção civil e projetos especiais.

Produtos diferenciados e qualidade na prestação de serviços são a marca da Portobello, e fatores do sucesso da empresa. Também o parque industrial da Portobello se destaca internacionalmente pelo seu layout, pelos processos e equipamentos utilizados na produção, bem como pelo alto nível de automação que

apresentam.

A empresa investe constantemente no desenvolvimento de novos produtos e em novos equipamentos, atualizando sempre a tecnologia para competir igualmente com os mais avançados produtores internacionais (Itália e Espanha, principalmente).

O crescimento da empresa, durante todos esses anos, permitiu maior participação no mercado, mas, sobretudo possibilitou uma abertura no portfólio de produtos (mais de três mil itens), e tamanha variedade com qualidade é muito visada, gerando mais crescimento.

Atualmente, 70% da produção é destinada ao mercado interno (nos três canais existentes: Revenda Multimarca, Engenharia/Construtora e Portobello Shop) e 30% é exportada para mais de 65 países.

ANEXO B – RELAÇÕES COLORIMÉTRICAS

A cor não é uma característica absoluta do material, mas sim uma percepção humana, ou seja uma sensação, a qual só se concretiza após uma complexa operação em que o cérebro processa os estímulos recebidos. Portanto cada cor corresponde um espectro característico.

Para a caracterização da cor, são necessários três parâmetros: tonalidade, luminosidade e saturação.

A tonalidade corresponde ao comprimento de onda predominante. A luminosidade, por sua vez, está relacionada à intensidade de energia eletromagnética. E a saturação depende das proporções ocupadas por cada comprimento de onda na radiação eletromagnética.

O olho humano é capaz de detectar tanto variações de tonalidade como de luminosidade e saturação. Assim, pode-se dizer que a tonalidade é apenas um dos elementos que determinam a cor de um objeto. A manutenção da tonalidade em uma linha de produção não garante que sejam produzidas peças da mesma cor, já que a luminosidade e a saturação podem variar.

Atualmente, existem dois tipos de equipamentos disponíveis apara se caracterizar a cor de um objeto, os colorímetros e os espectrofotômetros.

Nos colorímetros a radiação refletida pelo objeto é filtrada, separando-se as frações correspondentes aos comprimentos de onda do vermelho, verde e azul. Com base na intensidade relativa de cada um desses comprimentos de onda e do modelo escolhido.

Os espectrofotômetros não se limitam a ler as reflexões correspondentes aos comprimentos de onda do vermelho, verde e azul. Neles a luz refletida pelo objetivo é subdividida em um grande número de intervalos de comprimento de onda e é feita a leitura da intensidade relativa à cada um desses intervalos, permitindo, assim, o levantamento do espectro correspondente à reflexão proveniente da superfície da peça.

Ou seja, a caracterização da cor fornecida pelos espectrofotômetros é mais completa do que a dos colorímetros.

Na empresa, dispõe-se de um espectrofotômetro, baseado no modelo Hunter Lab que utiliza o método CIE LAB como linguagem de conversão, este método parte do princípio de leitura colorimétrica através do uso das escalas L, a e b, baseada na aplicação de uma transformação de origem cúbica representando a distribuição de cores ao longo dos eixos X(L), Y(a) e Z(b).





Figura 7 – Modelo de distribuição de cores de Hunter Lab (1945).
Podemos observar que a escala L refere-se ao desvio de tonalidade que vai desde a escura (escala negativa) deslocando-se até a clara (escala positiva); a escala a refere-se ao desvio de tonalidade desde o verde (escala negativa), estendendo-se até coloração vermelha (escala positiva) e por seguinte a escala b refere-se ao desvio de tonalidade desde o azul (escala negativa) até a amarela (escala positiva).

Através de formulações algébricas, baseadas na distribuição espacial de cores, estipulou-se o desvio de tonalidade (E) gerada entre duas amostras em forma de números para tornar-se mais palpável a nossa sensibilidade:

E = (L² + a² + b²)1/2

Deve-se deixar claro que todas as escalas de tonalidade podem assumir valores desde -100 até +100. Toma-se como exemplo a escala L, onde uma tonalidade -100 seria atribuída a uma coloração 100% escura (corpo negro) e uma de +100 a uma tonalidade 100% clara (reflexão total).

Uma vez que o sistema de medição de cores informa ao usuário o valor atingido por cada amostra em cada escala de tonalidade, torna-se possível obter um valor de E, e assim identificar se a amostra apresenta uma diferença de tonalidade significativa capaz de torná-la imprópria ao uso em produção; por exemplo quando a tonalidade entre dois esmaltes é superior a 0,5. Entretanto, este sistema de medição de cores, possibilita identificar onde se encontra o maior desvio de tonalidade facilitando o trabalho de correção.

ANEXO C – SISTEMA AUTOMÁTICO PARA A DOSIFICAÇÃO DE PRODUTOS FLUIDOS

Impropriamente se denomina tintômetro, mas este sistema é realmente um dispositivo para a preparação mediante dosificação automática seqüencial, através da utilização de uma balança, de determinada precisão compreendida por produtos fluidos como corantes, bases,etc.

Consiste em um conjunto de depósitos dotados de agitação mecânica, supridos de uma bomba encarregada do transporte do produto, instalada na zona de impulsão de cada um dos constituintes, na zona de impulsão se encontram as válvulas encarregadas da dosificação dos produtos, estas por sua vez, se encontram conectadas mediante o uso de condutores encarregados da recirculação do produto, aos depósitos.

O sistema se completa com a/as balança, e com a eletrônica e o software de gestão e supervisão.

Do ponto de vista esquemático (Figura ao lado), esse sistema de dosificação, compõe-se sempre de:


  • Depósitos para o armazenamento dos produtos,dotados de sistema agitação;

  • Bombas para o transporte do produto e condutores;

  • Válvulas de dosificação com obturação múltipla concêntrica.

  • Balança para a pesagem do produto dosado.

  • Painel eletrônico de controle e PC com software de supervisão

Figura 8: Sistema de dosificação automático

O sistema automático de dosificação, funciona da seguinte maneira: as cores básicas (a dosar) são armazenadas nos depósitos, os quais são dotados de um sistema de agitação, estes são programados mediante o software de precisão.

As bombas impulsionam o produto de cada constituinte (individualmente) ao cabecel de dosificação. As válvulas de dosificação são dotadas cada uma de duas conexões, uma para alimentação do produto e a outra para a recirculação do mesmo.

A recirculação é a operação por meio do qual se evita a solidificação do produto no interior dos condutores.



A válvula então lê a quantidade de produto dosificado e conecta-se com o software que gestiona todo o processo de dosificação.

A
NEXO D - CRONOGRAMA





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