Centro tecnológico departamento de engenharia mecânica graduaçÃo em engenharia de materiais estágio – astra indústria e comércio s. A. – Unidade III



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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CENTRO TECNOLÓGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

ESTÁGIO – ASTRA INDÚSTRIA E COMÉRCIO S.A. – UNIDADE III


RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR II



PERÍODO 19/05/2008 A 12/09/2008

ALUNO : Guilherme Apolinário Testoni

MATRÍCULA: 05137101
Concordamos com o conteúdo do relatório”.

_______________________________________



ORIENTADORA: ANA PAULA D. F. RANDULFE

Florianópolis, Setembro de 2008






ASTRA S/A INDÚSTRIA E COMERCIO

Rua Colégio Florence, 59 – Jd. Primavera – Jundiaí – SP

Caixa Postal: 172 – CEP: 13209-700

Fone: (11) 4583-7777 Fax (11) 45837888

Email: ctv@astra-sa.com.br

Unidade III

Caixa Postal 172 – CEP 13213-010

Fone: (11) 4582-1858 Fax: (11)4583-7888

Email: astraiii@astra-sa.com.br



Agradecimentos:

Agradeço à empresa Astra Indústria e Comércio SA por oferecer a oportunidade de aprendizado e crescimento.

À universidade Federal de Santa Catarina pela a oportunidade de estágio e aos Professores Berend Snoeijer, Germano Riffel e Antonio Pedro Novaes pela coordenação dos estágios.

Ao professor Fernando Cabral pelo auxílio nos trabalhos desenvolvidos.

À orientadora de estágio Ana Paula D. F. Randulfe pela orientação no desenvolvimento dos trabalhos e pelos ensinamentos e conhecimentos repassados.

Ao técnico responsável pelo laboratório da Unidade III e colega de trabalho, Edimilson Floriano Peixoto, por quem tenho profunda admiração e respeito.

Ao pessoal do Controle de Qualidade, Bruno, Fernando e Jefferson, pela amizade durante todo o decorrer do estágio.

Aos colegas estagiários, Afonso, Karina e Pedro pela amizade e companheirismo.

Aos amigos e amigas, Júlio César, Eduardo, Daniel, Ângelo, Alex, Idelma, Elisângela, Carlos, Jonas, William, Genivaldo, pela disposição e vontade em esclarecer eventuais dúvidas e pelos momentos de descontração.

Aos meus pais por todo carinho e dedicação demonstrados em todos os momentos.

E a todos que de alguma forma contribuíram para que os trabalhos desenvolvidos evoluíssem da melhor maneira possível.
Meus sinceros e profundos agradecimentos por tudo.

SUMÁRIO


1.INTRODUÇÃO 5

2. Atividades Desenvolvidas 7

3.CONCLUSÃO 30

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 31

  1. INTRODUÇÃO

Todos nós somos responsáveis pelo que está acontecendo ao nosso redor, seja direta ou indiretamente, e foi baseado nesse pensamento que se desenvolveu o estágio na unidade III da empresa ASTRA S/A de Jundiaí-SP. Estudos sobre a incorporação de cargas vegetais, como a farinha de madeira (resíduo de madeireiras) e a cinza da casca de arroz (resíduo de indústrias termelétricas), afim de desenvolver novos materiais compósitos combinando polímeros sintéticos provenientes do petróleo e fibras lignocelulósicas originadas de recursos naturais renováveis, foram fontes de intensa pesquisa e realização de testes nas dependências da empresa durante quase toda a duração do estágio.

Para melhor entendimento sobre o processo de compostagem do polímero PVC (policloreto de vinila), foi explicado o processo de obtenção do PVC, a função de cada aditivo, e foi elaborado também um fluxograma simples que mostra desde a chegada da matéria prima à empresa, passando pela estocagem, mistura e granulação, ate o processamento em maquinas injetoras, extrusoras ou sopradoras.

Como última parte do relatório encontra-se uma análise estatística, utilizando a regra de “Western-Electric”, realizada em uma máquina injetora com o intuito de verificar os melhores parâmetros de processo para a produção de uma peça de poliéster com alta precisão dimensional.

Além destes, testes com o Polietileno Reticulado, com materiais reciclados e substituições de aditivos e resina em formulações de PVC também se estenderam durante longo período do estagio.

2. Atividades Desenvolvidas




    1. PVC

      1. Geral

O Policloreto de Vinila (PVC) é um dos plásticos mais versáteis, podendo ser utilizado em diversos segmentos e processos, ficando como o segundo termoplástico mais consumido no mundo. Trata-se de uma resina termoplástica, sintética, caracterizada por uma notável resistência química, baixo índice de inflamabilidade e longos ciclos de vida útil.

É o único material plástico que não é 100% originário do petróleo, ele contém, em peso, 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio - sal de cozinha) e 43% de eteno (derivado do petróleo).   A partir do sal marinho, pelo processo de eletrólise, obtém-se o cloro, soda cáustica e hidrogênio. A eletrólise é a reação química resultante da passagem de uma corrente elétrica por água salgada (salmoura). Assim se dá a obtenção do cloro, que representa 57% da resina de PVC produzida. 

O petróleo, que representa apenas 43% desta resina, passa por um caminho um pouco mais longo. O primeiro passo é uma destilação do óleo cru, obtendo-se aí a nafta leve. Esta passa, então, pelo processo de craqueamento catalítico (quebra de moléculas grandes em moléculas menores com a ação de catalisadores para aceleração do processo), gerando-se o eteno.

Tanto o cloro como o eteno estão na fase gasosa e eles reagem produzindo o DCE (dicloro etano).   A partir do DCE, obtém-se o MVC (mono cloreto de vinila), unidade básica do polímero, onde estas moléculas de MVC são submetidas ao processo de polimerização, ou seja, elas vão se ligando formando uma molécula muito maior, conhecida como PVC (policloreto de vinila), que é um pó muito fino, de cor branca, e totalmente inerte.

Veja abaixo o fluxograma de fabricação do PVC e sua fórmula química:



Figura 1 – Fluxograma de fabricação do PVC
Do ponto de vista ambiental, vemos o PVC como um material correto pelos seguintes fatores:


  • Uma das principais matérias-primas do PVC é o sal marinho, um recurso natural renovável.

  • A longevidade alcançada pelos produtos produzidos, esse material encontra-se muito pouco presente nos resíduos urbanos ( menos de 1% do lixo urbano), e sua quantidade em aterros sanitários é mínima. No Mercosul, por exemplo, cerca de 65% do consumo de PVC se destina a produtos cuja vida útil ultrapassa facilmente os 50 anos, como é o caso de tubos e conexões, fios e cabos, perfis, etc., uma vez que o PVC resiste bem ao envelhecimento e às intempéries.

  • O PVC é facilmente reciclável e, uma vez recuperado e reciclado é empregado na fabricação de inúmeros produtos, como tubos, perfis, laminados, artigos injetados, como corpos ocos, escovas, revestimentos de paredes, mangueiras, solados de calçados, artigos para a indústria automotiva, etc.



      1. Aditivos

O PVC, à temperatura ambiente, possui elevada rigidez e baixa estabilidade térmica, tornando impossível o aproveitamento da resina sem o auxílio de outras substâncias capazes de alterar o grau de flexibilidade e impedir a degradação térmica durante seu processamento.

Essas e outras substâncias, chamadas de aditivos, são misturadas ao PVC formando um composto com propriedades físico-químicas compatíveis com os esforços mecânicos e o ambiente ao qual está submetido o produto acabado.

Os aditivos mais usados são:




  • Estabilizantes térmicos – Quando submetido à ação do calor o PVC se degrada devido à sua baixa estabilidade térmica, ocorrendo a quebra das moléculas e a liberação de HCl. Essa degradação não pode ser anulada, somente retardada através da adição de substâncias a base de metais tais como: chumbo, bário, cádmio, zinco, estanho. Estas substâncias encontram-se nos estabilizantes térmicos.




  • Lubrificantes – Dois são os tipos de lubrificantes encontrados, aqueles que reduzem o atrito e a adesão dos compostos de PVC com as superfícies metálicas dos equipamentos quando estão sendo processados (lubrificantes externos), e aqueles que minimizam o atrito entre partículas e entre moléculas da resina no processamento (lubrificantes internos), o que reduz a viscosidade e a geração de calor. Estes lubrificantes podem ser: parafinas, óleos parafínicos, ácidos graxos, ésteres ou amidas de ácidos graxos e sabões de elementos metálicos.




  • Plastificantes – São substâncias que diminuem a rigidez do PVC, aumentam a flexibilidade e a processabilidade de um composto. Os principais plastificantes utilizados são: os ftalatos (tais como: DOP, DIBP, DIPP, etc.), os plastificantes epoxidados (óleo de soja epoxidado), os plastificantes poliméricos, entre outros. A escolha de um plastificante depende de vários fatores: especificações desejadas para o produto acabado, o custo, a compatibilidade e a permanência.



  • Cargas - são aditivos adicionados aos polímeros para otimizar as propriedades a um custo mínimo, possuindo finalidades específicas. As cargas podem ser divididas em cargas diluentes ou de reforço. As cargas de reforço, como as fibras de vidro ou carbono, melhoram a resistência mecânica das peças fabricadas. Já as cargas diluentes ou inertes são incorporadas ao polímero visando diminuir os custos de produção, pois estes aditivos, como serragem ou talco são mais baratos que as resinas.



  • Auxiliares de fluxo - Também chamados de auxiliares de processo, são polímeros que podem ser adicionados em um composto de PVC, em pequenas quantidades, proporcionando melhoramento no comportamento do PVC durante o processamento, sem perdas das propriedades do produto final. Este melhoramento é notado na mudança superficial do produto e no desempenho do processamento. Vários tipos de polímeros têm função de auxiliar de processo, os mais importantes são os compostos a base de acrilatos, metil metacrilatos, etc.



  • Modificadores de impacto - São, de um modo geral, borrachas ou fases borrachosas introduzidas na massa polimérica para servir como absorvedores de impacto, aumentando assim a resistência ao impacto do material como um todo. Os modificadores de impacto comercialmente disponíveis são polímeros dos seguintes tipos: ABS, MBS, polímeros acrílicos modificados, etc.



  • Pigmentos - São compostos químicos orgânicos capazes de conferir cor a um substrato. As características essenciais dos pigmentos são: resistência ao calor, resistência à migração, estabilidade à luz e aos intempéries, baixos custos e toxidez, são insolúveis na maioria dos solventes, existindo como partículas uniforme e finamente dispersas no polímero.

2.1.3 Fluxograma

A título de aprendizado, foi confeccionado um fluxograma com o caminho percorrido por todos os componentes constituintes do PVC (resina, aditivos):




Figura 2 – Fluxograma geral de processo do polímero PVC


2.2 Compósitos termoplásticos

2.2.1 Introdução

Compósitos são materiais constituídos pela combinação de dois ou mais componentes distintos, desde que haja uma interface bem definida entre eles. Os compósitos termoplásticos reforçados (TPR) possuem uma matriz polimérica reforçada com cargas ou fibras, onde as propriedades desses termoplásticos reforçados dependem das características tanto do reforço como da matriz termoplástica. Assim, ao descrever um compósito tipo TPR é necessário, além de especificar os seus componentes e suas propriedades, fornecer as características do reforço em termos de forma geométrica, dimensões, orientação preferencial e tratamentos superficiais de acoplagem.

A maior parte do desenvolvimento e uso de termoplásticos reforçados tem como objetivo aplicações estruturais. As propriedades como resistência mecânica, rigidez, tenacidade, resistência termo-mecânica, etc., são os principais parâmetros analisados no desempenho destes materiais.

2.2.2 PVC com Pó de Madeira




2.2.2.1 Introdução

Para atender uma demanda de produtos cada vez maior são desenvolvidos novos processos visando o aumento da produtividade e a respectiva redução de custos, exercendo uma pressão cada vez maior sobre o meio ambiente uma vez que para se obter as matérias-primas necessárias à produção desses bens de consumo o homem é obrigado a interferir diretamente na natureza.

Ao longo dos anos a natureza foi demonstrando o impacto ambiental que essa prática destrutiva vêm causando, fazendo com que as empresas iniciassem uma estratégia de “atuação responsável”, visando reaproveitar e ou reciclar os resíduos provenientes não só dos processos industriais, como os gerados na agricultura e na sociedade civil em geral.

Nos EUA e na Europa, já existe uma legislação específica que limita a queima indiscriminada de derivados celulósicos, principalmente papel e madeira, o que acabou incentivando a busca de alternativas para reaproveitamento desses resíduos. Nesses países, a escassez de madeira também tem provocado o aparecimento de produtos conhecidos como compósitos termoplásticos com madeira ou wood-plastic composites, WPC. Esses produtos têm encontrado grande aceitação no mercado em aplicações como perfis para construção civil e como componentes automobilísticos graças a sua leveza, versatilidade e baixo custo, quando comparados com a madeira in natura ou outros compósitos poliméricos reforçados com cargas minerais.

Dentre muitas fibras naturais de interesse tecnológico, o resíduo de madeira substitui com vantagens as cargas e reforços tradicionalmente empregados em compostos e compósitos poliméricos, particularmente os de origem mineral, tais como talco, CaCO3 e fibra de vidro. A tecnologia dos chamados Wood-Plastic Composites (WPC´s) envolve conceitos de compatibilidade e processabilidade e apresenta grandes desafios tecnológicos para a formulação e estabilização da mistura devido a baixa estabilidade térmica da celulose. Muitos dos avanços tecnológicos em WPCs dependem de uma análise criteriosa das características físicas de seus componentes e das condições de processamento do sistema, particularmente aspectos relacionados a sua compatibilização.

Foram realizados testes na empresa incorporando farinha de madeira ( resíduos de espécie Pinus elliottii ) na formulação do PVC através de um processo simples e economicamente viável de tratamento de resíduos industriais da madeira.

Este tratamento é baseado na secagem e revestimento das partículas com lubrificantes funcionais e agentes de acoplamento utilizados como aditivos na indústria do PVC, e alguns específicos para a incorporação da madeira, além de equipamentos tradicionais da indústria de processamento deste termoplástico, conferindo ao compósito o aspecto da madeira in natura, a versatilidade e leveza do termoplástico, além de inúmeras outras vantagens:


  • Maior resistência à umidade e deterioração ambiental;

  • Resistência a pragas e insetos;

  • Podem ser extrudados em perfis com formatos diversificados;

  • Apresentam melhor estabilidade dimensional;

  • Resistência ao empenamento e trincas;

  • Possuem menor custo de manutenção de rotina;

  • São totalmente recicláveis;

  • Dispensam o uso de proteção superficial como tintas e vernizes.



        1. Madeira




2.2.2.2.1 Tipo de madeira

Nos testes realizados foi utilizado pó de madeira proveniente de resíduos de madeireiras que trabalham com a espécie “Pinus elliotti “, a madeira de Pinus é caracterizada pela coloração bastante clara e baixa dureza.


Tabela 1 - Algumas propriedades básicas da madeira “Pinus elliottii” de acordo com a NBR 7190:1997


Verifica-se, através destes dados, o potencial de reforço deste tipo de fibra de madeira quando utilizado em compósitos poliméricos. No caso do PVC, enquanto seu módulo de elasticidade varia tipicamente entre 2,0 a 3,5 GPa, os valores para a espécie de Pinus são bastante superiores, variando entre 11,9 e 13,3 GPa.
2.2.2.2.2 Umidade da madeira

A madeira, enquanto constituinte de uma árvore viva, apresenta elevados teores de umidade, tipicamente entre 30% até 200% . Esta umidade é retirada através de diversos processos de secagem quando do condicionamento da madeira dita “verde” até chegar-se ao que se denomina madeira “seca”. A madeira pode ser seca para níveis bastante menores. Porém, se não for garantida

alguma forma de proteção, o gradiente de umidade em relação ao ambiente provocará o retorno ao ponto de equilíbrio em relação à umidade relativa do ar.

As variações no teor de umidade da madeira afetam uma série de propriedades, notadamente a massa específica e carregamento estrutural, a estabilidade dimensional dos produtos, a resistência mecânica e a durabilidade.

O equipamento de extrusão utilizado deveria ser dotado de etapas de degasagem, tanto através de simples abertura para a atmosfera (venting) quanto auxiliadas por potentes bombas de vácuo, que é o mais recomendado quando utilizamos reforços vegetais, porém o equipamento de degasagem da extrusora não estava funcionando.

O máximo teor de umidade admissível em um reforço lignocelulósico para processamento em matrizes poliméricas é de difícil definição e pouco divulgado pelos detentores das principais tecnologias de processamento, tais como as empresas Cincinnati Extrusion, Bausano Group, Kraus Maffei, Davis-Standard e Krupp Werner & Pfleiderer. No Brasil, até o momento, estão disponíveis somente resíduos de coníferas (Pinus, Eucalipto e Araucária) com teores de umidade que ficam acima de 7%. Enquanto que nos EUA e Europa encontram-se disponíveis no mercado resíduos de madeira provenientes de espécies coníferas e folhosas com níveis de umidade que giram em torno dos 2%.



        1. Processamento

Inúmeros aspectos devem ser observados no processamento de termoplásticos com resíduos de madeira. A umidade e a granulometria devem ser rigidamente controladas, uma vez que alta a umidade resulta em inchamento das fibras e perda de estabilidade dimensional. Esta capacidade de absorção de umidade pode ser limitada através do correto encapsulamento das fibras pela matriz polimérica, sendo que este encapsulamento é mais efetivo quanto melhor a capacidade de adesão da matriz polimérica à superfície das fibras.

Assim, como principal requisito, o resíduo celulósico deve ser pré-secado e zonas de degasagem devem ser utilizadas para remoção da umidade residual durante o processamento. A baixa temperatura de degradação da celulose na faixa de 200 a 220 °C constitui um fator limitante do processo, esta limitação define os tipos de termoplásticos que podem ser utilizados como matrizes poliméricas no sistema: termoplásticos ditos commodities tais como o PVC, o polietileno (PE), o polipropileno (PP) e o poliestireno (PS), polímeros estes processáveis a temperaturas compatíveis com os limites impostos pela fibra.

Entretanto, não se pode ignorar que estes quatro termoplásticos correspondem a mais de 70% de todo o plástico consumido anualmente no mundo e, consequentemente, o uso das fibras lignocelulósicas nestes polímeros supera em muito qualquer possibilidade de uso em outros plásticos mais nobres.

O tipo de processo utilizado na ASTRA S.A. foi o com madeira pré-secada e mistura pré-homogeneizada (Pre-dry / Pre-mix), nesse processo são utilizados equipamentos no qual a fibra de madeira é submetida a processos de pré-secagem em níveis de umidade inferiores a 1% e alimentada em uma extrusora rosca-dupla contra-rotacional juntamente com o polímero na forma de pó:

Figura 3 – Esquema de uma extrusora


A mistura polímero-madeira e aditivos é preparada em misturadores intensivos antes de ser alimentada na extrusora. Esse sistema é muito utilizado para processamento de termoplásticos com baixa estabilidade térmica como o PVC.

F
igura 4 – Conjunto misturador intensivo / resfriador vertical




2.2.2.4 Agente de acoplamento

Agentes de acoplamento são compostos químicos com funcionalidade tanto orgânica quanto inorgânica, servindo como elementos de ancoragem (acoplamento) de fibras inorgânicas e orgânicas a sistemas poliméricos. São utilizados para melhorar a resistência interfacial matriz/reforço, através de ligações físicas e químicas, assim como para proteger a superfície do reforço de condições ambiente adversas, tais como umidade e fluidos reativos que podem difundir através da matriz e causar a deterioração das propriedades do reforço.

A incorporação de fibras naturais possuidoras de celulose com caráter polar em termoplásticos apolares requer a compatibilização do sistema através da adição de agentes de acoplamento ou de adesão interfacial. A escolha destes agentes compatibilizantes para promover uma melhor adesão interfacial entre o reforço celulósico e a matriz polimérica deve seguir alguns critérios básicos: Inicialmente o compatibilizante ou agente de acoplamento, em contato com a superfície do reforço deve interagir fortemente com as fibras através de ligações covalentes fortes ou interações secundárias do tipo ácido-base ou pontes de hidrogênio. Isto implica que uma quantidade suficiente de grupos funcionais deve estar presente no compatibilizante que possibilitem a reação com as hidroxilas da celulose.

Outro aspecto considerado tem sido o comprimento das cadeias do compatibilizante que deve possuir cadeias suficientemente longas de alta massa molecular que permitam a formação de emaranhados moleculares com a matriz polimérica na interface através de ancoramento mecânico. Alguns autores relacionam o tratamento superficial da fibra como forma de otimização do processo de compatibilização.

Do ponto de vista mecânico, os agentes compatibilizantes atuam no sentido de evitar o processo de delaminação da fibra na matriz polimérica que ocorre por incompatibilidade química e acaba comprometendo o reforçamento do compósito devido à transferência ineficiente de esforços na interface fibra-matriz.

2.2.2.5 Resultado dos testes

Foi observado durante os testes na produção um odor característico da madeira que se tornava mais forte quando era aumentada a fração de pó de madeira no composto. Alem do odor, a fragilidade do produto também aumentava com o aumento da fração volumétrica de madeira, tornado-se necessária a adição de um agente de acoplamento que melhore a adesão reforço/matriz. A adição deste agente acoplante já é alvo de futuros testes que, provavelmente, serão acompanhados pelo próximo estagiário. Zonas de degasagem deveriam ter sido utilizadas para remoção da umidade residual durante o processamento do compósito, visto que a umidade é um parâmetro importante que deve ser controlado, tanto antes, como durante e após o processamento. Segue como sugestão para o próximo estagiário esse controle mais completo do teor de umidade.

A baixa temperatura de degradação da celulose na faixa de 200 a 220 oC constitui também um fator limitante. A exposição do pó de madeira a temperaturas acima dessa faixa libera voláteis, provoca descoloração, aparecimento de odor forte e, principalmente, provoca a fragilização do compósito.

Para contornar esse fator limitante, diversos autores de pesquisas sobre o assunto propõem a adição do reforço lignocelulósico após a zona de plastificação do polímero no cilindro da máquina extrusora visando diminuir o tempo de residência da madeira, torna-se necessária a utilização de maquinário especial para processamento de termoplásticos reforçados.



2.2.3 PVC com casca de arroz calcinada




2.2.3.1 Introdução

Assim como no caso da utilização do pó de madeira, este trabalho procura dar uma contribuição para o aproveitamento da cinza da casca de arroz (CCA ou casca de arroz calcinada) como carga em polímeros, visto que esse resíduo agrícola traz sério transtornos ao meio ambiente quando descartado sem os controles adequados, assim como dar também um destino nobre à grande quantidade de resíduos gerada por essa cultura em todo o mundo.

Durante o crescimento do arroz, há a formação da casca de arroz como revestimento ou capa protetora dos grãos. Removidas durante o refino do arroz, estas cascas possuem baixo valor comercial, pois o SiO2 e as fibras não possuem valor nutritivo e por isso não são usados na alimentação humana ou animal

Na indústria do arroz têm-se alguns problemas no tratamento das cascas. Esses problemas são devido ao grande volume produzido, relacionado com local de armazenamento, e ao manuseio e transporte das mesmas, devido a sua baixa densidade.

Esta casca é então utilizada por usinas termelétricas e grandes empresas para geração de energia através da combustão da casca de arroz, produzindo outro resíduo que é a cinza da casca de arroz impura. Se ela for utilizada, direta ou indiretamente, para algum fim comercial, se fechará o ciclo de industrialização do arroz, sendo possível o total aproveitamento da matéria-prima proveniente da lavoura, já que o farelo, o gérmen e outras partes já têm seu destino no mercado.

2.2.3.2 Caracterização da CCA

A cinza da casca de arroz é obtida pela calcinação da casca de arroz com posterior micronização, material este desenvolvido especialmente para a indústria de plástico e borracha. Sua principal função é a de proporcionar significativa redução no custo dos compostos sem prejuízo da qualidade.

Dependendo de como a cinza é gerada, duas variedades são produzidas, as quais diferem principalmente no percentual de sílica. A cinza branca origina-se a temperaturas maiores e é quase totalmente composta por sílica, enquanto a cinza preta, formada a temperaturas mais baixas, contém, além da sílica, uma boa quantidade de material orgânico. A cinza utilizada nos testes foi a cinza preta.

Tabela 2 – Dados referentes à casca de arroz calcinada



Teor de Sílica

90,20%

Resíduo 325 mesh

1,77%

Cor

Cinza escuro

M2O2

0,15%

CaO

0,50%

MgO

0,80%

Densidade

2,18 g/cm3

PH

9,00

Foi realizado inicialmente o teste de umidade para verificar a relação entre massa úmida e massa seca presente na cinza da casca de arroz fornecida pela empresa INTERSÍLICA LTDA. de São Borja - RS.

O teste consistiu em levar uma bandeja contendo aproximadamente 300g da cinza da casca de arroz a uma estufa aquecida a temperatura de 100 oC. A bandeja foi retirada da estufa após determinados intervalos de tempo e foi realizada então a medição da sua massa residual e a porcentagem de umidade contida no material.
Tabela 3 – Umidade percentual contida na casca de arroz calcinada


Tempo de teste

1 h

2 h

3 h

4 h

5 h

6 h

Umidade

2,95%

2,97%

2,98%

2,99%

2,99%

2,99%

Decorridas seis horas de teste chegou-se à conclusão que o nível de umidade da amostra recebida ficou em torno de 2,99%, sendo que a estufagem do material não chegou a provocar uma variação considerável na umidade. A pequena variação observada pode ter sido causada por imprecisão nas medidas, como na medição da massa na balança, gradientes de temperatura no interior da estufa, entre outros.


2.2.3.3 Conclusão

Como pensamento inicial, o estudo iria começar com a caracterização do material, teor de umidade, densidade, granulometria, teor de sílica, para então proceder a sua utilização como carga em compostos de PVC substituindo o carbonato de cálcio, e outras aplicações ainda em fase de análise.

É importante ressaltar a falta de material de pesquisa e estudos relacionados à utilização da casca de arroz calcinada como carga em compostos de PVC. Foram encontrados trabalhos com a utilização da CCA em matrizes de polietileno, poliéster e poliamida com grandes sucessos apresentados em termos de qualidade superficial e propriedades mecânicas, porém nenhum estudo foi encontrado utilizando casca de arroz em matriz de PVC.

Seguirá em desenvolvimento nas últimas semanas de estágio os testes com o material, para que possa ser realizado um estudo mais detalhado sobre o desempenho do compósito em função de suas propriedades mecânicas.



2.3 Polietileno Reticulado




2.3.1 Introdução

O polietileno é uma resina plástica composta de macromoléculas lineares constituídas de hidrogênio e carbono em ligações alternadas. O PEX trata-se do polietileno submetido a um processo de reticulação, que consiste em expulsar o hidrogênio do sistema gerando um material com ligações espaciais formadas de carbono + Carbono.



Figura 5 – Polietileno normal e polietileno reticulado (PEX)


Existem três tipos de PEX, “PEX A”, “PEX B” e “PEX C”, a diferença entre eles consiste no sistema de reticulação, o “PEX A” é reticulado por reação química com peróxido de hidrogênio, o “PEX B” é reticulado com adição de silano, e o “PEX C” é reticulado mediante irradiação de elétrons.

2.3.2 Características e propriedades

Principais características:



  • Possuem memória térmica, possibilitando a recuperação do tubo deformado através de ar quente sem comprometer nenhuma das suas propriedades tantas vezes quantas forem necessárias.

  • Os tubos em polietileno reticulado são semiflexíveis, o que possibilita sua passagem por dentro de conduítes, e dispensa o uso de conexões como joelhos e cotovelos para fazer a grande maioria das curvas.

  • Compatível com o sistema de gesso acartonado, permite acessibilidade total às instalações para que, em caso de eventual manutenção, evitem-se quebras.

  • Por ser leve, facilita o transporte e a montagem.

  • Permite a postergação dos gastos com instalação hidráulica para o fim da obra, já que a tubulação pode ser instalada com a parede praticamente pronta.

  • Excelente resistência à abrasão.

  • Coeficiente de atrito abaixo de qualquer outro tipo de material convencional



Em contrapartida, os tubos plásticos apresentam elevada dilatação térmica em relação aos tubos metálicos:


    Tabela 4 – Valores comparativos do coeficiente de dilatação térmica de diferentes materiais a 70 oC


2.3.3 Ensaios realizados

Foram realizados os seguintes ensaios no laboratório:




Consiste em submeter um tubo com comprimento livre mínimo de 250 mm à pressão interior. Os ensaios são realizados em um tanque contendo água aquecida a 95ºC com uma duração de 1, 24, 165 e 1000 horas, com tensões variando de 4,4 a 4,7 Mpa.


  • Reticulação

Para a determinação do grau de reticulação, submeteu-se uma amostra do material do tubo a uma extração com um solvente (xileno), e calculou-se o percentual de massa insolúvel. Utilizou-se uma amostra sob a forma de aparas, com cerca de 0,4 g de massa. A amostra foi colocada num retângulo feito de malha de aço inox, e foi imersa em xileno em ebulição durante oito horas. Decorridas as oito horas, retirou-se a malha de aço com o resíduo, procedeu-se a secagem do resíduo numa estufa à temperatura de 120 oC e pesou-se a amostra para a determinação da massa insolúvel.


2.3.4 Aplicação





  • Sistema de água quente e fria

Devido à ausência de rugosidade interna o sistema evita incrustrações, conferindo 30% de maior eficiência na condução de líquidos em comparação a tubos de aço.

  • Aquecimento por chão radiante

O Sistema de aquecimento por chão radiante, por tubagens PEX, é utilizado para o aquecimento de qualquer tipo de pavimentos: quartos, cozinhas, salas de banho, etc.

A água aquecida na fonte de calor a 45ºC circula nos circuitos instalados nos compartimentos a aquecer, a temperaturas de 35ºC originando uma temperatura superficial do pavimento de 25ºC produzindo uma temperatura ambiental de conforto a 20-22º C.




  • Usos industriais

O sistema PEX tem vindo também a ser utilizado na indústria, mais especificamente na instalação de sistemas de ar comprimido, gases ou líquidos compatíveis quimicamente com o polietileno reticulado. O aquecimento de estufas agro-industriais é normalmente efetuado com tubagens PEX.

2.4 Testes com peça de poliéster – Análise estatística




2.4.1 Introdução

O produto “assento sanitário” produzido pela ASTRA S/A é composto pelo próprio assento sanitário conectado a uma tampa superior, onde essa conecção é feita por um conjunto que contém um eixo vazado com duas buchas laterais. Tanto o eixo como as buchas devem possuir alta precisão dimensional para que não haja interferência entre ambos os componentes. Para garantir a alta precisão dimensional do eixo, foi realizada uma análise estatística junto a máquina injetora, modificando parâmetros de processamento afim de verificar possíveis erros decorrentes do processo de injeção.

Foram utilizadas as Regras de “Western-Electric” como ferramenta de controle de qualidade, que serão explicadas a seguir.

2.4.2 Regras de “Western-Electric”

Metodologia que usa cartas de controle para levar o processo ao estado de

estabilidade estatística ou previsibilidade. Permite conhecer o sistema de causas

de variação de um processo e identificar em tempo real a ação de causas

especiais de variação, isto é, causas que não pertencem ao processo.

As variações de causas comuns, também chamadas de causas inerentes ao processo, são de difícil detecção, pois são vistas como caixa preta. A redução desse tipo de variação não acontece de forma geral visto razões técnicas e econômicas, já que exigem uma troca direta de instrumentos e equipamentos

exigindo grandes aplicações de caráter econômico.

As mudanças na média ou na dispersão do processo são ocasionadas por causas alheias ao processo, interferências tais como um operador mal treinado, um procedimento mal executado, um equipamento operando fora dos padrões, um material não conforme com as especificações, etc. Este tipo de variação

denomina-se variação por causa especial ou assinalável. Pela sua magnitude e por não apresentar um comportamento aleatório, variações por causa especial são de fácil detecção e correção.

Os tipos de cartas de controle utilizadas neste trabalho são as Cartas de controle de indivíduos e amplitude móvel. As cartas de indivíduos substituem às tradicionais cartas de controle de média e mediana quando se torna inviável técnica ou economicamente formar subgrupos (e.g. destruição do produto na avaliação, produção em pequenos lotes, etc.). Como principal desvantagem desta carta vem a baixa sensibilidade para detectar mudanças no processo, que, por outro lado, é compensada pela simplicidade operacional facilitando assim sua construção e aplicação por operadores pouco treinados. Todas as características citadas tornam esse tipo de carta apropriada para a implantação do controle estatístico de processos (CEP) em ambientes pouco favoráveis.



2.4.3 Resultados e conclusões

Para a construção da carta de controle individual, é necessário determinar os limites de controle, e para isso, foi considerado o desvio padrão fornecido pelo projeto da peça, isto implica nos seguintes dados:

LSCAM = 7,1 mm

Média desejada = 6,8 mm LICAM = 6,5 mm

Desvio padrão = 0,1 mm LSCX = 6,8 + 0,1.X

LICX = 6,8 – 0,1.X

Onde:
LSCAM = limite superior de controle da amplitude móvel;

LICAM = limite inferior de controle da amplitude móvel;

LSCX = limite superior de controle do processo;

LICX = limite inferior de controle do processo;


Os limites assim construídos se denominam de limites 3-sigmas, por estarem a três desvios-padrão da média do processo.

Aplicando as regras de “Western Electric”, pode-se determinar se um processo está fora de controle quando existe pelo ao menos uma das seguintes situações:


Regra I: um ponto fora dos limites de controle

Regra II: dois em três pontos consecutivos fora dos limites de 2σ.

Regra III: quatro em cinco pontos consecutivos fora dos limites de 1σ.

Regra IV: oito pontos consecutivos abaixo ou acima da linha da média.



Foram realizados dois testes, um com as peças retiradas da própria produção e outro aumentando a pressão de injeção, em ambos os lados do eixo:

Gráfico 1 – Carta de controle para peças da produção

G
ráfico 2 – Carta de controle para peças do teste de pressão


  • Resultados do teste 1 com peças da produção

O lado 1 apresentou oito pontos consecutivos abaixo da linha da média, contrariando a Regra IV.


  • Resultados do Teste 2 (pressão)

Tanto o lado 1 como o lado 2 contrariaram a regra IV por apresentarem oito pontos acima (lado 2), e abaixo (lado 1) da linha da média.
Percebemos nitidamente a tendência das peças estarem abaixo da média no lado 1, e acima da média no lado 2 em ambos os testes. Foram então identificados locais com falta de controle e adotas as seguintes medidas:

A primeira atitude tomada foi a retirada do uso do retalho e a utilização somente do poliéster virgem como matéria prima.

A segunda atitude foi o controle de fornecedores e lotes do poliéster utilizado.

A terceira medida foi a calibração da matriz.

As medidas adotadas surtiram efeito e o processo foi controlado.

  1. CONCLUSÃO

O estágio realizado na unidade III da empresa ASTRA S/A foi de grande importância para o conhecimento geral sobre polímeros, tanto na parte de processo, visto a presença de máquinas injetoras, extrusoras e sopradoras, quanto na variedade de materiais utilizados, polietileno, PVC, polipropileno, poliéster, EVA, poliamida, entre outros.

Os trabalhos realizados levaram ao entendimento sobre o funcionamento e operação das máquinas de transformação, temperaturas de processamento e propriedades mecânicas importantes.

Com o auxilio do prof. Fernando Cabral foi realizada uma analise estatística que ajudou muito a entender a gama de fatores que influenciam a produção de um produto, sejam eles fatores de máquina ou de manufatura. Complementando e colocando em prática as aulas de métodos matemáticos ministradas em sala.

Todos os estudos realizados, descritos ou não neste relatório, serviram para o engrandecimento intelectual e, principalmente, pessoal, pois a convivência diária me levou a entender o funcionamento de uma grande empresa, despertando cada vez mais minha vontade de trabalhar com a engenharia de modo inteligente. O progresso é necessário, e não existe progresso sem interação com o ambiente, o que existe são idéias que façam com que todo resíduo de determinado processo, possa ser aproveitado em vez rejeitado junto à natureza.

Todos percebemos a nossa volta a necessidade de adquirirmos hábitos e produtos que não agridam o ambiente e que provenham de materiais naturais que possam ser biodegradados após sua utilização e descarte junto a natureza. Esta área esta em intenso desenvolvimento e possui pouco material de consulta e estudo sobre propriedades físico-químicas e mecânicas.

Por tudo isso, considero de grande proveito todo o tempo que estive como estagiário na empresa ASTRA S/A de Jundiaí - SP.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS





  1. AGNELLI, J. A. M. Curso aperfeiçoamento em tecnologia de polímeros.

Módulo 1. Introdução a materiais poliméricos. São Carlos: Núcleo de Reolo-

gia e Processamento de Polímeros, 2000.




  1. CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais. Uma introdução. 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2002.




  1. MATUANA, L. M. et al. Influence of interfacial interactions on the properties

of PVC/cellulosic fiber composites. In: ANTEC 1998, 1998, Atlanta. Trabalhos

apresentados… Brookfield: Society of Plastics Engineers, 1998. Disponível em

www.4spe.org. Acesso em: 15 julho 08




  1. SATO, A. G. Desenvolvimento de compostos de PVC rígido com pó de madeira. 2005, 128 f. Dissertação (Mestrado) . Departamento de Engenharia de

Materiais da Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2005.


  1. SATO, A. G.; HAGE JR. E.; RODOLFO JR., A. Desenvolvimento de compostos de PVC rígido com pó de madeira: efeito do tratamento da carga quanto a desempenho mecânico e processabilidade. In: Congresso em Ciência de Materiais do Mercosul – SULMAT. Joinvile, 2002b.




  1. www.institutodopvc.org Acesso em 19 ago. 08




  1. www.pexdobrasil.com.br Acesso em 25 ago. 08




  1. www.slideshare.net/guestf4d212/02-cep-variveis/ acesso em 22 ago. 08




  1. Rodolfo Jr., Antonio - Tecnologia do PVC - São Paulo: ProEditores / Braskem, 2002.




  1. http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0104-14282003000300005&lng=in&nrm=iso&tlng=in Acesso em 20 Jun. 08




  1. www.abepro.org.br/biblioteca/ENEGEP1998_ART442.pdf acesso em 22ago.08

Anexo A – Histórico da Empresa

Quando foi fundada em janeiro de 1957, a então Indústria de Artefatos de madeira Astra Ltda., fabricava armários, roupeiros e assentos sanitários de madeira. Ainda no início dos anos 60 foi que, percebendo a perspectiva do uso do plástico pela sociedade em geral, a Astra expandiu seus domínios, abrangendo a transformação de polímeros e posteriormente fundando também empresas coligadas, a Profax, Japi e a integral, todas sediadas na cidade de Jundiaí-SP.

A Astra é uma empresa que está entre as mais reconhecidas no segmento de produtos e acessórios para a construção civil, com forte participação neste mercado. Oferece produtos como assentos sanitários, banheiras de hidromassagem, esquadrias de alumínio, espelheiras e luminárias, acessórios para banheiro, utilidades domésticas, tanques, lavatórios, gabinete plástico, material hidráulico, armários de plástico e alumínio, calhas em pvc, sistemas de descarga e uma linha completa de produtos para a construção civil, como sistema pex, piso radiante, formas para laje nervurada, cantoneiras, painéis shafts, caixas elétricas, hidromassagem vertical, entre outros.

Fazem parte do Grupo as empresas Astra, Profax, Japi e Integral, todas sediadas na cidade de Jundiaí, SP.

A Profax fabrica banheiras de fibra de vidro, armários de alumínio e espelheiras.

A Japi produz metais sanitários, compondo uma linha completa de torneiras, entre elas automáticas e com sensor, ferragens, ferramentas e acessórios de metal para banheiro.

A Integral é responsável pela produção de esquadrias de alumínio.

Hoje a Astra conta com três unidades fabris, que trabalham com diversos processos de transformação do plástico e ocupam cerca de 44 mil m² de área construída onde atuam 1,2 mil funcionários.


Anexo B – Cronograma das Atividades Desenvolvidas










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