Departamento de engenharia mecânica graduaçÃo em engenharia de materiais emc5554 – estágio supervisionado 4 porcelanas industriais germer s/A



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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA


DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

EMC5554 – ESTÁGIO SUPERVISIONADO 4

PORCELANAS INDUSTRIAIS GERMER S/A

Relatório de Estágio Supervisionado IV


Período: 08/09/2008 a 19/12/2008
Aluno: Tiago Rafael Trapp

Matrícula: 0423747-1


Orientador: Alan Bonetti


“Concordamos com o conteúdo do relatório”

Data: 19/12/2008


Florianópolis, Dezembro de 2008.






Porcelanas Industriais Germer S/A

Rua Navegantes, 196 – Caixa Postal 99

Timbó – Santa Catarina

CEP 89120-000 – Brasil

Fone: (047) 3382-2000

Fax: (047) 3382-1999

www.pigsa.com.br

Agradecimentos
Cursos que oferecem um modelo de ensino diferenciado, como o de engenharia de materiais oferecido pela Universidade Federal de Santa Catarina, que visam o aprendizado profissional do acadêmico, fornecem uma experiência única. Porém esse aprendizado só é possível devido a parcerias com empresas como a Germer. Por esse motivo agradeço primeiramente a oportunidade oferecida pela empresa Germer, na pessoa de Magnus Germer pela oportunidade que enriqueceu grandemente meu conhecimento tanto prático quanto teórico.

Agradeço a meus orientadores, Alan Bonetti e Jony Tomelin por todo acompanhamento realizado, sempre dispostos a ensinar e também pela confiança concedida a mim.

Aos professores Germano Riffel, Berend Snoeijer e Fernando Cabral pelo suporte, conselhos e acompanhamento do estágio, preocupados em formar engenheiros de excelência.

A todos os companheiros de trabalho que forneceram conhecimentos de fundamental importância: Alexsandro Fernandes Rovaris, Gilson Oliveira da Silva, Jaison Valcanaia, Laercio Keiner, Lucas Durante, Romenik Muraro, Sandriny Lacerda e Thiago Nunes.

Todos os funcionários da empresa que contribuíram de alguma forma, tanto direta quanto indiretamente na realização do estágio.

E finalmente, mas não menos importante, a minha família sempre fornecendo força e apoio.



Sumário

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 1

Relatório de Estágio Supervisionado IV 1



1. Introdução 6

2. Ensaios de Controle de Qualidade 7

2.1 Revisão Bibliográfica 7

2.2 Matérias-primas 8

2.2.1 Umidade 8

2.3 Massa Cerâmica 8



2.3.1 Peso Específico 8

2.3.2 Resistência Mecânica 9

2.3.3 Retração Linear 9

2.3.4 Perda ao Fogo 10

2.3.5 Densidade, Absorção e Porosidade Aparente 10

2.4 Esmalte 11



2.4.1 Peso Específico 11

2.4.2 Viscosidade 11

2.4.3 Tempo de Escoamento 11

2.4.4 Escorrimento 12

2.4.5 Coloração 12

3. Substituição de Areia Quartzosa 13

3.1 Revisão Bibliográfica 13



3.1.1 Processo de Moagem 13

3.1.2 Influência do Tamanho de Partícula na Resistência 13

3.1.3 Curva de Gresificação 13

3.1.4 Análise Dilatométrica 14

3.2 Objetivos 15

3.3 Materiais e Métodos 15

3.4 Resultados e Discussões 16

3.5 Conclusões 20

4. Substituição de Argila 22

4.1 Objetivos 22

4.2 Materiais e Métodos 22

4.3 Resultados e Discussões 23

4.4 Conclusões 25

5. Instruções de Trabalho 26

6. Conclusões 27

7. Referências Bibliográficas 28

8. Anexos 29

Anexo A – Histórico da Empresa 29

Anexo B - IT: Preparação de Amostra e Utilização do Dilatômetro 30

Anexo C – Cronograma das Atividades Realizadas 31




1. Introdução


O presente relatório descreve os trabalhos e experimentos realizados durante o período de estágio supervisionado desenvolvido na empresa Porcelanas Industriais Germer S.A., além da fundamentação teórica, a descrição e a importância das atividades realizadas.

O estágio foi realizado no laboratório químico da empresa e foram desenvolvidos três trabalhos principais. O primeiro foi realizado durante todo período de estágio e refere-se ao controle de qualidade da massa cerâmica e dos esmaltes que compõe os isoladores elétricos da empresa.

Já o segundo e o terceiro trabalho foram realizados em paralelo. O segundo trabalho teve como objetivo testar a possibilidade de substituição de uma das matérias-primas visando reduzir o tempo de moagem. E o terceiro trabalho teve como objetivo testar algumas matérias-primas (argilas) que atualmente não são utilizadas na empresa, mas que possuem potencial para substituir a argila utilizada atualmente, que está se esgotando na jazida.


2. Ensaios de Controle de Qualidade




2.1 Revisão Bibliográfica


A composição de uma porcelana triaxial inclui quartzo, feldspato e argila. O termo argila faz referência a um material de granulometria fina, que manifesta um comportamento plástico quando misturado com uma quantidade limitada de água. As argilas têm origem muito variável, mas são compostas predominantemente por aluminossilicatos hidratados, embora raramente se apresentem puros. Caulim pode ser definido como uma argila relativamente pura, de queima branca e composta principalmente pelo mineral caulinita (REED, 1994).

A elevada área superficial da argila combinada com a morfologia de suas partículas, placas finas, fornece plasticidade à massa. A argila deve ser caulinítica a fim de fornecer a caulinita, que durante a sinterização irá se decompor e formar cristais de mulita. Muitas composições utilizam o caulim ao invés da argila como fonte de caulinita, entretanto os caulins não fornecem plasticidade à massa, sendo necessária a adição de pequenas quantidades de argila plástica para conferir trabalhabilidade à massa e resistência mecânica a verde (CHINELATTO, SOUZA, 2004).

A função do feldspato na composição das porcelanas triaxiais é atuar como

fundente viabilizando a sinterização via fase líquida. Os feldspatos normalmente usados em cerâmicas são os feldspatos potássicos e os feldspatos sódicos.

O quartzo, responsável pela formação do esqueleto da peça de porcelana, participa na formação da microestrutura de várias formas. Por ser a fração mais grosseira das partículas na composição da porcelana, diminui a retração durante a secagem evitando assim o trincamento. Durante quase todo o processo de queima a reatividade do quartzo permanece baixa, ajudando assim a prevenir a deformação do corpo. No resfriamento, o quartzo não dissolvido durante a sinterização pode deteriorar a resistência mecânica devido à expansão volumétrica que ocorre durante a mudança de fase β→α (CHINELATTO, SOUZA, 2004).

A sinterização de massas contendo estes três componentes resulta em uma microestrutura que consiste em partículas de quartzo rodeadas por uma matriz composta de vidrado e finos cristais de mulita.


2.2 Matérias-primas


Os testes de controle de qualidade realizados tanto nas matérias-primas quanto na massa cerâmica e nos esmaltes são de fundamental importância para a garantia de uma produção de qualidade, visando produtos de excelente reprodutibilidade e desempenho. A seguir são descritos os ensaios realizados:

2.2.1 Umidade


Em relação às matérias-primas o único ensaio realizado por mim foi a determinação da umidade. Essa pode ser definida como certa quantidade de água presente nas matérias-primas, que é eliminada em forma de vapor em temperaturas entre 100 e 110 ºC. O ensaio é realizado a fim determinar o peso total de material úmido que deverá entrar nas composições cerâmicas e o valor de água introduzido juntamente com as matérias primas, a fim de descontar do volume total de água. A umidade é determinada através da variação de peso da amostra após 3 horas na estufa a 110ºC.

2.3 Massa Cerâmica


Já em relação a massa cerâmica são realizados uma série de ensaios, desde o fim da moagem, quando a massa se encontra como barbotina (50% de água), passando pela massa seca até obter-se a massa sinterizada. Assim para o controle de qualidade da massa cerâmica acompanha-se um lote semanalmente desde o fim da moagem até a queima.

2.3.1 Peso Específico


O peso específico da massa cerâmica na forma de barbotina é mensurada através da fórmula da densidade (d=m/V), para isso utiliza-se um picnômetro que possui volume específico (100 mL). Pesando o volume que o picnômetro comporta, tem-se o valor do peso específico por substituição direta na fórmula. Esse valor indica o teor de sólidos da massa.

2.3.2 Resistência Mecânica


A resistência mecânica a seco é importante devido a necessidade de manuseio e transporte dos “tarugos” secos dentro da fábrica e está relacionada com o empacotamento da massa, assim como com a secagem da massa cerâmica. Já a resistência mecânica após a queima está relacionada a gresificação do material, ou seja, se houve formação de fase vítrea, e se a mesma preencheu a porosidade inicial. Com o material densificado, o mecanismo de falha atuante passa a ser a propagação de trincas geradas pela transformação alotrópica do quartzo.

Para realizar este ensaio, alguns corpos de prova cilíndricos são extrusados no laboratório com o lote ainda úmido a ser analisado. Os corpos de prova são ensaiados em quatro condições diferentes. Um quarto deles é ensaiado a seco (crú) e os outros são sinterizados, dois quartos deles esmaltados com 2 esmaltes padrões. Após a “queima” os corpos de prova são ensaiados em uma máquina de flexão três pontos.


2.3.3 Retração Linear


Para este ensaio, tarugos extrusados na produção são coletados e cortados em forma de placas. Marca-se então nos corpos de prova dez centímetros para posterior medição da retração.

As placas são primeiramente secas, após isso é mensurada a retração a crú. As mesmas placas são novamente mensuradas após queimadas em um forno contínuo da produção para obter a retração após queima. Tem-se então a retração de queima diminuindo-se a retração total da retração a seco.

A retração de secagem está relacionada a eliminação da água e também a matéria orgânica. Já a retração durante a queima está diretamente relacionada a densificação do material pela fase líquida viscosa presente.a altas temperaturas, proveniente do feldspato.

2.3.4 Perda ao Fogo


Os mesmos corpos de prova utilizados para medir a retração são utilizados para a averiguação da perda ao fogo. Essa representa a porcentagem de massa que o material perde ao ser queimado e também está relacionado a quantidade de matéria orgânica presente na massa cerâmica.

2.3.5 Densidade, Absorção e Porosidade Aparente


Segundo o princípio de Arquimedes, "todo corpo mergulhado num fluido sofre, por parte de fluido, uma força vertical para cima, cuja intensidade é igual ao peso do fluido deslocado pelo corpo". Baseado neste princípio é possível calcular a densidade do corpo de prova (queimado), uma vez que se consegue uma precisão maior na medida do volume.

A densidade está diretamente relacionada ao empacotamento. Já a absorção de água está relacionada com a porosidade. Quanto maior a absorção, maior a porosidade. Ambos são influenciados pelo tempo e temperatura de sinterização. E indicam se houve formação de fase líquida em quantidade suficiente para ocupar os poros.



Depois de queimado, os mesmos corpos de prova utilizados nos dois testes anteriores são pesados e em seguida colocados submersos em um recipiente com água fervente por duas horas. Após o resfriamento da água, pesa-se os corpos imersos na água e também tira-se a umidade superficial, com a ajuda de um pano, do corpo de prova e pesa-se o mesmo novamente no ar. Com os dados mensurados é possível calcular a densidade aparente, porosidade e absorção das peças a partir das fórmulas:
Absorção de água (%) =[(Pu-Pq)/Pq] *100
Porosidade (%) =[(Pu-Pq)*100]/(Pu-Págua)
Densidade (g/cm3) =Pq/(Pu-Págua)
Onde “Pq” é a massa da peça seca após a queima, ”Págua” é a massa da peça submersa e “Pu” é a massa da peça depois de imersa na água.

2.4 Esmalte


O controle de qualidade dos esmaltes é de fundamental importância não somente pela parte estética (cor), mas também porque influi diretamente em outras propriedades como a resistência mecânica. Para cada lote produzido são realizados os ensaios descritos a seguir.

2.4.1 Peso Específico


O peso específico do esmalte influi diretamente na espessura da camada aplicada. Quanto maior o peso específico, maior é o teor de sólidos do esmalte e consequentemente maior é a camada depositada na peça. O que também influi na resistência mecânica. O peso específico é obtido através da fórmula da densidade (d=m/V), para isso utiliza-se um picnômetro que possui volume específico (100 mL). Pesando o volume que o picnômetro comporta, tem-se o valor do peso específico por substituição direta na fórmula.

2.4.2 Viscosidade


A viscosidade representa a fluidez ou a facilidade de escorregamento das partículas umas sobre as outras. Na Germer é medida com um Viscosímetro Brookfield e gera informações sobre o estado de defloculação/floculação dos esmaltes. A leitura no aparelho se faz numa escala de 0 à 100, onde se opta por uma combinação de diferentes velocidades e hastes. O resultado da viscosidade é obtido em mPa.s (miliPascal vezes segundo).

2.4.3 Tempo de Escoamento


Consiste no tempo gasto para esvaziar uma determinada quantidade de líquido de um recipiente com um orifício de tamanho específico (copo Ford). O tempo de escoamento fornece dados relacionados a viscosidade que é diretamente influenciada pelo grau de floculação.

2.4.4 Escorrimento


Esse ensaio é realizado visando a análise da fundência do esmalte através do escorrimento do esmalte com a temperatura. Em uma placa com duas calhas semicirculares de aproximadamente cinco milímetros de profundidade e dez centímetros de comprimento é colada em cada calha uma amostra (esfera obtida do pó do esmalte unido por uma pequena concentração do ligante Carboxi Metil Celulose) padrão e uma amostra do lote em análise. Posteriormente a placa é queimada no forno da produção em um suporte inclinado em 45º.

2.4.5 Coloração


Todos os componentes do esmalte podem afetar a cor do esmalte além do corante. Nos esmaltes é realizado um exame visual comparativo de coloração após queima. Para isso imerge-se uma placa cerâmica no esmalte, metade da placa em esmalte do lote analisado e a outra metade no esmalte padrão conservado no laboratório e queima-se a placa no forno da produção.


3. Substituição de Areia Quartzosa

3.1 Revisão Bibliográfica

3.1.1 Processo de Moagem


O objetivo de qualquer processo de moagem é a diminuição do tamanho das partículas de um material sólido, tendo em vista o aumento da superfície especifica para melhorar a velocidade de reação de determinada matéria-prima (na sinterização) e misturar uniformemente vários materiais. A moagem pode ser mais eficiente dependendo de algumas características como: dimensão e forma inicial das partículas, dureza do material e umidade.

3.1.2 Influência do Tamanho de Partícula na Resistência


A microestrutura de porcelanas caracteriza-se pela presença de fases cristalinas, onde se podem distinguir os contornos das partículas mais refratárias, envolvidas por uma matriz que atua unindo todas as partículas. As fases cristalinas, tamanho e formato das partículas, porosidade e textura são parâmetros importantes do material e definem as suas propriedades. Sendo o tamanho de partículas das fases cristalinas um dos principais fatores que afetam a resistência mecânica (CHINELATTO, SOUZA, 2004).

Um aspecto importante característico da microestrutura de porcelanas é a presença de trincas e por conseqüência, vazios em volta das partículas de quartzo devido à tensão entre que ocorre pela diferença de expansão térmica do quartzo e da fase vítrea (LIEBERMANN, 2003).

O tamanho da partícula de quartzo é crucial no comportamento mecânico das porcelanas. Partículas muito pequenas não geram tensão suficiente e partículas demasiadamente grandes podem gerar fraturas.

3.1.3 Curva de Gresificação


O objetivo principal 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. 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 (MELCHIADES, 1996).

A curva de gresificação é a representação gráfica simultânea das variações da absorção de água (AA) e retração linear (RL) da peça com a temperatura de queima. A curva de gresificação nos permite avaliar a tolerância da massa a variações de temperatura e condições de processamento e, portanto pode ser de grande utilidade como um instrumento de controle de qualidade.


3.1.4 Análise Dilatométrica


Para ensaios, controle de produção e investigação no campo cerâmico, a observação da dilatação é bastante útil. Não somente como uma mera propriedade física, mas também, como grandeza que mostra as mudanças estruturais dependentes da temperatura em materiais resistentes.

A dilatação é uma conseqüência do aumento da energia interna, que determina uma maior amplitude das vibrações moleculares e, portanto, maior distância entre os constituintes estruturais. Este aumento dimensional é denominado Coeficiente de Dilatação Térmica e é característico para cada material e dependente da temperatura.

Quando uma massa cerâmica quartzosa é aquecida, sua expansão térmica é muito regular, mas repentinamente, a 573ºC, há uma elevação acentuada, devido à presença de quartzo livre que sofre uma transformação polimórfica displasiva. E na faixa de 500 a 600ºC, quanto mais brusca a curva de dilatação, maior é a presença de quartzo e quanto mais cedo for a subida, mais finos são os grãos de quartzo correspondentes. (STEIL, 1996).

3.2 Objetivos


O presente trabalho tem como objetivo testar a possibilidade de substituição da areia quartzosa utilizada atualmente na empresa por outra areia com granulometria menor. A substituição tem como objetivo diminuir o tempo moagem e consequentemente aumentar a produtividade. Além de possivelmente aumentar a resistência mecânica devido à incidência de trincas menores nas partículas de quartzo.

3.3 Materiais e Métodos


Para análise da areia quartzosa especial (possível substituta) foram comparadas três formulações de massa diferentes: a massa padrão utilizada atualmente na empresa (areia com 86% de SiO2), a massa com areia quartzosa especial (90% SiO2) substituída na mesma proporção que a massa padrão e também uma terceira mistura onde foi compensada a diferença de SiO2, adicionando-se para isso uma quantidade menor de areia especial.

Para a preparação das formulações foram pesados 2 kg secos de cada composição (algumas matérias-primas já beneficiadas), posteriormente moídos a úmido em moinho do tipo jarro por aproximadamente quatro horas, com a adição água na proporção de 56%.

Os corpos de prova foram confeccionados por extrusão no laboratório. A barbotina foi seca utilizando moldes de gesso. A queima foi realizada em forno do tipo mufla, com temperaturas programadas variando de 1225ºC até 1325ºC e tempo de patamar de uma hora, com um acréscimo de 25ºC a cada nova fornada e temperatura real tomada com o auxílio de anel pirométrico. O patamar de queima foi de uma hora. Após a queima, além de submeter as amostras ao ensaio de dilatometria, foram tomadas as medidas de absorção de água, retração linear e densidade dos corpos de prova sinterizados.

Para averiguar se o tempo de moagem realmente diminui foi realizado no moinho laboratorial uma comparação. Foram moídas duas formulações diferentes (5 kg cada). Uma formulação com areia especial e a outra utilizando a formulação padrão.




3.4 Resultados e Discussões


Com os dados da dilatometria foi possível obter dois gráficos. O primeiro refere-se a dilatação em si. No gráfico 01 observa-se a expansão brusca a 573ºC para todas formulações devido a transformação do quartzo. Já no gráfico 02 tem-se o coeficiente de dilatação (600ºC) para cada formulação conforme se aumenta a temperatura de queima. O que observa-se é que o coeficiente diminui para todas as formulações conforme aumenta-se a temperatura de queima. Esse fenômeno é explicado pela menor quantidade de quartzo livre conforme aumenta-se a temperatura de queima e aumenta-se a quantidade de fase líquida.

Gráfico 01: Dilatometria a 1300ºC



Gráfico 02: Coeficiente de Dilatação Térmica x Temperatura de Sinterização

Com os dados de absorção de água e retração linear foi possível elaborar as curvas de gresificação para cada formulação. Constata-se que a faixa de temperatura em que ocorre absorção de água nula é a mesma para todas as formulações (1280 a 1320 ºC).


G
ráfico 03: Curva de Gresificação – Massa Padrão

Gráfico 04: Curva de Gresificação – Massa AQE 01

Gráfico 05: Curva de Gresificação – Massa AQE 02





Analisando o gráfico 06 (Densidade x Temperatura de Queima), fica evidente a diferença na densidade em temperaturas de queima elevadas. Isso se deve a diferença de refratariedade, provavelmente devido às formulações possuírem teores diferentes de quartzo (material refratário). A formulação AQE 01 é mais fundente. Já a formulação AQE 02 é mais refratária.


Gráfico 06: Densidade x Temperatura de Queima

Para verificar o tempo de moagem foi moída cada uma das formulações no moinho laboratorial e coletado a cada quinze minutos a densidade e o resíduo em uma malha específica. No gráfico 07 observa-se claramente a maior rapidez com que foi moída a formulação com areia especial. Houve redução d
e 25% no tempo de moagem até obter-se o resíduo máximo permitido.

Gráfico 07: Tempo de Moagem



3.5 Conclusões


Observando somente a análise dilatométrica das formulações, é possível realizar a substituição direta da areia quartzosa especial na formulação padrão. Isso porque no gráfico do coeficiente de dilatação térmica (Gráfico 02) a 1300 ºC (temperatura de queima dos fornos da produção), o valor de alfa é o mesmo para a massa padrão e a massa com areia quartzosa especial (AQE 01). O mesmo é possível dizer do gráfico de dilatometria (Gráfico 01), onde todas as três formulações se comportaram da mesma forma, variando muito pouco a curva de dilatação.

Já analisando as curvas de gresificação das formulações, percebe-se que todas as misturas apresentaram absorção de água nula na mesma faixa de temperatura, 1280 a 1320 ºC. E a retração varia um pouco conforme a mistura, o que evidencia que há uma diferença na refratariedade das formulações.

Essa diferença de refratariedade é observada mais facilmente no gráfico densidade por temperatura de sinterização (Gráfico 06). A queda da curva do gráfico é mais acentuada para a mistura AQE 01 (substituição direta na quantidade de areia) o que indica que essa formulação é mais fundente. Já a mistura com AQE 02 (SiO2 compensado) é mais refratária que a massa padrão, pois a curva de densidade está acima da massa padrão.

Como o ajuste de composição entre a formulação padrão e a formulação AQE 02 foi realizado adicionando caulim ás custas do quartzo, o resultado obtido é esperado, tendo em vista que o quartzo excedente na formulação AQE 01 possivelmente contribuiu para a formação de maior quantidade de fase líquida. Essa diferenciação é claramente visível no gráfico 6, onde verifica-se que massas com maior teor de quartzo (AQE 01) apresentam maior variação na densidade com a temperatura, enquanto a massa AQE 02, com menor teor de quartzo dentre as composições, apresentou um comportamento mais estável (menor variação de propriedades com a temperatura), porém com temperatura de gresificação semelhante.

A maior estabilidade na queima é interessante tendo em vista a possibilidade de queima de várias tipologias de produto em uma mesma curva de queima. Contudo, necessita-se avaliar a influência nas demais propriedades. Devido a diminuição no teor de quartzo, é esperado um decréscimo na resistência mecânica para a composição AQE 02, tendo em vista que o quartzo é um dos principais responsáveis por essa propriedade.

O objetivo principal deste trabalho foi realizado comprovando que a areia especial com granulometria menor diminui grandemente o tempo de moagem. Tendo vantagens na diminuição de custos energéticos e aumento na produção, além de um possível aumento na resistência mecânica.

Necessita-se agora testar a resistência mecânica que pode ser elevada devido a quantidade inferior de trincas por conter partículas de quartzo menores. O ideal seria testar uma mistura com quantidade maior de areia quartzosa especial do que a presente na mistura AQE 01 e menor que a da mistura AQE 02 para obter propriedades igualitárias a massa padrão em relação a refratariedade.

4. Substituição de Argila

4.1 Objetivos


O principal objetivo deste trabalho foi testar algumas variedades de uma das principais matérias-primas, a argila. Há necessidade de substituir a argila (A1), pois a mesma está se esgotando na jazida. Atualmente na empresa são utilizadas três tipos de argila. Porém todas com propriedades diferentes. Essa diferença de características é observada até na própria jazida, tendo em vista que até mesmo o histórico geológico influi diretamente nas qualidades de quase todas as matérias-primas cerâmicas. Sendo assim não é possível encontrar uma matéria-prima em duas áreas distantes com as mesmas propriedades.

4.2 Materiais e Métodos


Para análise comparativa das argilas foram preparadas cinco formulações de massa diferentes: a massa padrão (denominada de A1 no presente trabalho), além de outras quatro argilas diferentes que serão denominadas nesse trabalho de argilas A2, A3, A4 e A5. As argilas testadas não foram substituídas na mesma proporção que acompanha a massa padrão. Na massa padrão é adicionado dois tipos de argila. Nas formulações teste a argila que necessita ser trocada foi substituída pela outra argila já utilizada pela empresa. E essa segunda argila utilizada pela empresa foi substituída nas quatro formulações teste pelas argilas A1, A2, A3 e A4.

Para a preparação das formulações foram pesados 2 kg secos de cada composição (algumas matérias-primas já beneficiadas), posteriormente moídos a úmido em moinho do tipo jarro por aproximadamente quatro horas, com a adição água na proporção de 56%.

A barbotina foi seca utilizando moldes de gesso. Os corpos de prova foram confeccionados por extrusão no laboratório. A queima foi realizada em forno do tipo mufla, com temperaturas programadas variando de 1225ºC até 1325ºC, com um acréscimo de 25ºC a cada nova fornada e temperatura real tomada com o auxílio de anel pirométrico. O patamar de queima foi de uma hora. Após a queima, além de submeter as amostras ao ensaio de dilatometria, foram tomadas as medidas de absorção de água, retração linear e densidade dos corpos de prova sinterizados.

4.3 Resultados e Discussões


Com os dados de absorção de água e retração linear foi possível elaborar as curvas de gresificação para cada formulação. Constata-se que a faixa de temperatura em que ocorre absorção de água nula é a mesma para todas as formulações (1280 a 1320 ºC). Quanto a retração é possível visualizar uma diferença nítida entre a massa padrão e a demais formulações. Todas as formulações aparentemente são mais refratárias e também mais estáveis. Sendo mais estável, é possível obter as mesmas propriedades em uma faixa mais ampla de temperatura de queima.

Gráfico 08 e 09: Curvas de Gresificação para massa padrão (A1) e massa A2


Gráficos 10, 11 e 12: Curvas de Gresificação para Massa A3, A4 e A5.

G
ráfico 13: Densidade x Temperatura de Sinterização
Plotando-se o gráfico densidade por temperatura de sinterização é possível comprovar que realmente todas as formulações são mais refratárias e mais estáveis que a formulação padrão. Isso é explicado pela menor quantidade de quartzo na composição química das formulações A2, A3 e A4. Na formulação padrão há maior teor de quartzo (20% a mais que as demais formulações) que acaba por gerar maior quantidade de fase vítrea.

4.4 Conclusões


Analisando somente as curvas de gresificação das formulações e o gráfico densidade por temperatura não é possível determinar qual a mais indicada a substituir a argila utilizada na empresa. A principio todas possuem estabilidade térmica maior (e mais refratárias) que a massa padrão devido a menor quantidade de quartzo na argila. Essa maior estabilidade térmica é interessante, pois possibilita queimar vários produtos com tamanhos diferentes ao mesmo tempo sem prejudicar as propriedades. Porém há a necessidade de terminar a análise dilatométrica, além de testar a influência na resistência mecânica antes de indicar qual é a mais adequada. Outro fator que deve ser analisado é o preço, além da distância da jazida, tendo em vista que o maior custo das matérias-primas é referente ao frete. E como sugestão para o próximo estagiário fica o término das análises dilatométricas para conclusão do trabalho.

5. Instruções de Trabalho

Outra atividade desenvolvida na empresa foi a confecção de instruções de trabalho. No laboratório há procedimentos específicos para cada atividade. Com finalidade de auxiliar os futuros estagiários nos seus trabalhos foi desenvolvido as instruções de trabalho para as principais atividades do setor.

Para tanto foram desenvolvidas quatro instruções de trabalho:


  • Preparação de Cola;

  • Preparação de Esmalte para Ensaios;

  • Utilização do Dilatômetro;

  • Preparação de Massa para Ensaios;

Como exemplo segue em anexo uma das instruções de trabalho.



6. Conclusões

A realização do primeiro estágio na área de cerâmica na empresa Germer foi de grande aprendizado. Isto não somente pela liberdade e confiança depositada nos trabalhos, experimentos e análises feitas, mas principalmente por atribuir valores imprescindíveis para a vivência no mercado de trabalho.

Ao ingressar no estágio havia um pequeno conhecimento sobre o sistema e processos cerâmicos. Durante este período foram sanadas muitas dúvidas e curiosidades nessa área.

Todos os trabalhos realizados mostraram que a área cerâmica apesar de ser antiga está muito desenvolvida, apesar de possuir etapas de produção manuais. Além disso, os processos cerâmicos envolvem muitas variáveis, desde o histórico geológico das matérias-primas até a temperatura de sinterização dos produtos. Ainda mais quando o produto é um isolador elétrico que necessita ter resistência elétrica elevada assim como resistência mecânica e plasticidade na hora da conformação.

Ao final do estágio levo junto um bom conhecimento na área cerâmica que pode ser aprimorado a níveis muito maiores. E aprendi que um excelente profissional necessita de muita responsabilidade, competência, pró-atividade, planejamento e relacionamento interpessoal, além de conhecimentos técnicos, em todos os momentos para alcançar o sucesso.

7. Referências Bibliográficas




  • BARBA, Antonio; FELÍU, Carlos; GARCÍA, Javier. Matérias Primas para la Fabricación de Suportes de Baldosas Cerámicas; Castellón - España: Editora ITC, 2002. 2ª Edição.




  • CHINELATTO, A.L.; SOUZA, D.P.F.; Porcelanas Elétricas Aluminosas: Parte I – Revisão da literatura. Cerâmica, v.50, p.62-68, 2004.




  • REED, J. S.; Principles of Ceramic Processing. Segunda Edição. New York, Wiley-Interscience,1995.




  • LIEBERMANN, J. Microstruture Properties and Product Quality of Strength-Stressed High-Voltage Insulators. American Ceramic Society Bulletin. Vol 82, n.1, p.39-46, Feb. 2003.




  • MELCHIADES, Fábio; QUINTEIRO, Eduardo; BOSCHI, Anselmo. A Curva de Gresificação. Cerâmica Industrial, São Paulo – SP: Agosto 1996.




  • STEIL, Mari Vânea Giacomossi. Ensaios Cerâmicos. FIESC/SENAI Tijucas - SC, Dezembro de 1996.




  • Porcelanas Industriais Germer S/A. Endereço eletrônico: www.pigsa.com.br Acessado em: 20/11/2008.


8. Anexos




Anexo A – Histórico da Empresa


Fundada no ano de 1968 com o objetivo de abastecer a empresa mãe, fabricante de lançadeiras para indústria têxtil, a Porcelanas Industriais Germer em pouco tempo se tornou uma das mais tradicionais empresas brasileiras fabricantes de isoladores elétricos para baixa, média e alta tensão. Pertencente ao grupo Germer, a empresa tem sede na cidade de Timbó, no estado de Santa Catarina.

A fabricação de isoladores elétricos de porcelana no Brasil tem, hoje, uma produção anual de cerca de 28000 toneladas e a Porcelanas Industriais Germer é responsável por pelo menos 25% desse montante. Contando com um quadro de mais de 400 funcionários a empresa vem crescendo continuamente, fruto de investimentos em equipamentos e treinamento de pessoal. Hoje a empresa produz peças de porcelana com fins elétricos dos mais variados tipos e para diversas aplicações. Destaca-se a produção de isoladores para baixa tensão tipo roldana e isoladores para média e alta tensão tipo bucha. Empregando alta tecnologia em sua linha de produção, a Germer produz isoladores para o mercado nacional e internacional, exportando seus produtos para diversos países, como Argentina, Uruguai, Paraguai, Chile, Inglaterra e Estados Unidos.



Isolar energia com qualidade é o lema da empresa e, por essa razão, investe em novas tecnologias como esmaltes que previnem problemas de radiointerferência e o desenvolvimento de esmaltes semicondutores antipoluentes. Certificada pela ISO 9001:2000 a empresa demonstra seu interesse em progredir cada dia mais, o que a torna uma das maiores fabricantes nacionais de isoladores de porcelana.

Anexo B - IT: Preparação de Amostra e Utilização do Dilatômetro




  1. Preparação da amostra:

  • Preparar um corpo de prova de uma polegada de comprimento (paquímetro analógico possui escala em polegadas). Utilizar a isomet para deixar a amostra próxima ao tamanho requerido. Utilizar água como meio refrigerante (guardar após o uso). Utilizar o esmeril do laboratório para deixar a amostra no tamanho exato e para deixar os dois lados da amostra planos. Obs: Não esquecer dos óculos de proteção.

  1. Uso do dilatômetro:

  • Ligar o transformador do dilatômetro na tomada e ligar o dilatômetro. Retirar a tampa protetora. Abrir a tampa da câmara e inserir a amostra entre a haste e o vidro (em cima do termopar).

  • Ajustar o valor do code number (tamanho da amostra) para 1000 com auxilio da régua na lateral esquerda do equipamento. Iniciar o ensaio no botão start. Obs: certificar-se de que o valor de code number não está variando.

  • Ligar o computador ao lado do dilatômetro e abrir uma planilha nova para acompanhar o ensaio, repassando a variação da temperatura e do comprimento (code number e temperature).

  • Quando encerrar o ensaio aguardar o esfriamento da amostra até 100ºC para abrir a câmara.








Cronograma: Curso de Engenharia de Materiais da UFSC Empresa: Porcelanas Industriais Germer S/A
Estagiário: Tiago Rafael Trapp Orientador: Alan Bonetti



Nº.

Atividades

Setembro

Outubro

Novembro

Dezembro

1

Apresentação - Visita a Empresa

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2

Revisão Bibliográfica




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3

Ensaios de Controle da Qualidade

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4

Substituição Areia







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5

Substituição Argila







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6

SIPAT




























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7

Elaboração Relatório































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8

Elaboração IT































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A nexo C – Cronograma das Atividades Realizadas






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