Hoje muitos problemas de engenharia sao resolvidos utilizando materiais celulares com suas combinacoes unicas de propriedades



Baixar 137.81 Kb.
Encontro29.11.2017
Tamanho137.81 Kb.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS


FORNOS JUNG


Estágio curricular VI

Período: 19/05/08 a 12/09/08

IRENE CRISTINA MAGNABOSCO MOCELLIN

Matrícula: 04137302


Orientador: Antonio Oscar de Araújo Siccardi

Supervisor: Diogo G. Jung
Concordamos com o conteúdo deste relatório:

_________________ __/__/ 2008

FLORIANÓPOLIS

2008


FORNOS JUNG LTDA.

Rua Bahia, n° 3465 - Bairro: Salto Weissbach

Blumenau - SC.- CEP: 89031 002

Fone: (47) 3327 0000 – Fax: (47)3321 0123

www.jung.com.br



Agradecimentos

Primeiramente gostaria de agradecer a Fornos Jung pela oportunidade de realizar este estágio.

Agradeço ao meu orientador do estágio o Eng. Oscar Siccardi, pela disposição, paciência, confiança e pelos conhecimentos transmitidos.

Agradeço pela colaboração na realização das tarefas pertinentes ao estágio, ao Rodrigo Bernardes. Alexandre Martins, Fred Wagner, Adilson Riewe , Diogo Jung, Ricardo Bonelli, Renato Gesser, e a todos da produção que auxiliaram nas tarefas.

Gostaria também de agradecer a todos os amigos que fiz, os quais contribuíram de forma indireta pra que meu período na Fornos Jung fosse proveitoso e produtivo: Daiana, Débora, Bibiana, Henrique, Rafael, Thiago, Francine, Patrícia, Márcio, Juliano, Alexandre.

Aos coordenadores de estágio do Curso de Engenharia de Materiais, Berend Snoeijer, Germano Riffel, e Antônio Pedro Novaes pela dedicação, auxílio, apoio, e confiança.

Agradeço a minha família, meus pais Jair Mocellin e Cleide Magnabosco pelo amor incondicional, pelas oportunidades e pelos esforços feitos para que os estudos sempre fossem prioridade.

Ao meu namorado, Bernardo Nicoletti Heller, pela paciência, companheirismo, carinho e amor em todos os momentos.

.

Lista de tabelas


Figura 1: Processo de montagem dos módulos 10

Figura 2: Comparação de temperaturas de trabalho. 11

Figura 3: Comparativo dos Elementos de Aquecimento 11

Figura 4: Típico termopar utilizado em fornos industriais. 12

Figura 5: Fluxo do check list de projetos 14

Figura 6: Forno tubular 15

Figura 7: Quadro comparativo da temperatura de trabalho conforme a atmosfera. 19

Figura 8: Propriedades da liga Kanthal 20

Figura 9: Fogão modelo CT400I. 28

Figura 10: Detalhe aquecimento concentrado CT400I. 28

Figura 11: Forno tipo maleta, modelo JV0990, com peça de vidro no interior. 29

Figura 12: Forno para vidro com porta superior, modelo JV60090. 29

Figura 13: Forno para cerâmica, modelo JC7013. 30

Figura 14: Prato feito em forno para cerâmica. 30

Figura 15: Chapa aquecedora vitrocerâmica, modelo CV400D (sobrepor, digital). 31

Figura 16: Vista Chapa aquecedora vitrocerâmica, modelo CV400D (EMBUTIR, digital). 31

Figura 17: Estufa laboratorial ES9640. 32

Figura 18: Estufa laboratorial ES9230. 33

Figura 19: Forno Mufla laboratorial LF0812. 33

Figura 20: Forno Tubular LT0210. 34

Figura 21: Forno para tratamento térmico TB9612. 35

Figura 22: Forno contínuo. 36

Figura 23: Forno elétrico para fundição de Alumínio. 37

Figura 24: Forno basculante para fundição de Alumínio. 37

Figura 25: Forno tipo Batch semi contínuo. 38



S
V
UMÁRIO




Lista de tabelas 5

SUMÁRIO 5

1. Introdução 7

1.PROCESSO PRODUTIVO 9

2. Avaliação da distribuição de calor 14

3. Estudo de caso - Avaliação das resistências Kanthal A1 18

4. Tratamento TÉRMICO 21

5. APRESENTAÇÃO E HISTÓRICO DA EMPRESA 26

6. CONCLUSÃO 39

Referências Bibliográficas 40

1. Introdução


Este relatório refere-se às atividades realizadas durante o Estagio Curricular VI compreendido de 19/05/2008 a 12/09/2008, efetuado na Fornos Jung LTDA, empresa situada em Blumenau, SC, pioneira na produção de fornos para aplicações diversas, e recentemente atuante na prestação de serviços de tratamentos térmicos em geral.

A oportunidade de aprendizado na prática no decorrer do curso possibilita uma maior interação do aluno com a realidade das indústrias. O estágio curricular corresponde a uma etapa muito importante do curso cooperativo de Engenharia de Materiais.

Dadas às características competitivas do mercado globalizado é fundamental que uma empresa esteja atenta acerca de novas tecnologias, materiais e processos; sendo capaz de se adequar a esses avanços de forma a oferecer um diferencial em seus produtos e serviços. Para tanto se deve investir em pesquisas e análises em parceria com grandes centros de desenvolvimento, garantindo assim o controle das variáveis de processo, e possibilitando a aplicação prática de novas tecnologias.

O conteúdo desse relatório destina-se a descrever as atividades desenvolvidas durante o período de estágio na empresa Fornos Jung, onde foram realizadas atividades relacionadas à pesquisa de novos materiais e caracterização desses, visando diminuição de custos, facilidade de produção e incremento tecnológico para a área de isolamento térmico. Atividades na área comercial também foram realizadas, como try out com clientes, auxiliando no desenvolvimento profissional e dando uma visão mais pratica do dia-a-dia de uma empresa.

Juntamente ao exposto, atividades relacionadas à melhoria da qualidade da empresa também foram realizadas, como a produção de instruções de trabalho e e check list para os setores de engenharia e na criação dos fogões, auxiliando assim maior controle do processo. Também foram realizadas atividades de criação de mecanismos de comunicação interna a exemplo dos quadros de Gestão à Vista, que auxiliam na gestão da produção interna de forma prática.

Atividades relacionadas a testes de mapeamento de campo homogêneo em fornos e estufas também foram atividades importantes realizadas, pois dão uma visão completa do funcionamento do equipamento produzido na empresa e uma melhor visão das possibilidades de melhorias.

Durante o período de estágio foi possível também ter uma boa visão dos processos de tratamento térmico, pois foi realizado o acompanhamento de alguns processos e também acompanhamento da criação de um forno carro e seu funcionamento.

  1. PROCESSO PRODUTIVO

A Fornos Jung produz basicamente quatro linhas de produtos: os fornos de Linha Artística, de Linha Industrial, de Linha Laboratorial e os Fogões Elétricos. A empresa tem como característica o diferencial no uso de fibra cerâmica como isolamento térmico que garante a máxima economia de energia.

Nas próximas seções serão dispostas algumas informações sobre as etapas de fabricação dos fornos fabrica na Jung. Etapas essas que podem ser divididas em: Estrutura Mecânica, Isolamento Térmico e Montagem Elétrica.

    1. Estrutura MecÂNICA


A estrutura mecânica constitui a carcaça externa do forno, sendo a sua principal função, garantir a sustentação estrutural e a proteção dos elementos internos do forno.

Os materiais e as dimensões são definidos em um projeto, segundo as especificações do cliente. Os materiais consistem basicamente em chapas, tubos e perfis de diversos tamanhos, espessuras e formas. O mais comum é o uso de aço ASTM 1010 ou 1020 galvanizados, com o objetivo de evitar corrosão oxidativa, contudo a casos em que há necessidade de utilizar chapas de aço inox AISI 304, 310, sobretudo em equipamentos submetidos a temperaturas elevadas.

O processo produtivo consiste em corte, dobramento e calandragem do material, sendo que sua união é realizada via soldagem.

Após essas etapas é então feito o acabamento, ou seja, a pintura que pode ser feita com tinta de alumínio ou tinta epóxi. Esse acabamento final ajuda a proteger o material contra corrosão.



1.2 Isolamento térmico


A fibra de vidro vem substituindo cada vez mais os elementos convencionais de isolamento, principalmente na área de tratamento térmico. Principalmente por ser

um elemento de baixo peso, com facilidade de manuseio, resistente ao choque térmico e de baixa resiliência.

Este material é obtido a partir da fusão de Alumina (Al20), de Silica (SiO2) e pequenas quantidades de aditivos, a temperatura de aproximadamente 1920°C. Onde este material fundido é vasado em um jato contínuo de ar comprimido de alta pressão. Estes jatos transformam o fundido em fibras parecidas com o algodão, podendo ser expostas a temperaturas de até 1426° C.

A fibra cerâmica é apresentada numa ampla variedade de produtos, como: flocos, mantas, cordas, papel, cimento, concreto, massas, tecidos e pré moldados( placas). Na Jung os tipos mais utilizados são: espuma, manta, placas e retalhos, onde cada um deles possui uma função e propriedade especifica.

As mantas são utilizadas para as fabricações de módulos, este processo é feito na própria Jung. Os pedaços de mantas cerâmicas com formatos predefinidos são agrupados, compactados e posicionados cada um desses módulos no interior do forno. Para tanto é necessário haver um sistema de ancoragem entre a estrutura metálica e os módulos de fibra a fim de garantir a completa isolação.

Os módulos cerâmicos são utilizados para a maioria dos fornos da Jung, onde a temperatura de trabalho máxima é de 1400°C. Além dos módulos de fibra, são aplicados ainda isolação a base de tijolos isolante e refratários principalmente em regiões que necessitem maior resistência mecânica (base para cadinhos de fundição) ou resistência à abrasão (soleira dos fornos, região de constante atrito a cada posicionamento de amostras ou peças).





Figura 1: Processo de montagem dos módulos

1.3 Montagem elétrica


Os elementos de aquecimento utilizados na fabricação dos fornos variam com a temperatura e aplicação. Na Jung existem três tipos básicos de resistências: FeCrAl, SiC e MoSi2, também são conhecidas pelo nome comercial, Kanthal A1 e Ds, Kanthal Globar e Kanthal Super. A Figura 02 mostra a comparação da temperatura de trabalho para os tipos de elementos de aquecimento que são utilizados na fabricação dos fornos na Jung.



Figura 2: Comparação de temperaturas de trabalho.

As resistências são produzidas na própria empresa, onde é feito o cálculo da carga de superfície ideal para cada aplicação, sua composição varia segundo a temperatura de trabalho que em geral dividem-se da seguinte forma:






Figura 3: Comparativo dos Elementos de Aquecimento



1.3.1 Termopar

Termopares convencionais são sensores de temperatura utilizados em fornos

em geral. A seguir a Figura 04 apresenta um típico termopar utilizado nos fornos industriais.



Figura 4: Típico termopar utilizado em fornos industriais.
O funcionamento do termopar ocorre por influência da difusão de portadores de carga somado ao arrastamento de fônons. Quando aquecidos, os elétrons localizados na extremidade do fio tendem a migrar para regiões de menor agitação térmica (extremidade mais fria) o que gera uma diferença de potencial elétrico da ordem de milivolts (mV).

Em geral os termopares são divididos conforme as ligas de constituição e as temperaturas de trabalho de cada um. Na Jung os tipos mais utilizados são o K e o J termopares esses que são produzidos na própria empresa. Casos que necessitam de elementos para temperaturas mais altas aplicam-se os tipos S e B. A fabricação e montagem dos termopares é realizada pelo setor elétrico da Jung.


Tabela 1: Comparativo entre os tipos de Termopares

Sensor

Faixa de Utilização ºC

Composição

Limite de erro

Positivo

Negativo

Padrão

B

0 a 1820

Pt70,4%Rh29,6%

Pt93,9%Rh6,1%

±0,5%

E

-270 a 1000

Ni90%Cr10%

Cu55%Ni45%

±1,7ºC ou 0,5%

J

-270 a 1200

Fe99,5%

Cu55%Ni45%

±2,2ºC ou 0,75 %

K

-270 a 1372

Ni90%Cr10%



Ni95%Mn2%Si1%A12%

±2,2ºC ou 0,75 %

N

-270 a 1300

Ni8,4%Cr14,2%Si1,4%

Ni95,45%Si4,40%Mg0,15%

±2,2ºC ou 0,75 %

R

-50 a 1768

Pt87%Rh13%

Pt100%

±1,5 ºC ou 0,2 %

S

-50 a 1768

Pt90%Rh10%

Pt100%

±1,5 ºC ou 0,2 %

T

-270 a 400

Cu100%

Cu55%Ni45%

±1 ºC ou 0,75 %

O termopar tipo J é utilizado principalmente em estufas e fornos de 350°C até 600°C. Este termopar não é recomendado em atmosferas com alto teor de umidade e em temperaturas muito baixas. Pode atuar em atmosferas neutras, oxidantes ou redutoras. Acima de 540°C o ferro oxida-se rapidamente.

O termopar tipo K é o termopar mais comumente utilizado. Pode ser utilizado em atmosferas inertes e oxidantes. Tem um baixo custo e tem uma sensibilidade de aproximadamente 41µV/°C. Na Jung este termopar é utilizado para fornos que atingem temperatura de trabalho de 600°C até 1300°C. Pela sua alta resistência à oxidação é utilizado em temperaturas superiores a 600°C, e ocasionalmente em temperaturas abaixo de 0°C. Não deve ser utilizado em atmosferas redutoras e sulfurosas. Em altas temperaturas e em atmosferas pobres de oxigênio ocorre uma difusão do cromo, provocando grandes desvios da curva de resposta do termopar.

1.4 Problema e JUSTIFICATIVA


Com o objetivo de que todas as etapas acima descritas sejam executadas com sucesso, sem que ocorra o esquecimento ou algum erro na manufatura, foi criado um check list (lista de verificação) de projetos. Essa lista de verificação é uma ferramenta da qualidade que auxiliam na coleta de informações e dados, num formato fácil e sistemático.

Uma folha de verificação fornece uma lista de itens a serem conferidos que permite que se coletem dados facilmente em um formato padronizado simples que conduz à análise qualitativa. Essas folhas são usadas para verificar itens defeituosos e possíveis causas.

Os principais objetivos do check list são:

• Garantir que uma determinada tarefa seja executada de forma:

– Objetiva – sem perda de tempo

– Eficiente – usos das melhores práticas

– Padronizada – todos farão da mesma maneira

– Desenvolver projetos mais gerenciáveis - maior controle do produto.

O check list é uma ferramenta usada durante revisões técnicas formais, atividade essa que garante a qualidade dos produtos, pois é uma relação de itens a serem observados.

O check list foi implantado seguindo o seguinte fluxo:





Figura 5: Fluxo do check list de projetos


2. Avaliação da distribuição de calor


Em um Projeto de Isolamento térmico, resultados finais são influenciados por fatores diversos. Para garantir a qualidade e confiabilidade de um projeto é imprescindível que cada uma dessas variáveis seja identificada e controlada durante o processo de fabricação. Todo o dimensionamento da estrutura física do forno dependerá do Projeto de Isolamento; espessura da parede de isolamento, composição do isolante, densidade e grau de compactação de manta etc. são fatores cruciais, pois direta ou indiretamente se relacionam à taxa de troca de calor entre a câmara quente e o meio externo, definem as temperaturas de trabalho das faces externas, além de se relacionarem à resistência mecânica da fibra, influenciando diretamente a qualidade do acabamento e, portanto, a satisfação do cliente final. Dadas essas correlações, mostra-se necessária a determinação de um parâmetro de cálculo e controle dos processos relacionados ao isolamento térmico, a fim de incrementar os projetos, melhorar os resultados e reduzir custos, garantindo assim mais qualidade e rentabilidade.

2.1 OBJETIVOS


O estudo do isolamento térmico teve como objetivo:


  • Calcular a condutividade térmica da fibra cerâmica para taxas de compactação diversas e com isso definir uma espessura teórica padrão.

  • Estudar a condutividade térmica da manta úmida, um novo produto com possíveis aplicações em fornos tubulares, como mostra a Figura 6 abaixo. Essa manta de fibra cerâmica úmida é constituída de manta umedecida com solução rigidizante para que se obtenha uma consistência mais rígida quando exposta ao calor, podendo adquirir várias formas na aplicação.



Figura 6: Forno tubular


  • Redução de custos na fabricação dos módulos com o uso mantas de fibra cerâmica com diferentes proporções, ou seja, fabricando um módulo composto.



2.2 Coleta de DADOS


A empresa Fornos Jung, disponibilizou um equipamento que não iria ser mais utilizado, para testes de distribuição de calor no equipamento. O intuito dos testes foi avaliar o comportamento térmico, da fibra cerâmica ao longo da espessura da parede do forno, com o intuito de encontrar valores sólidos para as perdas de calor para o ambiente através das superfícies externas. Os dados do equipamento encontram-se na Tabela 02.
Tabela 2: Dados do equipamento fornecido pela Jung para testes.

Modelo

JC10012

Dimensões internas (A x L x P) em mm

550 x 400 x 450

Temperatura máxima (ºC)

1200

Potência (KW)

7,4

Tensão (V)

220

Corrente (A)

34

Peso (kg)

110

Para os testes foram colocados termopares próximos à chaparia interna do forno, no total de 6, um para cada lado, com o objetivo de medir os gradientes térmicos de cada face fria do forno.

Foi usado o programa “Field Chart”, o qual expressa os valores de temperatura em um gráfico versus o tempo em um computador, através de conexão com um registrador de dados chamado “Field Logger”, ambos da empresa Novus. Este registrador modifica o sinal do termopar para o computador e suporta até 8 canais.

Dados importantes para os cálculos são:



  • Temperatura ambiente (ºC)

  • Espessura do isolamento (mm)

  • Condutividade térmica (kcal/hm²ºC): - ar = 0,0247

- fibra cerâmica = 0,21

  • Taxa de compactação dos módulos

No funcionamento de um forno todas as três formas de transmissão de calor estão presentes, contudo os mecanismos de condução e convecção são mais facilmente observados e são mais simples de serem estudados. Dessa forma optou-se por utilizar as teorias clássicas de transmissão de calor. O que implica trabalhar com um fluxo de calor em estado estacionário de forma que todo o calor dissipado seja transferido para o ambiente por meio de convecção natural.



2.3 Cálculo do fluxo de calor


O cálculo do fluxo de calor que atravessa cada face do isolamento térmico em regime permanente pode ser calculado segundo a expressão:

Onde q é o fluxo de calor por unidade de área, k1 a condutividade térmica da fibra e L1 a espessura da parede de fibra, T1 a temperatura da câmara interna do forno, T2 a temperatura da face fria do forno, T3 é a temperatura do meio externo (também representado por T), he o coeficiente de convecção do meio externo e A a área de análise em questão.

Todo equacionamento é simples com exceção do coeficiente de convecção. Este é uma função das propriedades do fluido (variam segundo a temperatura do fluido) que envolve o forno e dos mecanismos intrínsecos de troca de calor do mesmo. O ferramental matemático para se calcular com precisão o valor do coeficiente de convecção é extremamente complexo, usualmente aplicam-se soluções empíricas segundo condições de contorno predefinidas de forma a definir um valor médio para h.

Para placas planas verticais, o coeficiente de convecção pode ser definido por:

Onde, a relação entre colchetes define o número de Nusselt, grandeza adimensional que relaciona o gradiente térmico do fluido com o gradiente térmico de referência.

No caso de placas planas horizontais com a superfície quente voltada para baixo pode-se aplicar no calculo de h:

Onde k é a condutividade térmica do fluido, L o comprimento da placa, Gr o número de Grashof (coeficiente adimensional que representa a relação entre as forças de empuxo e viscosa que atuam no fluido), e Pr o número de Prandt (parâmetro adimensional que relaciona as espessuras das camadas limite hidrodinâmica e térmica).

Há ainda relações simplificadas que despendem menos tempo e esforço em sua utilização, no caso de placas planas verticais pode-se aplicar no regime laminar:



E para placas horizontais com a superfície quente para baixo no regime turbulento:

Aplicando-se esse ferramental e conhecimentos matemáticos básicos é possível estimar o comportamento térmico do forno.

3. Estudo de caso - Avaliação das resistências Kanthal A1


Os elementos de aquecimento metálicos são utilizados no formato de fios e tiras, auxiliando na fabricação dos mesmos, pois requerem técnicas mais convencionais de fabricação.

Os fornos fabricados com resistências de ligas metálicas possuem custos mais baixos, porque além do elemento ser mais econômico as exigências para seu funcionamento é mais simplificada (comparando fornos com a mesma potência). Uma desvantagem dos elementos metálicos é diminuição da resistividade com o tempo, onde há uma redução da seção transversal do fio causada pela oxidação da liga.

As temperaturas na Figura 2 demonstram somente a temperatura suportada da liga na superfície da resistência, todavia a temperatura dentro do forno não chega a esta temperatura. No caso da liga Kanthal-A1 utiliza-se para fornos de altas temperaturas (até 1300°C), e da Kanthal DS a temperatura do forno não ultrapassa 1200°C.

A atmosfera do forno também influência na temperatura de trabalho dos elementos, na Figura 7 - a seguir estão dispostos às temperaturas, de trabalho, das ligas para diversas atmosferas.




Figura 7: Quadro comparativo da temperatura de trabalho conforme a atmosfera.

3.1 Kanthal A1 – Liga FeCrAl


A liga Kanthal A1 é normalmente utilizada em fornos de altas temperaturas em tratamentos térmicos, fabricação de cerâmicas, vidros, aços e na indústria eletrônica, suportando temperaturas de até 1400ºC.

As propriedades da resistência Kanthal A1 são apresentadas na Figura abaixo:





Figura 8: Propriedades da liga Kanthal

A composição da liga Kanthal é de 22%Cr, 5,8%Al e o restante é composto por ferro.

Quando o cromo excede 11% em aços baixo carbono, um filme inerte é formado na superfície, criando resistência ao ataque por reagentes oxidantes. Porcentagens mais altas de cromo são encontradas em aços resistentes a altas temperaturas, como é o caso da liga Kanthal. Porém, aços com elevado teor de cromo são susceptíveis à fragilização.

3.2 Análise


A liga Kanthal é utilizada pela Fornos Jung em fornos de altas temperaturas (até 1300°C), pórem a fragilização do material em decorrência do tempo de uso resultou em análise em busca de uma causa para essa fragilização, de forma a evitar novas ocorrências desse problema.

As análises realizadas foram à espectrometria e análise metalográfica. Na espectrometria o objetivo foi analisar a composição da liga para verificar se algum componente poderia estar contaminando e causando fragilização. A análise metalográfica foi realizada para verificar a microestrutura do material.

Para análise no espectrômetro foi feita uma decapagem com 17% ácido nítrico, 3% ácido fluorídrico e 80% de água. Para melhor remoção o ensaio foi realizado a quente: 70ºC.

Após a decapagem a amostra foi então fundida com eletrodo. O material foi colocado em um cadinho cerâmico e com o calor gerado pelo campo elétrico do eletrodo, fundiu-se a amostra.


3.3 Resultados


A partir da análise de composição realizada com o espectrômetro não se pode perceber qualquer variação da composição da amostra, resultante de contaminação. A composição obtida a partir da análise é muito semelhante à apresentada pelo fornecedor.

A análise metalográfica não pode ser apresentada nesse relatório, pois ainda não foram finalizadas as análises.


4. Tratamento TÉRMICO

Como um país emergente, o Brasil tem expandido suas fronteiras industriais de forma que a produtividade de setores como o metal-mecânico atinge os valores máximos de capacidade instalada. Este cenário é resultante da estabilidade econômica, que leva as taxas de crescimento do país a se manterem também estáveis.

Na indústria metal-mecânica, sejam nas áreas de fundição, forjaria, laminação etc. é necessário se efetuarem etapas de tratamento térmico do metal, fundamentais para se atingirem as propriedades finais do produto.O conceito básico de tratamento térmico de metais (aços) consiste em aquecer o metal a uma certa temperatura sob uma certa velocidade, manter o metal aquecido a esta temperatura por um certo tempo e depois resfriar o metal a uma certa velocidade para que o mesmo apresente as características metalúrgicas e mecânicas desejadas. Existem diversos tipos de tratamento térmico que podem ser aplicados aos metais. A determinação de qual o correto tipo de tratamento dependerá das características que se deseja obter, tais como, resistência mecânica, dureza, estrutura metalúrgica, tamanho de grão, dentre outras, também depende da liga envolvida e da durabilidade (vida útil) que se deseja alcançar.

Somados, a necessidade mercado e o momento econômico do país, o resultado é um amplo espaço de prestação de serviços em tratamentos térmicos. Este cenário levou a Fornos Jung, como detentora de equipamentos e tecnologia, a investir na criação de uma vertente de prestação de serviços em tratamento térmico.



4.1 RECOZIMENTO


O processo consiste em aquecer o material a uma temperatura de 50°C acima da temperatura de austenitização e a seguir resfriá-lo lentamente.

A formação e conseqüentemente transformação da austenita influenciam

diretamente nas propriedades do material. O aumento da temperatura de austenitização favorece a homogeneidade da estrutura austenítica. A homogeneidade desta estrutura é essencial para reduzir as possibilidades de surgimento e/ou crescimento de carbonetos (devido alta concentração de carbono

em algumas regiões).

Contudo o aumento da temperatura de austenitização dificulta a formação da

estruturas esferoidizadas. Por isso devem-se preferir temperaturas de austenitização

mais altas quando se deseja estrutura perlítica e mais baixas quando se deseja estrutura esferoidizada.

Quanto maior a temperatura de austenitização maior será o tempo para transformação total da estrutura e quanto mais próximo da temperatura A1 , mais

grosseira será a estrutura (tanto perlítica lamelar e esferoidal).

Verifica-se na prática, principalmente em relação aos processos de conformação praticados pelos clientes que solicitam os serviços da Jung Tratamento

Térmico, que quanto maior a temperatura no processo, maior o tamanho de grau e

maior a possibilidade de descabonetação.


4.2 NORMALIZAÇÃO


A normalização é muito similar ao recozimento, a diferença encontra-se na taxa de resfriamento do material que no caso da normalização consiste em resfriamento ao ar. Em geral as temperaturas de normalização são maiores que as de recozimento visto que a homogeneização austenítica é fundamental para que se atinjam as propriedades previstas.

Comparando-se a estruturas normalizadas e recozidas têm-se na estrutura normalizada:

Aço hipoeutetóide – Possivelmente menor quantidade de ferrita proeutetóide, e perlita mais fina. Em termos de propriedade mecânica a dureza e resistência mecânica mais elevadas, ductilidade mais baixa e resistência ao impacto semelhante.

Aço hipereutetóide – Menor quantidade de carbonetos em rede ou massivos, apresentando uma distribuição mais uniforme dos carbonetos resultantes, devido à dissolução para a normalização ser mais efetiva do que para revenimento dadas as temperaturas envolvidas.

A normalização tem geralmente, entre outras, as seguintes aplicações:


  • Refino de grão e homogeneização micro-estrutural visando obter melhor resposta em têmpera e revenimento posteriores.

  • Melhoria da Usinabilidade.

  • Refino de estruturas brutas de fusão (fundidos em geral).

  • Obter as propriedades mecânicas desejadas.



4.3 Têmpera

Este processo de Tratamento Térmico consiste no aquecimento do material a uma temperatura austenitizante e em seguida resfriá-lo rapidamente em um meio refrigerante, a fim de obter uma microestrutura martensítica. Com a formação da Martensita ocorre um aumento na dureza, no limite de resistência à tração e na resistência ao desgaste, conseqüentemente ocorre uma diminuição da tenacidade e da ductilidade do aço.

As curvas TTT estabelecem a temperatura e o tempo em que ocorre uma determinada transformação. Os aços apresentam diversas curvas de TTT e para que a transformação martensítica ocorra, uma taxa mínima de resfriamento é necessária.

Contudo se a taxa for demasiadamente alta, o tratamento poderá provocar falhas na peça (como empenamento e trincas).

A temperabilidade é definida como sendo a capacidade de um aço para formar martensita na têmpera. Esta propriedade depende principalmente da composição química, do tamanho de grão e do nível de inclusões.

Há também a necessidade da homogeneidade da austenita gerada, pois pode provocar um deslocamento das curvas TTT para esquerda, originados pela presença de carbonetos não dissolvidos. O deslocamento da curva TTT para esquerda causa uma diminuição da temperabilidade do aço.

A escolha da velocidade de agitação do banho, assim como do meio de resfriamento depende da temperabilidade do aço e de suas dimensões. O tipo e a agitação do meio refrigerante, esta ligado diretamente a velocidade de resfriamento. Os meios mais utilizados são: água, salmoura, óleo, nitrogênio e ar.

Porém o produto final desejado é a martensita revenida, por isso é necessário um tratamento térmico de revenimento após a têmpera. Este processo será descrito

na seção posterior.

4.4 Revenido


Geralmente este tratamento vem acompanhado da têmpera, seu objetivo é ajustar as propriedades mecânicas do material temperado. Sua função é aliviar as tensões internas das peças, corrigir a elevada dureza, aumentar a ductilidade e diminuir a fragilidade do material (resistência ao impacto).

A temperatura do revenimento depende das propriedades que se deseja atingir. Conforme a temperatura de revenido verificam-se as seguintes transformações:



  • O primeiro estágio do revenido esta entre 100 a 250°C, onde a dureza já começa a cair, devido a precipitação do carboneto de ferro do tipo Epsilon.

  • O segundo estágio ocorre numa temperatura de 200 a 300°C onde há a transformação da austenita retida em bainita.

  • Entre 400º a 600ºC, começam a ocorrer uma reorganização da estrutura lamelares em estrutura esferoidal.

  • O quarto estágio acontece entre 500º a 600ºC, onde há uma precipitação de alguns carbonetos contendo (Ti, Cr, Mo, V, Nb ou W) esta etapa também é chamado de “endurecimento secundário” ou quarto estágio do revenido.

  • Finalmente, entre 600º a 700ºC ocorre a transformação total da cementita de lamelar pra esferoidal esta estrutura chamada de “esferoidita” é caracteriza-se por ser de baixa dureza e elevada tenacidade, que dependendo do material a dureza pode chegar a cinco HRC.

Deve–se levar em conta que o tempo de patamar também influi nas propriedades do Revenimento, que é ajustado conforme o tipo do material e dimensões da peça.

4.5 Acompanhamento tratamento térmico


As necessidades de mercado somado ao momento econômico do país levaram a Fornos Jung, como detentora de equipamentos e tecnologia, a investir na criação de uma empresa de prestação de serviços em tratamento térmico.
Esse novo setor criado pela Fornos Jung na prestação de serviços de tratamento térmico esta em processo de desenvolvimento.

As atividades relacionadas a esse setor, foram em relação ao acompanhamento da construção de um forno carro, com capacidade de 35 a 40 toneladas.

Também foram realizadas atividades de estudo de caso de problemas que estavam ocorrendo nesse setor. Como o relacionado à dureza elevada no recozimento do aço SAE 1020.

5. APRESENTAÇÃO E HISTÓRICO DA EMPRESA


Em 20 de Junho de 1980, surgia a FORNOS JUNG, uma empresa fundada com o esforço do Sr. Eldon Egon Jung para fabricar seu primeiro forno. O motivo inicial para a construção de um equipamento deste tipo foi a necessidade de transporte de um forno de tijolos, o qual pertencia à sua esposa, Sra. Liana Jung. Este equipamento era muito pesado e uma vez instalado não poderia ser movido.

O resultado do esforço e dedicação do Sr. Jung tornou-se visível já no primeiro forno Jung, que além de ser facilmente transportável, era 80% mais econômico, e com o tempo de aquecimento reduzido de três horas para apenas 30 minutos.

A pesquisa foi o início da empresa e passou a marcá-la para sempre. Diferente dos similares, os pesados e pouco eficientes tijolos refratários foram substituídos pela fibra cerâmica, desenvolvida como material isolante para os foguetes da NASA. Este eficaz componente fez com que os fornos adquirissem uma estrutura rígida e muito leve.

Os fornos Jung nasceram oferecendo dois importantíssimos diferenciais: o processamento interno dos gases nocivos à saúde, de forma que um Forno Jung pode ser instalado em qualquer ambiente; e a máxima economia de energia obtida pelo eficiente isolamento térmico.

Logo se viu a necessidade de elaborar na equipe Jung um programa de controle da qualidade, a fim de baixar cada vez mais o percentual de correções durante e após a garantia.

O resultado tornou-se visível já em meados da década de 80, quando os índices da Jung já eram melhores que a média das montadoras de automóveis nacionais, que trabalhavam com produtos fabricados em série.

Hoje a JUNG produz mais de 100 produtos de linha. Dentre eles, na linha artística podemos destacar os fornos para porcelana, faiança, vidro e cristal (até 900°C); baixo esmalte (até 1000°C); cerâmica (até 1.230, 1.300 e 1.400°C); torno elétrico para cerâmica.

Na linha laboratorial a FORNOS JUNG oferece equipamentos de aquecimento específicos para uso em pesquisa, desenvolvimento e controle da qualidade, como fornos mufla, estufas, chapas aquecedoras vitrocerâmicas, além de fornos especiais.

A linha industrial apresenta os mais variados equipamentos. Fornos para fundição de metais não-ferrosos (alumínio, cobre, latão e bronze), estufas, tratamento térmico para os processos de têmpera, recozimento, normalização, nitretação, cementação sólida, líquida e gasosa e revenimento.

Além destas linhas, a Jung se enquadra como a primeira fabricante da América Latina de Fogões Vitrocerâmicos. Este produto prático e funcional, consolidado na Europa e nos Estados Unidos, finalmente chegou ao mercado brasileiro através da JUNG.

5.1 PRODUTOS JUNG


Como escrito anteriormente, a JUNG possui quatro linhas principais de produtos. A seguir, elas são apresentadas e detalhadas para melhor compreensão.

5.1.1. Fogões Cooktop®


A FORNOS JUNG, como dito anteriormente, foi pioneira no Brasil, neste segmento. Estes fogões são construídos em carcaças de aço inoxidável e sua superfície é feita com vitrocerâmica, importada da empresa alemã SCHOTT. Segundo a fabricante dos vidros cerâmicos, suas características são baixa dilatação térmica (praticamente zero); estabilidade à altas temperaturas, estabilidade mecânica, alta transmissão de radiação, baixa condutividade térmica, o que garante concentração do calor, e resistência à choques térmicos.

As Figuras 09 e 10 apresentam o vidro cerâmico em sua aplicação como um fogão da linha Cooktop®.



Figura 9: Fogão modelo CT400I.



Figura 10: Detalhe aquecimento concentrado CT400I.

5.1.2. Linha Artística


Devido ao fato de a empresa ter iniciado sua produção com fornos desta linha, a Fornos Jung tornou-se conhecida nacionalmente pela qualidade em seus equipamentos artísticos. Esta linha dispõe de fornos com temperatura de trabalho variada para diversas aplicações, sendo a mínima 900ºC e a máxima 1300ºC.



5.1.2.1 Fornos para Vidro, Porcelana, Faiança e Cristal.


Estes fornos são usados para técnicas de “fusing”, modelagem, patê de “verre”, curvatura, decoração, entre outros. Estes fornos têm por características principais, a temperatura máxima de 900ºC, porta superior com levantamento hidráulico, possui mesa com rodízios para facilitar o transporte. Outra característica que viabiliza este forno é seu formato, que procura sempre ter maior área da base, devido ao fato de a maioria das peças serem placas. Os tamanhos são os mais variados, podendo ser feitos em formatos tipo maleta, como demonstrado na Figura 11, com 09 litros de volume interno ou com até 1200 litros úteis, conforme exposto na Figura 12.




Figura 11: Forno tipo maleta, modelo JV0990, com peça de vidro no interior.


Figura 12: Forno para vidro com porta superior, modelo JV60090.

5.1.2.2 Fornos para Cerâmica


Estes equipamentos têm temperaturas máximas variáveis entre 1000ºC e 1300ºC, dependendo do tipo de material que será utilizado. Suas aplicações são a cerâmica, baixo vidrado, baixo esmalte, biscoito e trabalhos com argilas e esmaltes. Eles possibilitam também, a decoração de materiais como porcelana, faiança, azulejos, lajotas, louças sanitárias e aplicação de decalques.

Possui algumas características diferentes dos outros equipamentos, como a presença da chaminé, para retirada de umidade das peças de cerâmica da câmara interna do forno, uma grande gama de acessórios para apoio das peças a serem tratadas e mesa com rodízios para fácil transporte. A Figura 13 representa o modelo JC7013, cujas dimensões internas são de 55 cm de altura, 40 cm de largura e 45 cm de profundidade. Nota-se aqui, a colocação do painel acima do forno, a presença da chaminé e sistema de fechamento com manoplas.



Figura 13: Forno para cerâmica, modelo JC7013.



Figura 14: Prato feito em forno para cerâmica.

5.1.3 Linha Laboratorial


Esta linha de produtos foi desenvolvida para atender a demanda de laboratórios. Visto o potencial da empresa na fabricação de produtos artísticos de qualidade, a transição para a venda destes produtos foi de simples implantação. Nesta linha, os fornos dão chamados de fornos Mufla. Além dos fornos, incluem-se nesta linha chapas aquecedoras vitrocerâmicas e estufas.




5.1.3.1 Chapas Aquecedoras Vitrocerâmicas


As chapas aquecedoras têm sua superfície em vitrocerâmica, o que possibilita o trabalho com ácidos (exceto fluorídrico), bases e outros reagentes que danificariam chapas de alumínio ou aço inoxidável. A superfície tem alta resistência aos ácidos, choques térmicos e possuem dilatação térmica próxima de zero. Estas características fazem com que elas sejam perfeitas no trabalho em laboratórios. Seu controle de temperatura pode ser analógico ou digital. Seus formatos construtivos variam de acordo com a solicitação do cliente, podendo ser de sobrepor ou embutir, e ainda em vários tamanhos. A Figura 15 demonstra um produto com controle digital, e na Figura 16 pode-se perceber a diferença entre as chapas de embutir e sobrepor.




Figura 15: Chapa aquecedora vitrocerâmica, modelo CV400D (sobrepor, digital).


Figura 16: Vista Chapa aquecedora vitrocerâmica, modelo CV400D (EMBUTIR, digital).

5.1.3.2 Estufas


As estufas produzidas na Fornos Jung são muito diferenciadas. A vantagem apresentada é a possibilidade de o cliente montar seu equipamento, pois cada estufa tem características diferentes que serão utilizadas por cada cliente. Elas possuem temperaturas máximas de até 400ºC, entretanto em alguns casos podem ser construídas para atingir 500ºC. Os opcionais que podem ser colocados na estufa variam de uma quantidade diferente de bandejas até o uso de diferentes materiais em seu interior. Além disto, estes equipamentos podem fazer parte tanto da linha laboratorial como da industrial.

Sua aplicação também é das mais variadas, sendo para uma simples secagem ou esterilização, trabalho com polímeros ou dilatação de componentes eletrônicos. A estrutura externa destes equipamentos é feita de chapas de aço galvanizadas e sua estrutura interna é construída de chapas de aço revestidas com tinta alumínio, ou construídas em chapas de aço inoxidável. Todas as estufas possuem controlador digital de temperatura.

Elas podem possuir sistemas de circulação de ar, que variam de simples sistemas com rotores axiais e acionamento direto ou rotores radiais com acionamento indireto. As resistências são diferentes de todos outros equipamentos, sendo blindadas em aço inoxidável, podendo ou não ser aletada. A Figura 17 demonstra uma estufa com volume interno de 96 litros e temperatura máxima de 400ºC, com recirculação muflada (recirculador radial direto) e com resfriamento do eixo à água.





Figura 17: Estufa laboratorial ES9640.
A Figura 18 mostra uma estufa laboratorial especial com mesa de roletes, porta guilhotina manual vertical.



Figura 18: Estufa laboratorial ES9230.

5.1.3.3 Fornos Mufla e Tubulares


Estes fornos têm ampla aplicação em laboratórios. Uma de suas aplicações mais conhecidas é a calcinação. Com temperaturas que variam de 1000ºC a 1300ºC, estes equipamentos podem ter vários opcionais, adequando-se à necessidade de cada cliente. Dentre eles: chaminé, portas diferenciadas, placa refratárias de alta condução na base e laterais, até sistema de registro gráfico de temperatura em tempo real. A Figura 19 demonstra um Forno Mufla comum, sado em grande parte dos laboratórios.




Figura 19: Forno Mufla laboratorial LF0812.
Os Fornos Tubulares também têm grande aceitação em laboratórios devido ao fato de serem feitos sempre sob medida. O grande uso destes é realizado em pesquisas, onde se pode simular vários equipamentos em pequena escala. A Figura 20 representa um equipamento deste tipo.



Figura 20: Forno Tubular LT0210.

5.1.4 Fornos Industriais

Os fornos industriais dividem-se em: fornos para tratamento térmico, estufas, fornos contínuos e para fundição. Além dos fornos desta linha de produtos, são fabricados também fornos especiais, com medidas e aplicações específicas, como fornos contínuos, fornos tipo poço, atmosfera controlada etc.




5.1.4.1 Fornos para tratamento térmico


Estes fornos assemelhem-se aos fornos mufla laboratoriais, entretanto possui algumas diferenças que o fazem um ótimo equipamento para uso na produção. Uma das principais diferenças é o uso de placa cerâmica para apoio das resistências, conferindo maior segurança ao operador do forno. Por outro lado, possui maiores potências que os anteriores. A Figura 21 apresenta o forno modelo TB9612, altamente aplicado em tratamentos térmicos de têmpera.




Figura 21: Forno para tratamento térmico TB9612.

5.1.4.2 Fornos contínuos


Desenvolvidos para uso em linhas de produção, também chamados de fornos de passagem. O transporte pode ser passivo ou ativo, com acionamento elétrico ou manual, dependendo da necessidade. São usados nos processos de recozimento, normalização, têmpera, revenimento, cementação, secagem e outros.

Estes fornos são fornecidos com vários itens de controle e segurança, como diversas zonas de aquecimento, ângulo de fase para envio de corrente às resistências, termopares controladores de segurança, alarmes visual e sonoro, chaves de emergência, dentre outros.

Há uma crescente demanda por este tipo de equipamento. Clientes cada vez mais substituem linhas de produção artesanais pelas contínuas. As vantagens são grandes e geralmente o equipamento possui alto valor de retorno, pagando-se em pouco tempo. A Figura 22 demonstra um forno contínuo aplicado para recozimento de peças para a indústria automotiva, grade cliente deste segmento, o qual exige alto grau de qualidade.

Estes fornos podem ser construídos com aquecimento elétrico ou à gás. Ainda pode-se ter aquecimento direto ou indireto, dependendo de cada aplicação.



Figura 22: Forno contínuo.

5.1.4.3 Fornos tipo poço


Os fornos tipo poço são usados para fusão e manutenção de não ferrosos (Alumínio, Cobre, Latão e Bronze). Alguns dos seus detalhes o caracterizam com este formato, como porta superior com abertura manual, por alavanca. Possui anel de proteção do cadinho inclinado para retorno de respingos de material fundido, o qual pode ser facilmente removido, para troca de cadinho ou manutenção da câmara.

A parte inferior (piso) é revestida com tijolos isolantes a fim de suportar o cadinho. No restante do piso, o revestimento é feito em fibra cerâmica endurecida, com uma leve inclinação em direção ao furo de descarga emergencial, quando o cadinho apresentar vazamento.

Também possui controladores digitais que permitem fazer vários tipos de aquecimento diferenciados. Também são construídos com aquecimento elétrico ou a gás. Ainda pode-se ter variações estruturais como ter um forno fixo e outro móvel, caso dos fornos basculantes, sendo que estes ainda podem ser manual, de acionamento elétrico ou hidráulico.

Na Figura 23 nota-se um forno fixo e na Figura 24, um forno basculante.


Figura 23: Forno elétrico para fundição de Alumínio.


Figura 24: Forno basculante para fundição de Alumínio.

5.1.4.4 Fornos tipo batch com atmosfera controlada


Este equipamento é considerado um dos mais completos no mercado para tratamento térmico. O mesmo pode ser usado para têmpera, nitretação, carbonitretação, cementação gasosa, entre outros. Possui duas câmaras, sendo uma de aquecimento e outra de imersão em óleo, para finalização de tratamento.

Seu aquecimento é elétrico, através de tubos radiantes. Possui a possibilidade de trabalhar com diversos gases, entre eles, amônia, nitrogênio, metanol, etanol, entre outros. É extremamente versátil, pois possui um sistema que movimenta a carga (400 a 1300 kg) no seu interior, evitando o contato com o ar, que pode danificar o tratamento oferecido às peças.

Seu sistema de controle é dos mais avançados, contendo sistema supervisório com tela “touch screen”. O sistema controla desde o tempo e temperatura até porcentagem de carbono na atmosfera do forno, assim como indica temperaturas de todos os gases que entram no mesmo, controlando o processo a tal nível que se pode atingir alto grau de carbono nas peças e tratamento superiores aos fornos convencionais. A Figura 25 demonstra o equipamento em questão.





Figura 25: Forno tipo Batch semi contínuo.
Este equipamento da foto possui mais de 5 metros de comprimento, 4 metros de altura e 21 toneladas, sendo que teve que ser transportado fragmentado e em caminhão especial.

6. CONCLUSÃO

Ao final deste sexto estágio curricular os objetivos foram novamente atingidos, que é o de integrar a indústria com a faculdade. Este período contribuiu de maneira marcante não apenas na vida acadêmica, mas também na vida pessoal, afirmando os conceitos de equipe, amizade e respeito.

Durante o estágio foram abordados vários temas, os quais haviam sido vistos apenas brevemente durante o curso. Houve também grande utilização de conhecimentos nas disciplinas de Fenômenos de Transporte. Boa experiência foi absorvida na área de mecânica geral e elétrica dos equipamentos, como seu funcionamento e estruturas.

O acompanhamento das atividades de todos os setores da empresa fez com que houvesse um grande crescimento profissional e pessoal.

Sem dúvida o maior aprendizado foi fortalecer a visão acerca da importância das relações interpessoais como combústivel para sucesso de uma empresa. A interdependência entre cada indivíduo e o comprometimento de cada colaborador, operário, engenheiro ou administrador. Todos dependem de todos para se alcançar o sucesso. Por mais que se detenha todo conhecimento técnico e empresarial, ainda assim necessitaremos de pessoas.

Finalmente, a estagiária sente-se muito satisfeita com o aprendizado adquirido, sobretudo por participar da equipe Fornos Jung, onde sempre se preocupou em atender da melhor forma possível todas as dificuldades encontradas. Foram colhidos bons frutos, especialmente porque vários desafios foram vencidos.



Referências Bibliográficas

1. TORREIRA, Raul P. Isolamento Térmico. Fulton Editora Técnica Ltda. São Paulo, 1980.


2. CHIAVERINI, Vicente; Aços e Ferros Fundidos, 7ª edição, Associação Brasileira de metalurgia e materiais. São Paulo, 2002.
3. CALLISTER Jr, W. D. Ciência e engenharia de materiais – uma introdução. 5ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora, 2002
4. KREITH, Frank. Principles of Heat Transfer. 3rd Edition. Intext Educational Publishers. New York, USA 1977






©ensaio.org 2017
enviar mensagem

    Página principal