Relatório - curva de defloculação

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA 
SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
GABRIEL BERALDO SCORSIN 
GABRIEL OLIVEIRA VIATROSKI 
KAUÃ JUSTUS HORN 
RICIERI ALEXANDRE PIANA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO CURVA DE DEFLOCULAÇÃO UTILIZNDO MÉTODO COPO FORD. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PONTTA GROSSA 
2022 
 
 
GABRIEL BERALDO SCORSIN 
GABRIEL OLIVEIRA VIATROSKI 
KAUÃ JUSTUS HORN 
RICIERI ALEXANDRE PIANA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO CURVA DE DEFLOCULAÇÃO UTILIZANDO MÉTODO COPO FORD. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Realização do relatório de Ensaios e 
Caracterização de Materiais com propósito da 
obtenção da nota do primeiro semestre da 
disciplina. 
Professor(a): Dannilo Eduardo Munhoz Ferreira 
 
SUMÁRIO 
1. OBJETIVO .............................................................................................................. 4 
2. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 4 
3. MATERIAIS E MÉTODOS ...................................................................................... 5 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 7 
5.CONCLUSÃO ........................................................................................................ 11 
 REFÊNCIA................................................................................................................12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. OBJETIVO 
 A elaboração da curva de defloculação de uma suspensão cerâmica, obtida 
através da combinação de um pó cerâmico em conjunto com solvente e dispersante 
(defloculante), para suspensão estável do material cerâmico. Podendo elas ser 
controladas pela utilização do dispersante, com quantidades ideais. 
2. INTRODUÇÃO 
Para a produção de revestimentos cerâmicos de alta qualidade é necessário 
ter o conhecimento do comportamento reológico da suspensão. A suspensão 
cerâmica é constituída por água e matérias-primas, sendo elas argilas, fritas, 
feldspatos, silício, argilominerais e outros. Estas soluções devem ser homogeneizadas 
por moinho e devem ter escoabilidade adequada, por exemplo na transferência entre 
tubulações e tanques dentro da indústria. 
Toda empresa tenta trabalhar com o mínimo de água possível nestas 
suspensões para evitar problemas físicos em suportes cerâmicos. Então são 
utilizados aditivos químicos, mais conhecido como defloculantes que ajudam a 
dispersar a suspensão. Cada aditivo possui um mecanismo de defloculação, com 
variedades nas aplicações e diversos comportamentos qualitativos. Os mecanismos 
de defloculação variam de estabilização eletrostática (troca iônica), estérica e 
eletrostática. 
Na estabilização eletrostática, o defloculante, ao adsorver nas partículas, 
aumenta sua energia de superfície causando uma repulsão entre elas. Este é um 
mecanismo de troca iônica com uma substituição de cátions fortemente ligados por 
outros com forças de ligações inferiores. Uma vez que o sistema está disperso, 
sensível à concentração de sólidos, teor de eletrólitos e pH. Os Silicatos e Fosfatos 
são exemplos que possuem esse tipo de mecanismo. 
No mecanismo de estabilização estérica, o defloculante encapsula totalmente 
as partículas aumentando o volume e impedindo a atração por impedimento estérico. 
Quando o sistema está disperso fica sensível ao transporte e cisalhamento, mas com 
baixa sensibilidade a l a concentração de sólidos, teor de eletrólitos e pH. Alguns 
exemplos desse defloculante são polímeros compostos de bloco não iônicos à base 
de óxido de etileno - Propileno com massas molares entre 1000 e 10000. 
 
Por meio da estabilização eletroestérica, o defloculante age como os 
mecanismos eletrostático e estérico simultaneamente. As partículas são envolvidas 
por longas cadeias poliméricas com cargas negativas. É o mecanismo mais eficaz já 
que necessita menores teores de defloculantes. À baixa sensibilidade a variações de 
pH, eletrólitos e concentração de sólidos. Exemplos: copolímeros acrílicos, 
poliacrilatos, e produtos de condensação do ácido naftaleno sulfônico. 
O defloculante age na desaglomerarão das partículas de argila, já que estas 
aumentam a viscosidade aparente e a tensão limite de escoamento da solução 
cerâmica. O comportamento reológico de fluídos não-newtonianos, deve ser descrito 
por uma curva de escoamento em função do gradiente de velocidade. 
A eficiência dos aditivos químicos é analisada através das curvas de 
defloculação, que procuram a menor quantidade de defloculante precisa para conduzir 
as suspensões a seus menores valores de viscosidade. Por meio de gráficos, que são 
construídos conforme aumenta gradativamente a concentração de defloculante na 
suspensão. 
3. MATERIAIS E MÉTODOS 
Para o desenvolvimento da prática, os materiais utilizados foram 360 gramas 
de material cerâmico, silicato de sódio, água, cronômetro digital, proveta, balança de 
alta precisão (Shimadzu BL3200H), agitador cowles e copo Ford. Analisado na 
fotografia 3.1. 
 Fotografia 3.1 - Agitador cowles e copo Ford 
 
Fonte: Os autores 
 
Da quantidade selecionada do material cerâmico (argila) foram separadas três 
suspensões sendo elas: 
Tabela 3.1 - Suspensão 
Suspensão Gramas de argila Gramas de água 
A 
B 
C 
80g 
120g 
160g 
160g 
120g 
80g 
Fonte: Os autores 
 
Na utilização do pó cerâmico foi preciso, anteriormente, passar por uma etapa 
de peneiramento em malha #60, obtendo-se 900g de argila peneirada. Em seguida 
foram utilizadas as proporções de acordo com o quadro 3.1 no becker através de um 
agitador mecânico com o objetivo de atingir uma suspensão homogênea. 
 
Fotografia 3.2 – suspensão cerâmica no agitador 
 
Fonte: os autores 
 
Após a mistura foi colocado no copo Ford e cronometrado o tempo de 
escoamento da suspensão sobre um outro becker (as quantidades de solução foram 
iguais de acordo com a medida do copo). Na obtenção da curva de defloculação foram 
utilizados silicato de sódio 0,1% (em massa seca) do mesmo na suspensão até atingir 
a estabilidade do material. Na estabilização foi comparada numero de gotas de 
defloculante em relação ao tempo. Sendo que nesta técnica foi medido três valores 
de tempo e utilizado a média aritmética do mesmo para construção do gráfico da curva 
 
de defloculante. A densidade de cada solução foi determinada utilizando uma proveta 
de volume igual a 25mL. Pela fórmula [1] calculamos os valores do quadro 3.1 
 
𝑑 =
𝑚
𝑣
 
 
Quadro 3.1 – valores encontrados da densidade 
 Suspensão A Suspensão B Suspensão C 
Massa 28,3g 31,22g 40,62g 
Volume 25mL 25mL 25mL 
Densidade 1,132g/cm³ 1,25g/cm³ 1,62g/cm³ 
 
 
 
Para o cálculo da viscosidade relativa foi utilizada a seguinte equação; 
𝑛
𝑛𝑜
=
𝜌. 𝑡
𝜌𝑜. 𝑡𝑜
 
Onde: 
ɳ: Viscosidade da suspensão; 
ɳ0: Viscosidade da água (1 cP); 
d: Densidade da suspensão; 
t: Tempo médio de escoamento da suspensão; 
d0: Densidade da água (0,99 g/cm³); 
t0: Tempo médio de escoamento da água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Para avaliar o comportamento da suspensão cerâmica em relação a 
quantidade de defloculante em função do tempo, segue abaixo medidas de cada 
suspensão; 
 Tabela 4.1. Tempo e viscosidade da primeira suspensão 
Fonte: Os autores 
 
 Na primeira suspensão foi medido o tempo de escoamento da água obtendo 
a média e sua viscosidade. Foi utilizado a proporção de 80g de argila para 160g de 
água, como a massa da água é superior a argila, o material cerâmico fica com uma 
forma mais viscosa, com isso não tendo necessidade do uso excessivo de 
defloculante para alcançar o equilíbrio. Assim observado no gráfico 4.1 de curva de 
defloculação 
 
Gráfico 4.1 Curva de defloculaçãosuspensão A 
Fonte: Os autores 
N° de gotas Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Media Viscosidade 
0 gotas 10,27 10,43 10,19 10,29667 1,18 
1 gotas 10,3 10,01 9,59 9,966667 1,143 
2 gotas 10,29 10,26 10,1 10,21667 1,17 
3 gotas 10,18 10,25 10,16 10,19667 1,169 
4 gotas 10,13 10,28 10,3 10,23667 1,174 
5 gotas 10,15 10,22 10,17 10,18 1,167 
6 gotas 10,39 10,14 10,09 10,20667 1,17 
7 gotas 10,22 9,93 10,07 10,07333 1,155 
8 gotas 10,27 10,09 10,26 10,20667 1,17 
1,14
1,145
1,15
1,155
1,16
1,165
1,17
1,175
1,18
1,185
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
V
is
c
o
s
id
a
d
e
 a
p
a
re
n
te
Concentração do defloculante
Curva de defloculação 
 
 Tabela 4.2. Tempo e viscosidade da segunda suspensão 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Os autores 
 
 Dando seguimento a prática, foram utilizados uma proporção igualitária para 
água e argila (120g de água e 120g de argila). Inicialmente foi calculado o tempo e a 
viscosidade sem o uso do defloculante, após o uso das primeiras gotas o tempo e a 
viscosidade não obtiveram mudanças até a quinta gota. Então a partir da sexta gota 
foi alterando a velocidade do escoamento diminuindo o seu tempo. A partir da 11° 
gota, a viscosidade e o tempo começam a oscilar alcançando seu equilíbrio. 
 
Gráfico 4.2 - Curva de defloculação suspensão B 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Os autores 
 
 
 
 
 
 N° de gotas Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Media Viscosidade 
0 gotas 18,58 18,1 19,3 18,66 2,363 
5 gotas 18,18 18,02 17,74 17,98 2,277 
7 gotas 11,62 11,5 11,71 11,61 1,47 
9 gotas 10,98 11,34 11,51 11,27667 1,428 
10 gotas 11,25 11,15 11,39 11,26333 1,426 
11 gotas 11,63 11,47 11,38 11,49333 1,455 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
V
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Concentração do defloculante
Curva de defloculação 
 
 Tabela 4.3. Tempo e viscosidade da terceira suspensão 
 
 
 
 
 
 
Fonte: Os autores 
 
Finalizando a última etapa a proporção utilizada foi de 160g de argila para 80g 
de água, onde obtivemos uma viscosidade maior que as duas ultimas citadas. O 
Processo de escoamento começou a partir da 26° gota de defloculante, com isso 
percebe-se que o tempo aumenta diretamente proporcional a viscosidade. Nota-se 
que na 32° gota apresentou a estabilidade eletroestática. Podendo ser visualizada no 
gráfico 4.3 
Gráfico 4.3 Curva de defloculação suspensão C 
 
Fontes: Os autores 
 
 
 
 
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4
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a
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Concentração do defloculante
Curva de defloculação 
N° de gotas Tempo 1 Tempo 2 Tempo 3 Media Viscosidade 
26 gotas 45,45 46,25 46,92 46,20667 8,317 
28 gotas 35,96 36,68 37,05 36,56333 5,837 
30 gotas 34,98 35,32 35,73 35,34333 5,801 
31 gotas 36 38,05 37,47 37,17333 6,101 
32 gotas 37,79 37,2 37,27 37,42 6,141 
 
5.CONCLUSÃO 
 Na produção de massas cerâmicas, existem dois tipos sendo elas a via úmida 
e a via seca, conhecida também como massa vermelha e massa branca. No processo 
de via seca normalmente é utilizado apenas um tipo de argila (argila vermelha) e sua 
moagem é feita sem adição de água, por isso conhecida como via seca. Já na via 
úmida é utilizada água na sua moagem, sua massa é composta por uma argila moída 
fazendo com que tenha uma melhor homogeneização. Para facilitar a moagem é 
preciso adicionar defloculante, quem reduzem os tamanhos das partículas. 
De acordo com a reologia da massa cerâmica, a viscosidade e a densidade 
são analisadas de maneira mais precisa. Na indústria cerâmica os aditivos químicos 
mais utilizados são aqueles que possuem mecanismo de defloculação na 
estabilização eletroestática, com trocas iônicas. Como o silicato e o fosfato. 
Podemos dizer que a defloculação acontece por conta das repulsões 
presentes e também por causa das cargas se tornarem negativas através da adição 
do sódio. Normalmente o defloculante é a base de sódio (mais comum para a 
utilização), e quando adicionado na superfície isso afeta na troca de cargas dos 
cátions bivalentes, assim anulando-se as cargas. 
Tendo em vista os aspectos observados, a adição de um defloculante no 
material cerâmico misturado com água nos leva a obter um menor valor de 
viscosidade, característica desejada na indústria para compostos que necessitam de 
uma boa fluidez. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIA 
[1] MODESTO, C. Material Cerâmico. Cocal do Sul: IMG, 2005. 225 p 
[2] SÁNCHES, E. Matérias-Primas para a Fabricação de Fritas e Esmaltes 
Cerâmicos. Cerâmica Industrial, Castellón, v. 3, n. 2, p.1-5, maio 1997. Disponível 
em: http://www./%0Aceramicaindustrial.org.br/pdf/v02n34/v2n34_5.pdf. Acesso em: 
13 jun. 2022. 
[3] NANDI, V. S.; MONTEDO, O. R. K. Otimização do Processo de Moagem 
de Engobes Cerâmicos para Produção de Revestimento. Cerâmica Industrial, 
Criciúma, v. 4, n. 14, p.1-5, jul. 2009. Disponível 
em:http://www./%0Aceramicaindustrial.org.br/pdf/v14n4/v14n4a04.pdf. Acesso em: 
13 jun. 2022. 
[4] SETOR1. Esquema de classificação dos fluidos segundo comportamento 
reológico. 2015. Disponível 
em:http://www.setor1.com.br/analises/reologia/cla_ssi.htm. Acesso em: 13 jun. 2022 
[5] OLIVEIRA, Antônio Pedro Novaes de; HOTZA, Dachamir. Tecnologia de 
Fabricação de Revestimentos Cerâmicos. Florianópolis: Ed. Da UFSC, 2011. 
[6] GOMES, C. M.; REIS, J. P. dos; LUIZ, J. F. Luiz; OLIVEIRA, A. P. N. de; 
HOTZA, D. Defloculação de massas cerâmicas triaxiais obtidas a partir do 
delineamento de misturas. Revista Cerâmica, São Paulo, v.51, n.320, p. 336-342, 
out./dez. 2005. 
[7] PANDOLFELLI, V. C.; OLIVEIRA, I. R. de; STUDART, A. R.; PILEGGI, R. 
G. Dispersão e Empacotamento de Partículas: Princípios e Aplicações em 
Processamento Cerâmico. São Paulo: Fazendo Arte, 2000. 
[8] MORELLI, Arnaldo Carlos; BALDO, João Baptista. Um Novo 
Defloculação para Barbotinas do Triaxial Cerâmico. Revista Cerâmica Industrial, São 
Paulo, v.9, n.3, p. 30-34, maio/jun. 2004. 
[9] ASOCIACION DE INVESTIGACION DE LAS INDUSTRIA CERÁMICAS 
(AICE) E INSTITUTO DE TECNOLOGIA CERÁMICA (ITC). Manual para el Control 
de la Calidad de Materias primas Arcillosas. Valência. Espanha, 1992. 
[10] PEREZ, Francisco. Inovações em Produtos Defloculantes para 
Barbotinas Cerâmicas de Via Úmida. Revista Cerâmica Industrial, São Paulo, v.12, 
n.4, p. 31-33, jul./ago. 2007