Dispositivo para Vazamento de Alumínio

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CENTRO PAULA SOUZA
ETEC JOÃO GOMES DE ARAÚJO
Técnico em Mecânica
Leonardo Vicente Silva
Pedro Guilherme Matos de Miranda
Ramon Berthoud
Thaila Correia
Thiago Duarte
Dispositivo para vazamento acidental de alumínio
Pindamonhangaba
2023
Dispositivo para vazamento acidental de alumínio
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Técnico em Mecânica da ETEC João Gomes de Araújo, orientado pelo Prof. Esp. Rodrigo Ramos de Oliveira, como requisito parcial para obtenção do título de técnico em Mecânica.
Pindamonhangaba
2023
RESUMO
O trabalho tem como proposta desenvolver um dispositivo móvel no qual sua principal função é ser um recipiente para armazenar os fluidos de alumínio em uma possível queda de energia inesperada ou desarme da roda de moldagem, em um determinado tempo ele ainda continuará vazando o material, o dispositivo irá auxiliar pois com ele o fluido que ainda falta vazar irá cair e solidificar no carrinho, voltando ao forno para iniciar novamente a fundição e iniciar a produção. Este mecanismo além de ressaltar a produtividade, segurança e diminuir os gastos, é de fácil transporte, não gerando danos ergonômicos aos colaboradores participantes do processo, sua empunhadura e rodinhas irá facilitar no processo.
Palavras Chave: Segurança, ergonomia e diminuir gastos.
ABSTRACT
The work proposes to develop a mobile device in which its main function is to be a container to store aluminum fluids in a possible unexpected power outage, paralyzing the melting and waiting furnaces, at a certain time it will still continue to leak the material, the device will help because with it the fluid that still needs to leak will fall and solidify in the cart, returning to the furnace to start the casting again and start production.
 This mechanism, in addition to highlighting productivity, safety and reducing costs, is easy to transport, not causing ergonomic damage to employees participating in the process, its grip and wheels will facilitate the process.
Keywords: Safety, ergonomics and decrease expenses.
Sumário
RESUMO	4
ABSTRACT	5
1 INTRODUÇÃO	7
2 DESENVOLVIMENTO	9
2.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	9
2.1.1 FABRICAÇÃO DO DISPOSITIVO	9
2.1.2 UTILIZAÇÃO DO DISPOSITIVO NO AMBIENTE DE LAMINAÇÃO	11
2.2 METODOLOGIA	13
2.2.1 DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA DE PESQUISA	13
2.2.1.1 INTRODUÇÃO	13
2.2.1.2 ESTUDO DE CASO	13
2.2.1.3 PESQUISA EXPERIMENTAL	13
2.2.1.4 CONSIDERAÇÕES FINAIS	13
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS	14
REFERÊNCIAS	16
1 INTRODUÇÃO
Com a demora que ocorre no processo de retirada do alumínio das calhas e do cadinho após a vazão do alumínio do forno de espera, acompanhada de riscos a ergonomia e saúde dos colaboradores envolvidos na realização do procedimento por conta dos métodos limitados.
Segundo Kaleski, Renato (2017) a ergonomia se mostra muito importante na busca por um ambiente de trabalho que promova o conforto com isso, o dispositivo visa abordar esse problema por meio do desenvolvimento de um recipiente móvel projetado para facilitar o manuseio seguro e ergonômico, dos resíduos de alumínio, mitigando os riscos associados e diminuindo consideravelmente o tempo para realizar tal feito
A implementação do carrinho resultará em uma série de benefícios para os funcionários e a organização. Além disso, a redução de derramamentos resultará em menos interrupções na produção e diminuição dos custos associados à limpeza e reparos, enaltecendo a cultura japonesa do 5’s. Segundo Barbara Rambo (2017) é de suma importância a implementação desse conceito no ambiente fabril para agregar na segurança e produção.
O carrinho projetado integra características ergonômicas que promovem a postura adequada dos operadores durante o transporte dos resíduos de alumínio. O uso de materiais de alta resistência térmica e mecânica garante a durabilidade do carrinho em ambientes industriais adversos.
A pesquisa justifica-se pela necessidade de demonstrar com base nos conhecimentos técnicos de mecânica adquiridos em sala de aula o processo de proposta de melhoria no processo de laminação dos vergalhões de alumínio, com a necessidade de um dispositivo que consiga armazenar os fluidos quando haver uma anomalia no forno, não conseguindo fechar o mesmo para que não aja perca dos insumos.
O trabalho tem como objetivo fazer que nas paradas inesperadas do forno, não aja uma grande perca e nem contaminação do material, de forma ecológica e segura, com este dispositivo os restos de alumínios não serão descartados e irão voltar para os fornos para fazer o processo de fusão. 
Fusão dos Lingotes.
Lingotes puros são inseridos no forno de fusão, onde são submetidos a temperaturas controladas até atingirem o estado líquido.
Vazamento e Tratamento.
Após a fusão, os lingotes líquidos são cuidadosamente vazados por calhas para o forno de espera. Nesse estágio, eles passam por um tratamento com boro para aprimorar suas propriedades. O efeito de tratamento térmico intercrítica sobre as transformações de fase, evolução microestrutural, resistência mecânica e desempenho em corrosão segundo Silva Lima, 2022.
Tratamento Adicional no Forno de Espera.
No forno de espera, os lingotes tratados com boro são submetidos a um processo de tratamento com um gás específico, visando a melhoria de suas características.
Tratamento e Mistura no Cadinho.
Os lingotes, após o tratamento com gás, são vazados por calhas para um cadinho. Nessa etapa, eles são novamente tratados e misturados, agregando-se componentes como titânio para ajuste das propriedades.
Filtragem e Preparação para Conformação.
No cadinho, a mistura é submetida a um processo de filtragem para garantir a remoção de impurezas. Uma vez purificada, a mistura é preparada para a próxima etapa.
Conformação de Tarugo para Laminação.
A mistura purificada é direcionada para a roda de conformação de tarugo. Nesse processo, a mistura é moldada em tarugos que serão posteriormente utilizados na laminação.
 2 DESENVOLVIMENTO
2.1 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1.1 Fabricação do dispositivo 
A indústria de transformação de alumínio vem se destacando ao longo dos anos, com sua alta produção e grande demanda, um dos fatores primordiais torne-se a qualidade e agilidade no processo. De uma maneira geral para se tornar competitivo no mercado tende-se a facilitar o processo de fusão do material e reutilizar de forma ecologicamente correta. Segundo Lourenço Xavier, 2012, o alumínio em forma de mineral é um dos metais em maior disponibilidade no mundo. As reservas mundiais de bauxita totalizavam 27,4 bilhões de toneladas em 2010.
Com necessidade de um material que consiga resistir a alta temperatura do alumínio, foi utilizado o aço carbono por conta de seu custo benefício, junto a suas propriedades que são mais resistentes ao alumínio. 
O aço carbono é um produto que se destaca no cotidiano da sociedade. É obtido pelo processo siderúrgico por vias líquidas através da fusão do ferro e acrescentado carbono com um teor de até 2% isso irá produzir o Ferro-Carbono. Desde o período neolítico, quando nossos antepassados começaram a se organizar em sociedade, o homem logo aprendeu a obter o ferro (Fe), um material duro e resistente que podia se tornar cortante. Conhecido como “cobre negro do céu”, segundo Guimalhaes Oliveira, 2009.
Ramon Berthoud (2023) delimita que, de forma adequada, um dispositivo móvel irá facilitar no processo de esgotamento das calhas e cadinhos, que são utilizados ao decorrer da produção. Caso aja uma queda de energia inesperada ou desarme da roda de moldagem (laminação) o dispositivo atura de forma eficaz para retirada do material que ainda continuará vazando.
Figura 1 – Demonstração do dispositivo
1.Chapas de aço carbono: Uma chapa de aço carbono é uma folha plana de metal constituída principalmente de ferro e carbono, com teor de carbono geralmente abaixo de 2,1%. Essas chapas passam por processos de laminação a quente ou a frio para adquirir a espessura desejada. O aço carbono é versátil e amplamenteutilizado na fabricação de estruturas, recipientes, componentes automotivos e uma variedade de produtos industriais devido à sua resistência e maleabilidade. O teor de carbono influi nas propriedades mecânicas do aço, afetando sua dureza e capacidade de conformação. Materiais soldados cuja a combinação de dois elementos químicos, sendo ferro (FE) e carbono (C). Em formato de bandeira para receber o alumínio liquido. Segundo Alberto Walendowsky e Wanka Imianowsky o aço é o produto siderúrgico obtido por via líquida através da fusão do ferro como componente básico e acrescentado o carbono com um teor em até 2 % resultando em uma liga Ferro-Carbono. São encontrados também nesse conjunto ligas de níquel, volfrâmio, manganês, cromo, fósforo, enxofre entre outros elementos e resíduos resultantes do processo de fabricação desse material.
2.Roda: Uma roda de aço é um componente circular feito principalmente de aço, projetado para ser montado em veículos como carros, caminhões ou outros meios de transporte. Ela é parte integrante do sistema de roda e pneu, proporcionando suporte e permitindo a movimentação do veículo. Rodas de aço são conhecidas por sua durabilidade e resistência, sendo uma opção robusta e econômica em comparação com rodas de materiais mais leves, como ligas de alumínio.
3.Processo de soldagem (eletrodo): Processo feito por um eletrodo revestido, unindo 2 ou mais peças através do calor e eletricidade. Na solda um material de preenchimento é utilizado para formar uma gota de metal fundido, esta gota gera uma forte união entre as peças.
4.Caulim: Conhecido também como argila de caulino ou caolim, é um mineral argiloso composto principalmente de caulinita, mineral de argila hidratado de alumínio silicato. Sua composição química inclui óxido de silício, óxido de alumínio e água. É um dos minerais mais comuns e amplamente utilizados na indústria, especialmente nas áreas de cerâmica, papel, tintas, plásticos, cosméticos, produtos farmacêuticos, materiais de construção e alumínio. A exploração e produção de caulim ocorrem em diversos países, sendo os principais depósitos encontrados no Brasil, Estados Unidos, Reino Unido, China, Rússia e Alemanha. Segundo Crisoulo, Paulo (2008) os principais benefícios do caulim são o custo benefício.
O caulim é caracterizado por sua cor branca ou quase branca, textura suave e sedosa, e é atóxico. Sua composição química é dominada pela caulinita, podendo também conter outros minerais, como halloysita, ilite e dickita.
5.Empunhadura de aço: A empunhadura de aço é uma porção da estrutura de uma ferramenta, arma ou dispositivo, projetada para ser segurada manualmente. Geralmente feita de aço, essa empunhadura oferece uma superfície firme e resistente para que o usuário possa segurar, manipular e controlar eficientemente o objeto ao qual está conectada. A escolha do aço como material proporciona durabilidade, resistência à corrosão e, muitas vezes, uma sensação sólida e segura durante o uso. A empunhadura desempenha um papel crucial na ergonomia e na facilidade de operação do instrumento em questão.
O dispositivo móvel também eliminará a perca do insumo, além de minimizar risco ergonômicos aos colaboradores. Facilitando o processo e minimizando as percas em caso de uma queda de energia inesperada.
6.Calculo:
Para calcular a área de um trapézio retangular, utilizamos a fórmula:
Área = (base maior + base menor) * altura / 2
Dado que as medidas são: 
Base maior = 700 mm
Base menor = 400 mm
Altura = 250 mm
Substituindo esses valores na fórmula, temos:
Área = (700 + 400) * 250 / 2
Área = 1100 * 250 / 2
Área = 275000 / 2
Área = 137500 mm²
Portanto, a área é de 137500 mm²
Para calcular o volume de um Prisma cuja forma de um Trapézio isósceles, utilizamos a fórmula:
Volume = Área da base * altura
Volume = 137500 mm² * 250 mm²
Volume = 34375 mm³ / 1000
Volume = 34,375 cm³
Portanto, o volume é de 34,375 cm³
Para calcular a massa total de capacidade máxima do dispositivo: 
Massa = Volume * Densidade (Alumínio)
Massa = 34,375 cm³ * 2,7 g/cm³
Massa = 928,120gr
Massa = 92,812kg
Portanto, a massa total é de 92,812kg
Coeficiente de segurança:
Foi informado pela engenharia da empresa a utilização de até 90% da capacidade máxima do dispositivo, sendo até 83,530kg a sua capacidade máxima segura. 
Tendo em vista a média de utilização do dispositivo, dificilmente irá chegar a capacidade máxima segura (83,530kg).
Desenho Técnico mecânico
Figura 2 – Dimensões do dispositivo
Figura 3 – Vistas do dispositivo
2.1.2 Utilização do dispositivo no ambiente de laminação
Figura 2 – Demonstração do dispositivo em uso
Nas paradas dos fornos, seja programada ou não, destaca-se a importância da utilização de um dispositivo especialmente projetado para o esgotamento do alumínio líquido. Esse dispositivo é posicionado em proximidade às panelas e cadinhos, viabilizando a remoção manual do alumínio,
O colaborador responsável pela operação transfere o material das panelas para o dispositivo, que já se encontra previamente preparado com caulim, um material refratário. O caulim é aplicado para evitar a aderência do alumínio à superfície do dispositivo.
Após a completa retirada do alumínio líquido das panelas e sua transferência para o dispositivo, são inseridos dois vergalhões em uma configuração de gancho. Isso permite que o alumínio solidifique junto com os vergalhões. Posteriormente, após o resfriamento adequado, o conjunto pode ser removido com segurança, contando com o auxílio de uma empilhadeira.
A utilização desse dispositivo se revela fundamental nas operações de parada dos fornos, contribuindo para a eficiência e segurança do processo. O preparo do dispositivo com caulim evita a aderência do alumínio, enquanto a solidificação conjunta com vergalhões facilita a posterior remoção do material.
2.2 METODOLOGIA
2.2.1 DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA DE PESQUISA
2.2.1.1 Introdução
A pesquisa em questão teve como objetivo a abordagem de um problema real em um contexto industrial. Para atingir esse objetivo, a metodologia de pesquisa foi dividida em duas etapas distintas, cada uma com seu próprio propósito e enfoque.
2.2.1.2 Estudo de Caso
A primeira etapa da metodologia envolveu a realização de um estudo de caso. Neste contexto, foram analisadas variáveis e situações relacionadas ao fenômeno que ocorria na indústria em estudo. A equipe de pesquisa buscou entender a natureza do problema, suas causas subjacentes e seu impacto na organização. Além disso, foram identificadas possíveis soluções para o problema e discutidas de maneira aprofundada.
2.2.1.3 Pesquisa Experimental
A segunda etapa da metodologia consistiu em uma pesquisa experimental. Nessa fase, as soluções identificadas na etapa anterior foram implementadas e testadas no ambiente industrial real. Foram coletados dados e informações relevantes durante a execução dessas soluções, a fim de avaliar sua eficácia e eficiência. Além disso, foram analisados os resultados obtidos em relação aos objetivos estabelecidos.
2.2.1.4 Considerações Finais
A metodologia de pesquisa adotada neste trabalho permitiu uma abordagem abrangente e sistemática para a solução de um problema industrial real. A combinação de estudo de caso e pesquisa experimental possibilitou uma análise aprofundada do problema e a avaliação prática das soluções propostas. A pesquisa contribuiu para o entendimento do problema, sua resolução eficaz e o aprendizado de valiosas lições para a indústria em questão.
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
O processo de fusão de alumínio é uma atividade de alta importância na indústria, devido à sua alta produção e demanda constante. No entanto, situações inesperadas, como quedas de energia, podem interromper esse processo e gerar desafios significativos. Neste contexto, o dispositivo móvel assume uma relevância notável.
Um dos principais méritos deste projeto reside em sua capacidade de preservar o alumínio líquido restante em caso de interrupção do processo. Isso significa que, mesmo em situaçõesadversas, o material não é perdido, garantindo um uso eficiente de um recurso tão valioso.
A segurança dos colaboradores é uma prioridade indiscutível. O uso do dispositivo móvel minimiza os riscos associados à manipulação do alumínio líquido, tornando o processo mais seguro para todos os envolvidos. Isso é especialmente relevante em situações de parada inesperada, quando as medidas de segurança convencionais podem não ser suficientes.
Este projeto reflete um compromisso genuíno com a produtividade e eficiência da produção. Além disso, destaca a importância da ergonomia e do bem-estar dos colaboradores envolvidos. A portabilidade e facilidade de uso do dispositivo o tornam uma solução prática e acessível para enfrentar desafios imprevistos, ao mesmo tempo em que mantém um ambiente de trabalho ergonomicamente favorável.
A implementação bem-sucedida deste dispositivo móvel tem o potencial de gerar benefícios significativos para o processo de fusão de alumínio. Isso inclui melhorias na gestão de recursos, fortalecimento da segurança no local de trabalho e agilização da retirada do material vazado/solidificado. Esta inovação representa um avanço importante em direção a um ambiente de trabalho mais eficiente e seguro, e seu impacto positivo deve ser reconhecido como um progresso valioso na indústria de fusão de alumínio.
Em resumo, o dispositivo móvel proposto é uma solução multifacetada que não apenas otimiza o processo de fusão de alumínio, mas também contribui para a preservação de recursos, segurança dos trabalhadores e eficiência geral. Seu potencial impacto positivo na indústria de fusão de alumínio destaca a importância da inovação e do compromisso com práticas mais seguras e eficazes.
REFERÊNCIAS
	Guimarães Oliveira, 2009, PRODUÇÃO E RECICLAGEM DE AÇOS INOXIDÁVEIS - (DEMM – POLI / UFRJ). 
	Silva Lima, 2022, EFEITO DE TRATAMENTO TÉRMICO - (UFOP – UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO).
 Lourenço Xavier, 2012, ALUMÍNIO – (EBC – NÚCLEO DE ESTUDOS DE ECONIMIAS DE BAIXO CARBONO).
	Kaleski, Renato da Silva. "Análise Ergonômica do Trabalho: revisão integrativa de ferramentas ou métodos ergonômicos." (2017). 
RAMBO, Barbara Dambroz. Estudo sobre a aplicação da ferramenta 5s em uma instituição financeira cooperativa. 36 p. 2017. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Produção) – Universidade Federal do Pampa, Campus Bagé, Bagé, 2017.
Paulo, Criscuolo. "Beneficiamento do caulim” (2008).
 Wanka Imianowsky, Alberto Walendowsky, 2007, THE MAIN CARBON STEELS USED IN CIVIL CONSTRUCTION – (Centro Universitário de Brusque – UNIFEBE).
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