Produção de Cerâmica Vermelha

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU – FURB
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA 
Bruna Luíza Cúnico, Lucas Conrado Will, Nathália Meyer Manske
Indústria de Cerâmicas e Vidros
Produção de Cerâmica Vermelha
Blumenau
2017
Bruna Luíza Cúnico, Lucas Conrado Will, Nathália Meyer Manske
Indústria de Cerâmicas e Vidros
Produção de Cerâmica Vermelha
Trabalho apresentado à disciplina de
Atividades Integralizadoras II na Engenharia Química na Universidade 
Regional de Blumenau.
Blumenau
2017
SUMÁRIO
	
1 INTRODUÇÃO…………………………………….....................................
2 DESCRIÇÃO DO PROCESSO.………………….....................................
2.1. FLUXOGRAMA DO PROCESSO........................................................
2.2. FENÔMENOS REGENTES……………..….…………………………….
2.3. FERRAMENTAS……………….............................................................
2.4. PROPRIEDADES QUÍMICAS..............................................................
3 CONCLUSÃO………………………………………………………………….
REFERÊNCIAS...........................................................................................
1 INTRODUÇÃO
A cerâmica vermelha engloba os mais tradicionais materiais utilizados na construção civil e também em itens de uso doméstico, como telhas, tijolos maciços e panelas de barro. Entre as propriedades cerâmicas destacam-se: alta capacidade calorífica, baixo coeficiente de expansão térmica, alta dureza e resistência ao desgaste e corrosão. Sua coloração avermelhada se dá devido à presença de compostos ferrosos.
Estudiosos confirmam que a cerâmica é a mais antiga das indústrias, nasceu no momento em que o homem começou a utilizar-se do barro endurecido pelo fogo. Desse processo de endurecimento, obtido casualmente, multiplicou-se e evoluiu até os dias de hoje. As primeiras cerâmicas que se tem notícia são da Pré-História: vasos de barro, sem asa, que tinham cor de argila natural ou eram escurecidas por óxidos de ferro. (HISTÓRIA... 2017)
Atualmente, empresas de pequeno e médio porte são as responsáveis pela maior parte da produção e estão localizadas em regiões de maior disponibilidade de argila, principal matéria prima do processo.
Apesar da alta demanda, a fabricação possui baixo valor agregado e custos energéticos e ambientais elevados, visto que a extração da argila compromete a qualidade do solo e contribui para o assoreamento dos rios, além de estar diretamente ligada à poluição atmosférica já que há necessidade da queima de madeira para a etapa de secagem.
2 DESCRIÇÃO DO PROCESSO
Entende-se por cerâmica vermelha todos os materiais, que possuem a argila como matéria-prima, com coloração avermelhada utilizados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas). O tipo de produto obtido dependerá de pequenos detalhes que se diferem no processo (Morais e Sposto, 2006).
A argila se constitui na principal matéria-prima utilizada na indústria de cerâmica vermelha. Suas propriedades tecnológicas como granulometria, plasticidade e composição mineralógica, dentre outros fatores, determinam a qualidade das peças a serem fabricadas (Morais e Sposto, 2006).
Na natureza, as argilas empregadas em cerâmica vermelha são pretas, vermelhas, marrons e amarelas. Essas argilas apresentam cor vermelha a 950°C e marrom ou preta a 1.250°C (super queima). Quando ricas em fundentes (principalmente Fe, K, Na e Ca) podem apresentar fusão parcial (arredondamento das arestas) ou total (Motta et al, 2001). 
As propriedades finais do processo cerâmico são adquiridas na etapa de queima. Esta etapa é a mais importante para a fabricação, cujo objetivo é a ocorrência das reações e as transformações químicas e físicas dos componentes da massa, de maneira a conferir ao corpo cerâmico as propriedades necessárias a sua utilização (Pinheiro, 2009).
Um exemplo de cerâmica vermelha é o tijolo, que possui: resistência à compressão entre 1,5 MPa e 20 MPa; possuem elevada absorção de água (15% e 25%), e; facilidade de corte (MPBCASTRO, 2017).
2.1. FLUXOGRAMA DO PROCESSO
2.2. FENÔMENOS REGENTES 
Na primeira etapa ocorre a obtenção, preparação e recebimento da matéria-prima, onde verifica-se a extração da mesma, ocorrendo portanto, uma transferência de massa. No recebimento, o responsável deve coletar uma pequena amostra para ensaio de resíduo, sendo recomendada esta operação na primeira e na última carga, para verificar se houve alguma mudança significativa na extração. A argila deve ser armazenada em pequenos lotes cobertos com uma lona plástica para acelerar o processo de decomposição da matéria orgânica e sais solúveis. Deve também ser armazenada em camadas para facilitar a mistura no momento de sua retirada das pilhas de estocagem. É importante que a argila passe por um período de descanso para melhorar os resultados na conformação do produto acabado (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013).
	Na segunda etapa, a massa é preparada e ocorre a mistura dos diversos tipos de argila, água e resíduos, quando aplicáveis. Para isso recomenda-se que a argila sofra uma boa homogeneização, a redução dos grãos e o descanso da massa por um período de 24 a 48 horas (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Nenhum fenômeno regente é verificado. 
A terceira etapa é a de Laminação, dividida em duas partes, onde a argila passa por um cilindro mecânico e é laminada em 3mm, depois passa pelo segundo cilindro onde é laminada em 1,5mm. Este processo é importante pois quebra os grãos da argila dando a ela mais forma plástica e diminuindo a granulometria melhorando o acabamento final do produto (PROCESSO... 2017). Verifica-se o fenômeno de transferência de massa, a lixiviação, uma vez que os grãos são diminuídos.
 
Na quarta etapa, a Extrusão, a massa é forçada, por pressão, a passar através de um bocal apropriado ao tipo de peça a ser produzida. A extrusora, recebe a massa preparada para ser compactada e forçada por meio de um pistão ou eixo helicoidal através de bocal. Como resultado obtém-se uma coluna extrusada para confecção de blocos ou em tarugos para fabricação de telhas (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Nenhum fenômeno regente é verificado. 
Na etapa de corte, quinta etapa, ocorre o corte com precisão do produto semi-acabado a fim de fornecer a dimensão desejada ao produto. As peças cortadas podem ser retiradas manualmente ou automaticamente. Após o corte, por inspeção visual, as peças são selecionadas e encaminhadas para o setor de secagem. Já as peças defeituosas são reintroduzidas na etapa de preparação de massa (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Nenhum fenômeno regente é verificado. 
A sexta etapa, Secagem, pode acontecer de forma natural ou artificial. Na secagem natural, o fenômeno demora mais para acontecer, mas possui um menor custo. Já na secagem artificial, apesar do custo ser mais elevado, ganha-se com o tempo e qualidade das peças. O material após a secagem fica sensível a choques, portanto deve-se evitar os solavancos e trepidações, principalmente no transporte manual, e o excesso de carga nos veículos. É também recomendável que o material seja encaminhado o mais rápido possível para o forno, pois a argila tem o poder de reabsorver a umidade contida no ar, deixando o material fraco (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Como a secagem é um fenômeno híbrido, verifica-se a transferência de massa e de calor. 	
Na Queima, sétima etapa, as peças adquirem as suas propriedades finais. Esse tratamento térmico é responsável por uma série de transformações físico-químicas das peças como: perda de massa, desenvolvimento de novas fases cristalinas, formação de fase vítrea e a soldagem (sinterização) dos grãos. Os produtos são submetidos a temperaturas elevadas, que para a maioria dos produtos situa-seentre 800ºC a 1.000ºC, em fornos contínuos ou intermitentes que operam em três fases: aquecimento da temperatura ambiente até a temperatura desejada; patamar durante certo tempo na máxima temperatura da curva de queima; resfriamento até temperaturas inferiores a 200º C. O ciclo de queima compreendendo as três fases, dependendo do tipo de produto e da tecnologia empregada, pode variar de algumas horas até vários dias (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Nesta etapa verificamos a transferência de calor, uma vez que ocorre um aquecimento.
	
Na última etapa, ocorre a inspeção do produto final, e caso ele esteja dentro da especificação, ele é levado para a estocagem e para a expedição, caso contrário, eles são descartados. Para saber se o produto está dentro da especificação, são realizados alguns testes: absorção de água, torção, desvio padrão em relação ao esquadro, bitolas (dimensões), permeabilidade (telhas), sonoridade (blocos e telhas) e empenamento (telhas) (MACHADO JUNIOR; TORQUETTI, 2013). Nenhum fenômeno regente é verificado. 
2.3. FERRAMENTAS
Algumas ferramentas da engenharia química são essenciais para a análise das operações unitárias. Entre elas está o balanço de força, presente logo no início do processo de produção da cerâmica nas etapas de extração da argila, tratamento da matéria-prima (britagem e moagem) e extrusão.
O balanço material, baseado no princípio da conservação da massa, é a contabilidade do material entrando e deixando um sistema e pode ser identificado principalmente nas etapas de extrusão, secagem e queima das peças.
Por fim, há também a necessidade do balanço de energia, fundamentado na primeira lei termodinâmica, segundo a qual a energia não pode ser criada ou destruída, apenas modificada em forma. As energias utilizadas nesse processo são a energia elétrica, principalmente para moagem, movimentação e queima, e energia térmica, para preparação de matérias-primas, secagem e queima das peças. A queima é a principal consumidora de energia térmica, com aproximadamente 50% do total.
2.4. PROPRIEDADES QUÍMICAS
	Na primeira etapa do processo tem-se a obtenção, preparação e recebimento da matéria-prima, a argila, onde ela será analisada quanto às suas propriedades químicas para garantir a qualidade do produto.
Nas etapas subsequentes, a argila não sofre nenhuma alteração de propriedade química, pois ela passa por processos de laminação, ocorrendo a quebra de seus grãos; extrusão, onde a massa da argila é moldada em blocos para futura confecção; corte, onde ela é dimensionada para seguir até a secagem. Posteriormente é submetida a altas temperaturas entre 800ºC e 1000ºC, sendo essa a etapa de ocorrência das transformações químicas, tais como mudança da atomicidade, conectividade e estereoquímica, dependendo do produto final desejado; Por fim é necessária a inspeção do produto, para saber se foi corretamente produzido dentre as especificações iniciais.
3 CONCLUSÃO
	De modo geral, o processo de produção da cerâmica atualmente é altamente mecanizado, não sendo necessária muita mão-de-obra. A importância da presença do engenheiro químico no processo está no conhecimento das propriedades físico-químicas da matéria-prima, pois, durante a produção, pequenas mudanças no processo, como a alteração da temperatura do queimador industrial, acabam diferenciando o tipo do produto final desejado pelo consumidor. A parte de secagem até hoje pode ser realizada de maneira natural, demorando mais para acontecer, porém diminuindo os custos do processo. Por outro lado, a secagem artificial, apesar do custo mais elevado, recompensa o produtor com um menor tempo, e o consumidor com uma melhor qualidade do produto.
	
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CERÂMICA Vermelha. Disponível em: <http://portalvirtuhab.paginas.ufsc.br/ceramica-vermelha/>. Acesso em: 23 jul. 2017.
HISTÓRIA da Cerâmica. Disponível em: <http://www.sindicermf.com.br/historia-da-ceramica.html>. Acesso em: 27 jul. 2017.
MACHADO JUNIOR, Olavo; TORQUETTI, Zuleika Stela Chiacchio. GUIA TÉCNICO AMBIENTAL DA INDÚSTRIA DE CERÂMICA VERMELHA. 2013. Disponível em: <http://www.feam.br/images/stories/producao_sustentavel/GUIAS_TECNICOS_AMBIENTAIS/guia_ceramica.pdf>. Acesso em: 17 jul. 2017.
Motta, J.F.M.; Zanardo, A., Cabral Junior, M.M. (2001) As matérias-primas cerâmicas - Parte I: O perfil das principais indústrias cerâmicas e seus produtos. Cerâmica industrial. 6 (2): 28-39. 
MPBCASTRO. Materiais Cerâmicos. Disponível em: <http://moemacastro.weebly.com/uploads/5/7/9/8/57985191/cap_6_materiais_ceramicos_r02.pdf>. Acesso em: 22 jul. 2017.
Sposto, R.M., Morais, D.M., Pereira, C.H.A.F. (2006) Melhoria da qualidade de blocos cerâmicos e implantação de sistemas de gestão da qualidade em empresas que abastecem o mercado de Brasília. Universidade de Brasília, Brasília, FUB/CDT, SINDUSCON-DF. 
Pinheiro, R.M. (2009) Desenvolvimento de pavimentos argilosos extrudado: Adoquim Cerâmico. Projeto de tese (Doutorado em Engenharia e Ciência dos Materiais) – Campos dos Goytacazes, Universidade Estadual do Norte Fluminense- UENF. 
PROCESSO de Fabricação. Disponível em: <http://www.irmaosalmeida.com.br/fabricacao.php>. Acesso em: 21 jul. 2017.