Granulometria por peneiramento relatorio

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA
CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
 
 
 
ALEX WILLIAM SPRADA
BARBARA MARTINS PEREIRA
LEONARDO MALAQUIAS 
VITOR HUGO BACH PEREIRA
 
 
 
 
 
GRANULOMETRIA POR PENEIRAMENTO
 
 
 
 
 
 
 
PONTA GROSSA
2019
ALEX WILLIAM SPRADA
BARBARA MARTINS PEREIRA
LEONARDO MALAQUIAS 
VITOR HUGO BACH PEREIRA
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GRANULOMETRIA POR PENEIRAMENTO
Relatório apresentado à disciplina de Ensaios e Caracterização de Materiais do curso de Engenharia de Materiais, 3º ano, da Universidade Estadual de Ponta Grossa – UEPG.
Orientador: Prof. Dr. Leonardo P. W.
 
 
 
 
PONTA GROSSA
2019
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1: Distribuições e arranjos monomodal e polimodal	5
Figura 2: Tabela de retenção de feldspatos no peneiramento	8
Figura 3: Histograma do feldspato n°1	9
Figura 4: Histograma do feldspato n°2	9
Figura 5: Histograma do feldspato n°3	10
Figura 6: Gráfico granulométrico dos feldspatos 1, 2 e 3	11
1	INTRODUÇÃO
Os materiais cerâmicos, formados por ligações iônicas principalmente, são constituídos por metais e compostos inorgânicos como óxidos e carbonetos, por exemplo. Devido ao seu tipo de ligação, apresentam pouco escorregamento de discordâncias, logo, sua deformação ocorre somente plasticamente antes da ruptura. Podem ser classificadas em três grupos gerais com: cerâmicas cristalinas, amorfas e vitro cerâmicas. (1)
Rochas e argilominerais são algumas das matérias primas utilizadas na indústria cerâmica, e são classificadas de acordo com o tamanho de grão que apresentam. O tamanho dos grãos, também chamados de partículas, e a forma como estão aglomerados são fatores que influenciam nas propriedades finais da cerâmica fabricada. (1)
A distribuição dos grãos em uma amostra é encontrada por meio da granulometria, a qual é um processo utilizado para determinar os tamanhos dos grãos presentes e o percentual em peso de cada tamanho no todo da amostra. A distribuição granulométrica pode ser visualizada com mais clareza através de um histograma, cujo qual apresenta a porcentagem de grãos pelo tamanho de partícula. (2,3)
O ensaio de granulometria, normalizado pela ABNT/NBR/7181, pode ser realizado por peneiramento, ou por sedimentação. A análise feita por peneiramento é usada para partículas de dimensão de 0,074 mm ou maiores. Nesse ensaio, são usadas várias peneiras para separar os grãos por tamanho. Deve-se conhecer a massa total da amostra seca para posterior comparação com a porcentagem retida de uma peneira especificada,e com a porcentagem acumulada nas demais peneiras acima dessa. (3) 
Para compostos de materiais finos, de dimensões menores que 0,074 mm, usa-se a granulometria por sedimentação em água destilada. Esse tipo de análise é baseada na Lei de Stokes, segundo qual a velocidade de queda da partícula irá variar de acordo com seu diâmetro. Logo, quanto maior for o tamanho dos grãos, mais rápido eles irão depositar-se no fundo do recipiente utilizado. (3, 4)
As principais propriedades afetadas pelo tamanho dos grãos são a plasticidade, a fluidez e o empacotamento das mesmas. Há várias formas de empacotamento dos grãos, sendo a primeira delas a monodispersão, onde os grãos apresentam todos um único tamanho. O segundo arranjo é formado por grãos de tamanhos dispersos, resultando em máxima densidade atômica e, consequentemente, alta resistência mecânica. E o terceiro tipo de granulometria ocorre quando há tamanhos variados de partículas, porém as mesmas não estão distribuídas apropriadamente, de modo a deixar espaços não preenchidos. (5)
Os arranjos e distribuições de grãos dos empacotamentos citados anteriormente estão representados na Figura 1:
Figura 1: Distribuições e arranjos monomodal e polimodal
Fonte: MENDES, 2008
Quanto à porosidade, outro fator influenciado pelo tamanho das partículas, pode trazer um aumento na fragilidade da peça. Na monodispersão, os grãos são mais finos e não deixam surgir poros por onde a água pode sair durante a secagem, o que torna a amostra mais frágil. Já na polidispersão, os grãos maiores permitirão a formação de poros, tornando mais fácil a saída da água, e assim, menos frágil e mais apropriada à peça para uso. (5)
A análise por peneiramento e a por sedimentação são de prática mais simples, porém há outros métodos mais sofisticados, e mais utilizados atualmente, como o de espalhamento de luz. Esta técnica, a qual requer o equipamento Malvern, emprega o espalhamento de luz laser de baixo ângulo. Os ângulos de difração do raio laser são medidos, pois os mesmos estão relacionados com o diâmetro da partícula. (5)
2	OBJETIVOS
Determinar a distribuição granulométrica da amostra cerâmica fornecida e construir sua curva a partir das partículas obtidas pelo processo de peneiramento. Relacionar os tamanhos de partículas com as propriedades cerâmicas.
3	MATERIAIS E MÉTODOS
3.1	MATERIAIS
Os equipamentos necessários para o ensaio de peneiramento são: balança analítica; almofariz; pistilo; jogo de peneiras (mesh 8, 9, 10, 14, 16, 20, 35, 48, 60, 80, 100, 170, 250, 270, 325, 400) e agitador de peneiras.
3.2 	MÉTODOS
Primeiramente, 350g da argila fornecida foram pesadas. Em seguida, empilhou-se 5 peneiras na ordem decrescente de granulometria com um coletor no fundo, para o armazenamento das partículas mais finas. O conjunto então foi fixado sobre o vibrador de peneiras.
Adicionou-se toda a amostra de feldspato na primeira peneira, de mesh 8, e então ligou-se o agitador por aproximadamente 30 minutos. Decorrido isso, o agitador foi desligado e a quantidade retida em cada peneira foi pesada.
O equipamento foi novamente montado com outras 6 peneiras, de meshes distintos, mantendo a sequência previamente definida. Adicionou-se na primeira malha do novo conjunto o material retido no coletor do primeiro sistema. Após mais 30 minutos no agitador, pesou-se novamente as quantidades retidas nas peneiras. O processo foi repetido com as peneiras restantes.
Por último, pesou-se todo o material utilizado no ensaio para constatar possíveis perdas durante a análise. Os dados obtidos foram dispostos em um histograma e um gráfico cumulativo.
4	 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os dados de massas retidas nas diferentes peneiras podem ser distribuídas na forma de gráficos histogramas e distribuição cumulativa, de tal modo que se possa analisar a faixa de tamanho de partícula e a fração mássica, pois cada peneira possui uma abertura específica, ou seja, somente partículas de determinado diâmetro passarão pela malha.
Figura 2: Tabela de retenção de feldspatos no peneiramento
	MESH
	ABERTURA
(mm)
	MASSA(g)
FELDSPATO 1
	MASSA(g) FELDSPATO
2
	MASSA(g)
FELDSPATO 3
	8
	2,360
	47,51
	7,15
	0
	9
	2,000
	46,97
	13,22
	0,05
	10
	1,700
	5,80
	7,88
	0,23
	14
	1,180
	85,76
	46,18
	3,70
	16
	1,000
	24,08
	38,70
	6,55
	20
	0,850
	16,74
	63,43
	8,73
	35
	0,425
	20,44
	45,22
	15,71
	48
	0,300
	9,00
	25,91
	12,85
	60
	0,250
	8,21
	28,63
	29,54
	80
	0,180
	7,38
	16,30
	48,64
	100
	0,150
	3,96
	18,15
	21,87
	170
	0,088
	6,77
	14,71
	111,22
	250
	0,063
	3,69
	15,47
	50,76
	270
	0,053
	1,33
	2,47
	10,72
	325
	0,045
	13,54
	3,94
	13,07
	400
	0,038
	15,30
	1,72
	11,11
	PASSANTE
	32,18
	0,44
	4,27
Fonte: Os autores.
4.1 	FELDSPATO 1
Figura 3: Histograma do feldspato n°1
Fonte: Os autores.
A amostra de Feldspato de número 1 apresentou uma distribuição polimodal, possuindo uma disposção mais uniforme. Um defeito foi identificado na peneira de Mash 10: um rasgo, dessa forma permitindo a passagem de partículas maiores que 1700μm, e causando um desvionos resultados. Observa-se no histograma que o pico apresenta-se na faixa de 1180 a 1700μm, possuindo uma grande quantidade de partículas nessa faixa.
4.2 	FELDSPATO 2
Figura 4: Histograma do feldspato n°2
Fonte: Os autores.
Na amostra de Feldspato número 2, pode-se analisar uma distribuição polimodal, bem distribuída para os diferentes tamanhos de partículas. Ao observar o histograma, percebe-se a existência de uma região mais acentuada na faixa de 850 a 1000μm, tendo uma maior concentração de partículas nessa faixa.
4.3.	 FELDSPATO 3
Figura 5: Histograma do feldspato n° 3
Fonte: Os autores.
	A amostra de feldspato de número 3 apresentou uma distribuição bimodal, com predominância em dois picos, mesmo após identificação de defeito na peneira de mesh 10, que possui uma abertura de 1,7 mm.Pelo fato de estar rasgada,a peneira permitiu que partículas de dimensões maiores que 1,7 mm passassem para próxima peneira, a qual é mais fina. Portanto, houve um pequeno desvio de massa de uma peneira para outra.
        	Ao analisar-se o histograma, pode-se observar que houve um pico no intervalo entre 100 e 250 mesh, sendo o pico mais alto na região de 170 mesh, indicando que a maior concentração de partículas nessa amostra de feldspato tem tamanhos entre 88 e 150 µm. Há um pico menor na faixa de 150 a 250 µm, o qual mostra que também há uma quantidade considerável de partículas dentro dessa faixa de tamanho. Logo, isso indica que a amostra apresenta em sua maior parte, partículas médias, não muito grosseiras, nem muito finas.
        	O tamanho das partículas irá interferir no empacotamento do material, que conterá em pequenas quantidades partículas grosseiras e finas, porém, em sua maioria serão médias. Sendo assim, o empacotamento deve apresentar menos poros e maior facilidade na densificação. Tal fato também se deve a configuração da curva,cuja qual se apresenta consideravelmente mais larga, entretanto com dois picos finos, contribuindo para a formação de poros e maior dificuldade de densificação.
        	As partículas separadas podem ser classificadas pelo seu tamanho conforme normaliza a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas). Não identifica-se material na categoria de pedregulho, mas identifica-se quantidades dentro das demais categorias,como areia grossa, areia média, areia fina e silte. Contudo, não é possível saber com precisão a quantidade de partículas com tamanhos próprios para argila (< 2 µm), pois a peneira de mesh mais alto (400 mesh), com abertura de 38 µm, não foi suficiente. A distribuição das partículas da amostra 3 de feldspato mostra que há maior permeabilidade na estrutura, devido ao tamanho das partículas. No entanto, não há a presença de muitos, pois as partículas mais finas tendem a preencher os espaços que estão vazios dentro do empacotamento.
4.4	FELDSPATOS 1,2,3
Figura 6: Gráfico granulométrico dos feldspatos 1, 2 e 3
Fonte: Os autores.
A partir dos gráficos apresentados, vê-se que a amostra 1, amostra 2 e amostra 3, possuem uma distribuição que pode ser considerada polimodal. Ou seja, sua granulometria apresenta grânulos de tamanhos variados. Tal característica confere ao material um melhor empacotamento do que o fornecido pela distribuição distribuição monomodal. 
Pode-se perceber que na amostra 1, há um pico na faixa de 1700μm a 1180μm. O aparecimento desse pico nessa faixa específica deve-se, possivelmente, à uma abertura presente na peneira 10 Mash, a qual resultou na não retenção das partículas na faixa de  2000μm a 1700μm. Na amostra 2, o pico estará na faixa de 1000μm a 850μm, porém este apresenta uma distribuição mais uniforme. Por fim, na amostra 3, o pico pode ser observado na faixa de 150μm a 88μm, também apresentando um erro devido a um rasgo na peneira de 10 Mash, apesar de não muito significativo para a distribuição.
 O empacotamento é deveras importante para as características finais do material, incluindo sua porosidade e sua densificação, que iram ser melhoradas por meio de um empacotamento mais efetivo.
O tamanho dos grãos terá influencia diretamente na quantidade e formato dos poros, e consequentemente, na permeabilidade do material e sua facilidade de secagem. Logo, um material com um tamanho variado de grão terá um melhor empacotamento, resultando em uma menor porosidade. Outra característica importante é a dureza da matéria prima, que influenciará em seu processamento. Nesse caso, o empacotamento mais eficiente será observado em matérias primas mais moles, de mais fácil moagem.
5 	CONCLUSÃO
Observa-se que a técnica de peneiramento nos permite analisar muito bem a relação entre tamanho de partícula e quantidade contida na amostra, porém para determinar a distribuição das partículas com tamanho abaixo a 38 µm deve-se utilizar peneira abaixo das utilizadas, ou outras formas de determinação como por exemplo, a granulometria a laser.
REFERÊNCIAS
1	CALLISTER Jr, D. William. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma Introdução. LTC Editora, 2002
2	HEINRICH, J. G., GOMES, C. M. Introduction to Ceramics Processing. Disponível em: <www.ceramics-processing.com/fileadmin/ceramics/Introduction_to-Ceramics_processing.pdf > Acesso em: 18/03/2019.
 3	< https://pt.slideshare.net/ezequielborges7/ensaio-de-granulometria>Acesso em: 16/03/2019.
4	 Lima, R.M.F. e da Luz, J.A.M. Análise granulométrica por técnicas que se
baseiam na sedimentação gravitacional: lei de Stokes. Rev. Escola de Minas,
v. 54, n. 2, Ouro Preto, abr/jun., 2001.
5	FRANÇA, S. C. A., COUTO H. J. B. Análise Microgranulométrica. Disponível em: <mineralis.cetem.gov.br/bitstream/cetem/1030/1/Cap%205%20 Microgranulom %C3%A9trica_modif..pdf>