Estudo De Caso Sobre Materiais Cerâmicos

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UNISALESIANO Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium de Araçatuba SP Curso de Engenharia Mecatrônica Estudo de Caso MARCK RODRIGUES SOUZA PAULO SÉRGIO BARBOSA DOS SANTOS RAFAEL GON ESTUDO DE CASO SOBRE MATERIAIS CERÂMICOS Estudo de Caso apresentado na disciplina de Materiais de Construção Mecânica, sob orientação do professor Odilon Caldeira Filho. ARAÇATUBA – SP 2007 a SUMÁRIO 1. OBJETIVOS ............................................................................................................. 6 2. Histórico .................................................................................................................... 7 2.1 A cerâmica no mundo e as origens da atividade e do uso da cerâmica .............. 7 2.2 A CERÂMICA NO BRASIL .............................................................................. 7 3. DEFINIÇÃO ............................................................................................................. 9 4. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS CERÂMICOS ........................................... 10 4.1 FASE CRISTALINA ........................................................................................ 10 4.2 FASE VÍTREA ................................................................................................. 11 4.3 FASE POROSA ................................................................................................ 11 5. MATÉRIAS-PRIMAS E SUAS PROPIEDADES ................................................. 12 5.1 Matérias-Primas Naturais .................................................................................. 12 5.2 Matérias-Primas Sintéticas ................................................................................ 13 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO ......................................................................... 16 6.1 Descarte ............................................................................................................. 17 6.2 Reaproveitamento da quebra ............................................................................. 17 7. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS ......................................... 18 8. Cerâmica Avançada ................................................................................................ 21 8.1 DESVANTAGENS DA CERÂMICA AVANÇADA ...................................... 21 8.2. PESQUISAS NO SETOR DE CERÂMICA AVANÇADA............................ 22 9. Normalização .......................................................................................................... 25 9.1. BENEFÍCIOS DA NORMALIZAÇÃO .......................................................... 29 10. IMPACTOS AMBIENTAIS ................................................................................. 30 10.1 Resíduos .......................................................................................................... 30 10.2 Emissão de material particulado ..................................................................... 30 10.3 Emissões Gasosas ........................................................................................... 31 10.4 Efluentes Líquidos .......................................................................................... 31 11. MEDIDAS DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA ....................................................... 32 11.1 EXTRAÇÃO DE MATÉRIA-PRIMA ........................................................... 32 2 11.2 ESTOCAGEM DAS MATÉRIAS-PRIMAS E TRANSPORTE PARA PROCESSO ...................................................................................................................... 32 11.3 PREPARAÇÃO DA MASSA ......................................................................... 33 11.4 Uso racional de água ....................................................................................... 33 11.5 Uso racional de energia ................................................................................... 33 11.6 Resíduos .......................................................................................................... 34 12. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 35 13. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA ...................................................................... 36 13.1. SITES ............................................................................................................. 36 13.2. LIVROS ......................................................................................................... 37 3 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Estrutura Cristalina de um material cerâmico. ............................................. 9 4 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Matérias-primas naturais. ........................................................................... 12 Tabela 2 - Matérias-primas sintéticas. ........................................................................ 14 Tabela 3 - Normalização. ............................................................................................ 25 5 1. OBJETIVOS • Verificar junto ao contexto histórico as origens do uso da cerâmica no Brasil e no mundo; • Analisar a influencia da cerâmica no setor de indústrias e de pesquisas; • Chegar a uma compreensão conceitual de cerâmica, suas vantagens, desvantagens, aplicação e propriedades; • Possibilitar uma visão ampla da aplicação dos produtos cerâmicos; • Discutir o avanço ocorrido nessa área com a realização de estudos relacionados á cerâmica avançada. 6 2. HISTÓRICO 2.1 A CERÂMICA NO MUNDO E AS ORIGENS DA ATIVIDADE E DO USO DA CERÂMICA A palavra cerâmica é derivada do grego keramikos, que significa “de argila”. O aparecimento dos primeiros utensílios cerâmicos ocorreu a partir do período Pré- Neolítico, nos anos 25000 a.C., quando se percebeu que o barro, quando deixado sob o sol escaldante, endurecia. Os primeiros objetos cerâmicos tinham a utilidade de armazenar água e alimentos, o que antes era feito usando-se cascas de árvores e crânios de pessoas ou animais. No entanto, pode-se dizer que a cerâmica feita de maneira mais sistemática veio no Neolítico, quando o homem passou a ser agricultor, pastor e ceramista. Existem indícios de atividade cerâmica em quase todos os povos da Antiguidade. Os gregos, por muitos séculos, produziram as melhores peças de cerâmica do mundo Mediterrâneo, como, por exemplo, o céramo ou keramos, um vaso de barro cozido usado para servir à mesa. Na Grécia, em Roma e em outras regiões, a produção de cerâmica era vendida nas feiras, e havia uma exportação contínua de ânforas fenícias para todo o Mediterrâneo, em virtude da sua forma artística e da sua utilidade para servir água, vinho e azeite. 2.2 A CERÂMICA NO BRASIL No Brasil, há cerca de 2000 anos, já havia, em diversas regiões, populações que manipulavam convenientemente a argila. A cerâmica mais sofisticada foi desenterrada na Ilha de Marajó (Pará), onde os indígenas desenvolveram o estilo marajoara, produzindo peças altamente elaboradas e especializadas.No próprio Estado de São Paulo, existem vários sítios arqueológicos de cerâmica; um deles, datado de 1550 anos atrás, está 7 localizado no município de Mogi Guaçu; lá, foram encontrados diversos objetos de cerâmica, como vasilhas ovaladas, travessas, potinhos redondos, vasos e urnas funerárias. Os artefatos produzidos pelos indígenas brasileiros eram em geral destinados à ornamentação e ao acondicionamento e transporte de líquidos e alimentos. Porém,foram os colonizadores portugueses que trouxeram as técnicas para produzir cerâmica utilitária,como telhas e tijolos, para o Brasil. A primeira grande fábrica de produtos cerâmicos do Brasil foi fundada em São Paulo, em 1893, por quatro irmãos franceses, naturais de Marselha, com o nome de “Estabelecimentos Sacoman Frères”, posteriormente alterado para “Cerâmica Sacoman S.A.”, a qual encerrou suas atividades em 1956. O nome das telhas conhecidas por “francesas” ou “marselhesas” é devido à origem destes empresários . A evolução das indústrias cerâmicas brasileiras, está em função da abundância de matérias-primas naturais, fontes de energia e disponibilidade de tecnologias embutidas nos equipamentos industriais fez com que diversos tipos de produtos do setor atingissem um patamar apreciável nas exportações do país. Durante os últimos anos do século XIX e início do XX, as empresas cerâmicas passaram a especializar-se em determinados tipos de produtos, o que gerou uma paulatina separação na classificação das empresas entre olarias e “cerâmicas”. Assim, as olarias seriam as unidades produtoras de tijolos e telhas, e as cerâmicas produziriam produtos mais “sofisticados”, como manilhas, tubos, azulejos, louças, potes, talhas,etc. 8 3. DEFINIÇÃO Conceitualmente, pode-se definir a cerâmica como qualquer material não-metálico, inorgânico, cuja estrutura, após a queima em altas temperaturas, apresenta-se inteira ou parcialmente cristalizada, ou seja, depois que o material é queimado no forno, os átomos da sua estrutura ficam arrumados de forma simétrica e repetida de tal forma que parecem pequenos cristais, uns juntos dos outros. Essa característica da estrutura, ou seja, a cristalização, confere ao material cerâmico propriedades físicas como a refratariedade, a condutividade térmica, a resistência ao choque térmico,a resistência ao ataque de produtos químicos, a resistência á tração e á compressão e a dureza, que é muito importante para na Mecânica. Isso permite que os produtos de cerâmica sejam usados tanto para a louça doméstica quanto para a construção civil, como material refratário de altos fornos e ferramentas de corte em máquinas-ferramentas. Figura 1 - Estrutura Cristalina de um material cerâmico. 9 4. PROPRIEDADES DOS MATERIAIS CERÂMICOS Em geral, os materiais cerâmicos apresentam as seguintes características: ◊ Refratariedade; ◊ Condutividade térmica ◊ Resistência ao choque térmico; ◊ Resistência ao ataque de produtos químicos; ◊ Resistência á tração e á compressão; ◊ Dureza (e consequentemente fragilidade). As propriedades dos materiais cerâmicos dependem da quantidade e do arranjo de três fases: cristalina, vítrea e porosa. 4.1 FASE CRISTALINA A fase cristalina, pode ser uma ou mais de uma, é o modo como os átomos, moléculas e íons se organizam dentro de um material de maneira fixa, regular e repetitiva.Ela é responsável pela estabilidade e pela densidade do material e está presente nos minerais naturais.Nos produtos cerâmicos, as reações ocorridas durante a queima destroem as estruturas cristalinas naturais e reagrupam essas estruturas, formando novas, que são responsáveis pelo desempenho do produto. 10 4.2 FASE VÍTREA A fase vítrea dá características e propriedades ao corpo cerâmico.Ela funciona mais ou menos como o cimento na construção civil: age como ligante das fases cristalinas sólidas, da mesma forma como o cimento une as pedras no concreto.Ela confere resistência mecânica á peça quando em temperatura ambiente.Promove também a translucidez (no caso da porcelana ).e,finalmente aumenta a tendência á deformação quando o produto é exposto a altas temperaturas .Isso é extremamente indesejável os produtos refratários,ou seja, aqueles que precisam resistir a altas temperaturas, porque a fase vítrea se torna fluida abaixo de 1000 ºC causando deformação no produto.Nas cerâmicas avançadas para ferramentas de corte, as fases vítreas causam a diminuição da dureza, que é uma propriedade fundamental para essa aplicação. 4.3 FASE POROSA A fase porosa é o espaço vazio entre os grãos sólidos, ou dentro dos grãos sólidos, que formam o material cerâmico.Essa fase pode ser aberta ou fechada.Ela é aberta quando deixa um caminho aberto até a superfície e permite a absorção de água,gases etc.Ela é fechada quando está fechada dentro de um grão ou cercada de grãos por todo os lados.O ar fica preso lá dentro e impede a passagem do calor.Isso torna o material cerâmico um isolante térmico. 11 5. MATÉRIAS-PRIMAS E SUAS PROPIEDADES As matérias-primas empregadas na fabricação de produtos cerâmicos são classificadas em naturais e sintéticas. 5.1 MATÉRIAS-PRIMAS NATURAIS Matérias primas-naturais: são aquelas utilizadas como extraídas da natureza ou que foram submetidas a algum tratamento físico para eliminação de impurezas indesejáveis, ou seja sem alterar a composição química e mineralógica dos componentes principais. A tabela a seguir (Tabela 1) mostra uma visão geral de algumas matérias-primas naturais e produtos cerâmicos, bem como algumas de suas propriedades: Tabela 1 - Matérias-primas naturais. MATÉRIA PRIMA Argila DESIGNAÇÃO TEMPERATURA DE QUEIMA PROPRIEDADES PRODUTOS Louça de barro 800 a 1000ºC Baixa/média Vasos, Faiança e 900 a 1100ºC resistência filtros,cerâmica mecânica. artística. Majólica Argila, Pó de pedra 1100 a 1250ºC Baixa/média Louça caulim, Porcelana 1300 a 1400ºC resistência doméstica. feldspato, Grês branco 1250 a 1300ºC mecânica. Material p/ Elevada resistência laboratórios mecânica. químicos. Resistência Material mecânica muito sanitário. quartzo elevada. Argilas Silício- refratárias, aluminoso 1200 a 1450ºC Resistência a Tijolos ou temperaturas de até peças 12 caulim 1400ºC.Baixa refratárias de resistência á uso geral. escória básica. Diásporo, Aluminoso 1400 a 1700ºC Resistência a Tijolos e peças bauxita, temperaturas de até refratárias de Cianita, 1785ºC.Maior uso geral silimanita, resistência á Coríndon escória básica e ácida. Quartzito Sílica 1450ºC Resistência a Refratários temperaturas entre para a 1680ºC e 1700ºC. construção de Resistência a abóbadas de escórias ácidas fornos. 5.2 MATÉRIAS-PRIMAS SINTÉTICAS Matérias primas-sintéticas: são aquelas que individualmente ou em mistura foram submetidas a um tratamento térmico, que pode ser calcinação, sinterização, fusão e fusão/redução e as produzidas por processos químicos. A tabela a seguir(Tabela 2) mostra algumas matérias-primas sintéticas, aplicações, propriedades e produtos: 13 Tabela 2 - Matérias-primas sintéticas. MATÉRIA APLICAÇÃO PRIMA Óxido de ferro; PROPRIEDADES PRODUTOS Cerâmicas elétricas Magnetismo, Capacitores, geradores Carbonato de e magnéticas. dieletricidade, de bário de piezoeletricidade, condutores, semi-condutividade. sólidos, ferritas, imãs, e estrôncio; Titanato de bário. faísca, semieletrólitos varistores e termistores. Alumina Cerâmicas químicas Capacidade Zircônia e eletroquímicas. de Suportes de adsorção;resistência catalisadores; sensores á corrosão;catálise. de gases; eletrólitos sólidos. Alumina Cerâmicas óticas Vidro de sílica Condensação ótica; Lâmpada de descarga translucidez; elétrica de vapor de fluorescência;conduç sódio; memórias óticas; ão de luz. cabos óticos; diodo de luz; emissor polarizadores. Alumina Cerâmicas térmicas. Zircônia Condutividade Radiadores de térmica;isolação vermelho; térmica; térmicos; refratariedade;absorç refratários;eletrodos de ão de infra- isoladores calor; zircônia-ytria para resistência ao choque controle de oxigênio na Alumina Cerâmicas térmico. fabricação do aço. Biocompatibilidade. Implantes biológicas para substituir dentes, osso e juntas. Zircônia Alumina Cerâmicas nucleares Resistência corrosão, á Materiais ás para altas blindagem;revestimento 14 Carbeto de boro temperaturas e á de reatores. radiação; refratariedade. resistência Ferramentas Carbeto de boro Cerâmicas Altas Carbeto de silício mecânicas e mecânica Nitreto de silício termomecânicas. e abrasão; de á corte;esferas e cilindros baixa para moagem; bicos de Alumina expansão térmica e maçaricos; acendedores Zircônia alta resistência choque ao para caldeiras; pás de térmico; turbina capacidade para de velocidade; lubrificação; elevado vedação ponto alta anéis de de bomba de d´água; rotores. fusão;elevada condutividade térmica. Zircônia Cermetes Alta resistência á Pontas de ferramentas Alumina compressão, á de corte e furadeiras; Nitreto de silicio deformação plástica pastilhas de freio. e ao desgaste; alta dureza e grande estabilidade química. 15 6. PROCESSOS DE FABRICAÇÃO Com exceção do vidro, geralmente os materiais cerâmicos são processados nas seguintes etapas (esses processos de fabricação podem diferir de acordo com o tipo de peça ou material desejado): 1. PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA: Na indústria cerâmica tradicional, grande parte das matérias-primas utilizadas é natural e obtida por mineração. Desta forma, a primeira etapa de redução de partículas e de homogeneização das matériasprimas é realizada na própria mineração; 2. MISTURA: onde as matérias-primas previamente tratadas e dosadas são homogeneizadas, ou seja, misturadas de forma homogênea. 3. MOAGEM: na qual ao material é moído para reduzir o tamanho dos grãos até diâmetros máximos inferiores a 0,074mm. Isso dá ao material a aparência de um pó bem fino. Para a fabricação de produtos refratários, os grãos são mais grossos. 4. PREPARAÇÃO DA MASSA: as massas ou pastas cerâmicas são constituídas a partir da composição de duas ou mais matérias-primas, além de aditivos e água. A quantidade de água é determinada pelo método de conformação que será empregado. 5. SECAGEM: que pode ser natural ou artificial, na qual grande parte da água livre (umidade superficial) é evaporada. 6. QUEIMA: cuja temperatura é definida em função da composição química da mistura e na qual o aumento de temperatura causa as seguintes reações: desidratação, calcinação (decomposição química pelo calor), oxidação (ligação de um elemento químico com o oxigênio da atmosfera do forno) e formação de silicatos. Estas reações promovem transformações que geram sólidos cristalinos e vítreos (não cristalinos) com a textura adequada para desenvolver as propriedades desejadas. O conjunto dessas modificações promovidas pelo calor, é chamado de sinterização. 16 6.1 DESCARTE Em quase todo o processo de fabricação há algum tipo de descarte de resíduo, sendo este não mais reutilizado. Na indústria cerâmica o volume de material descartado por quebra representa em média 3% de toda produção nacional. 6.2 REAPROVEITAMENTO DA QUEBRA A cerâmica já queimada não é biodegradável por reagir ao calor ou à chuva, tendo como única saída ecologicamente correta a reciclagem. Ao longo dos últimos anos, vários estudos e testes foram promovidos, visando a reutilização dos cacos gerados no processo.A massa cerâmica evoluiu na sua formulação e novos testes foram feitos permitindo a adição do caco (quebra) moído em percentuais reduzidos, que juntado a um trabalho constante de redução das quebras nos fornos, a curto prazo permitirá incorporar toda a quebra novamente no processo. O Sistema de moagem e Reaproveitamento da quebra é isto: uma central para onde é deslocada toda a quebra gerada nos processos de produção. São utilizados equipamentos para a britagem destas quebras (conjunto de britadores primário e secundário), reduzindo a pó a quebra gerada nos mais diversos formatos e dimensões. Este pó é reutilizado na formulação da massa em percentuais que não interferem na qualidade do produto final. A reciclagem diminui o impacto ambiental e os custos de produção das empresas caem, pois os próprios resíduos são reutilizados como matéria-prima, retornando ao início do ciclo de produção da cerâmica de revestimento. 17 7. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Em função de diversos fatores, como matérias-primas empregadas, propriedades e utilização dos produtos fabricados, os diversos segmentos que compõem o setor cerâmico possuem características diferentes, e podem ser classificados da seguinte forma: • CERÂMICA BRANCA: grupo bastante diversificado, o qual compreende os produtos obtidos a partir de uma massa de coloração branca, em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor, como por exemplo, louça de mesa, louça sanitária e isoladores elétricos; • CERÂMICA DE REVESTIMENTOS: responsável pela produção de materiais na forma de placas, usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos, os quais recebem diversas designações, tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc; • CERÂMICA VERMELHA: compreende materiais com coloração avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas), e também utensílios de uso doméstico e de decoração. Segmento formado em geral pelas olarias e fábricas de louças de barro; • MATERIAIS REFRATÁRIOS: abrange grande diversidade de produtos com finalidade de suportar temperaturas elevadas em condições específicas de processo e/ou de operação. Usados basicamente em equipamentos industriais, estão geralmente sujeitos a esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura entre outras adversidades. Para suportar estas condições, foram desenvolvidos vários tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas; • ISOLANTES TÉRMICOS: os produtos incluídos nessa classificação podem ser: - refratários isolantes que não se enquadram no segmento de refratários; 18 - isolantes térmicos não refratários, incluindo produtos como vermiculita expandida, sílica rocha, que podem ser diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de utilizados, a temperaturas de até 11 00 ºC; - fibras ou lãs cerâmicas que apresentam composições tais como sílica, sílica alumina, alumina e zircônia e que, dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de até 2000ºC ou mais; • ISOLANTES ELÉTRICOS: Os isoladores para fins elétricos têm a nobre finalidade de isolar eletricamente um corpo condutor de outro corpo qualquer. Existem isoladores de diversos tipos e com as mais variadas aplicações. Entretanto, todos têm uma responsabilidade especial: a confiabilidade dos sistemas elétricos. Os isoladores estão totalmente associados aos níveis de segurança dos sistemas, podendo influenciar diretamente nos índices DEC (Duração da Interrupção Equivalente, em horas) e FEC ( Freqüência Equivalente de Interrupção) das empresas de energia. A porcelana é uma das derivações da cerâmica, caracterizada principalmente pela ausência de porosidade. Existe uma variedade enorme de tipos de porcelana para diversos tipos de aplicação, e uma delas é a porcelana para fins elétricos. Considerada como um dielétrico sólido, a porcelana destaca-se principalmente pela sua alta capacidade de isolação elétrica e resistência mecânica. Os produtos de porcelana podem ser obtidos por três processos, apresentando diferenças nas composições e na umidade, as quais são ajustadas de acordo com seu processo e fim. • OUTROS: - FRITAS (OU VIDRADO FRITADO): importantes matérias-primas de acabamento para diversos segmentos cerâmicos que requerem determinados acabamentos. Constituídas por um vidro moído, são fabricadas por indústrias especializadas a partir da fusão da mistura de diferentes matérias-primas. É aplicada na superfície do corpo cerâmico que, após a queima, adquire aspecto vítreo, com o objetivo de melhorar a estética, tornar a peça impermeável, aumentar a resistência mecânica e melhorar outras características; 19 - CORANTES: constituem-se de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos a partir da mistura de óxidos ou de seus compostos. Os pigmentos são fabricados por empresas especializadas, inclusive por muitas das que produzem fritas, cuja obtenção envolve a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem. Os corantes são adicionados aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes colorações das mais diversas tonalidades e efeitos especiais; - ABRASIVOS: parte da indústria de abrasivos é considerada como segmento do setor cerâmico por utilizar-se de matérias-primas e processos semelhantes. Os produtos mais conhecidos deste segmento são os óxidos de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício; - VIDRO, CIMENTO E CAL: três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades relacionadas às matérias-primas, características de processo, porte e relevância econômica, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica. No Brasil todos estes segmentos encontram-se representados, com maior ou menor grau de desenvolvimento e capacidade de produção. 20 8. CERÂMICA AVANÇADA O aprofundamento dos conhecimentos da ciência dos materiais proporcionaram ao homem o desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes nas mais diferentes áreas, como aeroespacial, eletrônica, nuclear e muitas outras e que passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matérias-primas sintéticas de altíssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. A fase cristalina desses produtos se desenvolve na obtenção da matéria-prima. A fase vítrea é quase inexistente e a queima do produto tem apenas a finalidade de aglomerar, isto é, juntar, as partículas cristalinas. Estes produtos, que podem apresentar os mais diferentes formatos, são fabricados pelo chamado segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada. Eles são classificados, de acordo com suas funções, em: eletroeletrônicos, magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e nucleares. Os produtos deste segmento são de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar. Como alguns exemplos, podemos citar: naves espaciais, satélites, usinas nucleares (como os combustíveis para reatores nucleares), os componentes de motores automotivos - que aumentam o rendimento e propiciam a utilização de combustíveis menos nobres, materiais para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vídeo, suporte de catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros), ferramentas de corte de alta velocidade, brinquedos, acendedor de fogão, etc. 8.1 DESVANTAGENS DA CERÂMICA AVANÇADA A cerâmica avançada, para atingir as elevadas propriedades a qual destina, é processada com matérias primas sintéticas e relativamente caras. Os equipamentos de processo também são mais sofisticados e trabalham em condições mais críticas, como altas temperaturas (pode-se chegar a temperaturas de processo de 1850 C ou mais, como para alumina translúcida, nitreto de silício e SiC). Assim, existe um maior custo envolvido para 21 produção destes materiais, entretanto o valor agregado deles é muito superior ao da cerâmica tradicional. 8.2. PESQUISAS NO SETOR DE CERÂMICA AVANÇADA • CERÂMICA SUPER-ELÁSTICA Pesquisadores do National Institute for Materials Science, em Tsukuba, no Japão, anunciaram a descoberta de uma cerâmica super-plástica, capaz de manter a nova forma após esticada até dez vezes seu tamanho original. • NOVO MÉTODO PERMITE SOLDAGEM ENTRE METAL E CERÂMICA Cientistas da Universidade Johns Hopkins desenvolveram um novo método de efetuar um tipo especial de soldagem, chamado brasagem, que poderá revolucionar principalmente a área de junção entre materiais cerâmicos e metálicos. Folhas nano estruturadas que entram em ignição a partir de uma faísca permitem a soldagem sem danos aos componentes. • CERÂMICA DENSA EM FORMATOS COMPLEXOS Nova tecnologia permitirá a construção de peças cerâmicas mais duras, mais leves e a custos mais baixos. • CERÂMICA UHT SUPORTA ULTRA-ALTA-TEMPERATURA Pesquisadores criam cerâmica capaz de suportar duas vezes mais calor do que o material que protege os ônibus espaciais. 22 • CERÂMICA TERMOELÉTRICA GERA ELETRICIDADE A PARTIR DO CALOR Cientistas do Instituto Nacional de Ciências e Tecnologias Industriais Avançadas do Japão conseguiram construir um módulo capaz de converter calor em energia elétrica. O módulo de conversão termoelétrica é feito totalmente de material cerâmico • NOVA CERÂMICA TEM DUREZA DO DIAMANTE E MALEABILIDADE DE UM METAL Cientistas das Universidades Wisconsin-Madison e Sudeste da Califórnia, ambas nos Estados Unidos, descobriram uma forma de construção de novos materiais que poderá permitir a criação de substâncias que se aproximem da dureza do diamante, mas mantêm a maleabilidade do metal. • MOLDES SÃO FEITOS COM CERÂMICA MAIS DURA QUE AÇO Um tipo especial de cerâmica consegue dar conta das altas pressões e da alta precisão com que as partes dos automóveis devem ser construídas-e com uma durabilidade muito maior do que os moldes atuais. • MOTOR DE CERÂMICA No que diz respeito à indústria automobilística, os materiais cerâmicos tem sido alvo de grande interesse. Muito dinheiro tem sido investido no desenvolvimento de componentes de motores feitos de materiais cerâmicos. As vantagens são inegáveis: redução de volume e peso (25% menos pesado que um motor de metal); dispensa refrigeração porque pode trabalhar a temperaturas de até 800º C; apresenta melhor aproveitamento do combustível e maior eficiência do motor em termos de potência; não causa poluição. 23 Porém, uma das desvantagens da cerâmica avançada é a fragilidade. Ao receber um choque, ela não se deforma como um metal. Pelo contrario, rompe – se de forma catastrófica, ou seja, em um acidente de transito o motor se quebraria inteiro. 24 9. NORMALIZAÇÃO A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o órgão responsável pela normalização técnica no país, fornecendo a base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro. A seguir tem – se uma tabela(Tabela 3) com algumas das principais normas do setor cerâmica: Tabela 3 - Normalização. Código NBR11621 Título Preço Objetivos Isolantes térmicos Fixa condições de lã cerâmica – exigíveis Fios (R$) Publicação 17,4 01/08/1989 93.5 30/11/2005 para 0 fins cardados de fibras cerâmicas -Fios cerâmicos. NBR15310 Componentes Estabelece os 0 cerâmicos - Telhas requisitos - Terminologia, dimensionais, requisitos e físicos métodos de ensaio e mecânicos exigíveis para as telhas cerâmicas, para a execução de telhados de edificações, bem como estabelece seus métodos de ensaio. 25 NBR5417 Tolerâncias para Fixa tolerâncias peças de cerâmica permitidas para eletrotécnica 11.7 01/01/1964 103, 01/02/1985 17,4 01/04/1997 17,4 01/04/1997 nas 0 peças de cerâmica para eletrotécnica. NBR8760 Seleção de Fixa valores métodos de ensaio preferenciais das 30 e requisitos gerais características de capacitores da escolha dos fixos com métodos dielétrico de de ensaio cerâmica, classe 1 adequados e requisitos gerais de capacitores fixos de dielétrico de cerâmica, classe 1. NBR13816 Placas Cerâmicas Define termos para relativos às 0 Revestimento- placas cerâmicas Terminologia para revestimento, esmaltadas e não esmaltadas. NBR13817 Placas Cerâmicas Classifica placas para Revestimento cerâmicas - Classificação - para 0 revestimentos, visando promover a 26 especificação correta para o uso. NBR13818 Placas Cerâmicas Fixa para Revestimento características - Especificação e exigíveis Métodos 120. 30/04/1997 17.4 30/06/1983 80 para de fabricação, Ensaios marcação, declarações em catálogos, recebimento, inspeção, amostragem, ensaios opcionais complementares, métodos de ensaios e aceitação de placas cerâmicas para revestimento. NBR7170 Tijolo cerâmico alvenaria maciço Fixa condições para exigíveis no 0 recebimento de tijolos maciços cerâmicos destinados obras alvenaria, a de com 27 ou sem revestimento. NBR15097 Aparelhos sanitários Fixa os de requisitos 84,0 30/06/2004 30,2 01/01/2001 0 material cerâmico mínimos para os - Verificação da aparelhos resistência sanitários mecânica fabricados em material cerâmico com acabamento esmaltado. NBR10237 Materiais refratários Classificação Classifica de – maneira geral os 0 materiais refratários, conformados e não conformados, baseando-se nos principais critérios considerados relevantes os pontos vista sob de de fabricação, identificação, comercialização e aplicação 28 desses materiais. 9.1. BENEFÍCIOS DA NORMALIZAÇÃO Os benefícios da Normalização podem ser: Qualitativos, permitindo: • Utilizar adequadamente os recursos (equipamentos, materiais e mão-de-obra); • Uniformizar a produção; • Facilitar o treinamento da mão-de-obra, melhorando seu nível técnico; • Registrar o conhecimento tecnológico; • Facilitar a contratação ou venda de tecnologia. Quantitativos, permitindo: • Reduzir o consumo de materiais; • Reduzir o desperdício; • Padronizar componentes; • Reduzir a variedade de produtos; • Fornecer procedimentos para cálculos e projetos; • Aumentar a produtividade; • Melhorar a qualidade; • Controlar processos. 29 10. IMPACTOS AMBIENTAIS 10.1 RESÍDUOS O que não pode ser nem reutilizado e nem reciclado, é despejado em lixos urbanos, mais ou menos autorizados, ou mesmo dispersos no ambiente. Alguns esmaltes utiliza-dos no processo de fabricação da cerâmica contêm metais pesados como chumbo e cádmio, e se a frita utilizada for à base de sódio, solubiliza-se em presença de água e pode contaminar o solo. 10.2 EMISSÃO DE MATERIAL PARTICULADO O manuseio e processamento da argila e de outras matérias-primas da indústria cerâmica levam à formação de pós, que podem ser dispersos no ambiente e causar problemas respiratórios. A geração de material particulado está associada ao transporte inadequado da argila em caminhões sem lonas ou coberturas; à armazenagem da argila fora de silos ou galpões; à preparação da massa cerâmica (principalmente na via seca) e nos processos de moagem, peneiramento, atomização (na via úmida) e, na secagem. Outras fontes de material particulado são a preparação do esmalte, em suas fases de mistura, moagem e aplicação por spray, e as operações de decoração, queima e acabamento das peças. Em casos de empresas que utilizam óleo ou lenha nos fornos e/ou secadores há também a formação de particulados do processo de combustão destes energéticos. 30 10.3 EMISSÕES GASOSAS Os compostos gasosos liberados durante a secagem e a queima são derivados principalmente dos compostos presentes nas matérias-primas, porém os combustíveis podem também contribuir para a emissão de poluentes gasosos. Quando a peça é queimada num processo adicional de decoração, as emissões resultantes desta queima também devem ser consideradas. Além disso, as colas e substâncias aglutinantes das figuras transferidas à peça, ou resinas das tintas de pintura, liberam substâncias orgânicas voláteis durante o processo de queima. Podem também ocorrer emissões adicionais de metais pesados derivados de pigmentos inorgânicos à base de óxidos de metais pesados. 10.4 EFLUENTES LÍQUIDOS A geração de efluentes líquidos nos processos cerâmicos advém principalmente das águas de limpeza das unidades de preparação, dos moldes de fundição, dos processos de esmaltação, engobe e da decoração. Outras possibilidades de pontos de geração de efluentes são os sistemas de controle de poluição por via úmida (lavadores de gases) e o uso sanitário. Os principais contaminantes que podem estar presentes nestes efluentes são: resíduos sólidos da evaporação, cloro, sulfatos, fosfatos, ácido silícico, cálcio, magnésio, boro, zinco, chumbo, cádmio, cromo, cobre, níquel e cobalto oriundos de produtos como esmaltes, resinas e da própria argila. Esse efluente líquido, se lançado sem tratamento prévio em um corpo de água, pode acarretar em sérios problemas à biota, devido à alteração das características químicas naturais do corpo d’água, como por exemplo, a contaminação de solos, de aqüíferos e de sedimentos no leito dos rios e lagos, cuja conseqüência é seu assoreamento. 31 11. MEDIDAS DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA A seguir são apresentadas algumas ações e medidas de PRODUÇÃO MAIS LIMPA, específicas a cada etapa de processo ou de caráter geral: 11.1 EXTRAÇÃO DE MATÉRIA-PRIMA - Realização de estudos de caracterização da geologia regional e planejamento da extração da matéria-prima, com o objetivo de evitar a degradação de nascentes e recursos hídricos, bem como áreas de proteção permanente e de proteção ambiental; - Melhoria nas condições de armazenamento de matéria-prima, definição de sistema para sua alimentação e utilização de estoque, a fim de evitar perda de matéria-prima; - Melhoria do sistema de cobertura da matéria-prima transportada em caminhões, durante o transporte da jazida para o local de beneficiamento para evitar perdas de matériaprima e poluição atmosférica por material particulado; 11.2 ESTOCAGEM DAS MATÉRIAS-PRIMAS E TRANSPORTE PARA PROCESSO - Instalação de sistemas de exaustão para evitar emissão de material particulado para a atmosfera; - Instalação de silos ou boxes para armazenamento das matérias-primas; - Instalação de coletores de poeiras ao longo das esteiras transportadoras para evitar emissão de material particulado para a atmosfera. 32 11.3 PREPARAÇÃO DA MASSA - Implantação de sistemas de ventilação local exaustora nas áreas de preparação e moagem de argila para evitar emissão de material particulado para a atmosfera, bem como retorno do material coletado para o processo; - Implantação de sistemas de variadores de freqüência ou inverters, que permitam o ajuste da velocidade de rotação do motor, em função da curva de moagem, para reduzir o consumo de energia. 11.4 USO RACIONAL DE ÁGUA - Instalação de válvulas automáticas no circuito de água, de modo a prevenir vazamentos; - Utilização de sistema de pressurização (ar/água) com válvulas tipo gatilho nas mangueiras empregadas para a lavagem de pisos e equipamentos; - Utilização de piso que permita a limpeza a seco; - Reaproveitamento da água em lavadores de gases e pós; - Reaproveitamento da água tratada para lavagem dos moinhos e linhas de esmaltação; - Reaproveitamento da água tratada para umidificação da argila; - Segregação da água pluvial do efluente bruto. 11.5 USO RACIONAL DE ENERGIA - Redução do espaço entre o secador e o forno para evitar resfriamento da peça crua antes do processo de queima; - Reaproveitamento do ar quente liberado dos fornos para aquecimento de água e em processos de secagem; 33 - Utilização de queimadores de alta velocidade, que melhoram a eficiência da combustão e a transferência de calor; - Otimização do aproveitamento da iluminação natural nas áreas de produção, com adoção de telhados tipo “shed” europeu ou telhados com telhas translúcidas; - Otimização do uso de empilhadeiras e redução do consumo de combustíveis das mesmas, por meio do planejamento dos estoques de produtos, de modo a dispor aqueles de maior saída em locais de fácil e rápido acesso. 11.6 RESÍDUOS - Incorporação do lodo em processos de fabricação de tijolos ou de agregados de argila expandida; - Incorporação das raspas e fragmentos de peças cruas, geradas no processo, à massa de argila, como matéria-prima no processo; - Reutilização de moldes de plástico na indústria de cimento; - Reutilização de peças quebradas já queimadas, como cascalho ou decoração na pavimentação de pátios da empresa. 34 12. CONCLUSÃO Pode-se concluir que de todos os materiais, a cerâmica é aquele que acompanha o homem há mais tempo, mas que ainda hoje é um objeto de grande estudo para os cientistas. Devida a abundância de matérias-primas e disponibilidade de tecnologias práticas embutidas nos equipamentos industriais fizeram com que as indústrias brasileiras evoluíssem rapidamente e vários tipos de produtos cerâmicos atingissem nível de qualidade mundial .Atualmente, a indústria cerâmica desempenha um importante papel na economia do Brasil, com participação estimada em 1% no PIB (Produto Interno Bruto), correspondendo a cerca de 6 bilhões de dólares. A indústria da cerâmica no Brasil é formada por mais de 7 mil empresas do setor, gerando cerca de 400 mil empregos diretos e mais de 1,25 milhões de indiretos. É um setor que se destaca pela ocupação de mão-de-obra intensiva e por manter os trabalhadores longe dos grandes centros urbanos, como agente eficaz contra o êxodo rural. A indústria também responde pela fabricação de bilhões de tijolos, blocos, telhas, tubos entre outros materiais que compõem acima de 90% das alvenarias e das coberturas construídas no Brasil. Conclui-se então, que a área da cerâmica exige ainda muitos estudos e pesquisas, particularmente em relação á cerâmica avançada, para que se possa ser superadas as dificuldades atuais de processamento e também um melhoramento das propriedades físicas químicas e mecânicas desse material, o que tornará a cerâmica um dos materiais mais utilizados na indústria, nas residências, na medicina, na aeronáutica, etc. 35 13. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA 13.1. 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LIVROS • Telecurso 2000 Profissionalizante – Mecânica – Materiais – Editora Globo. • Princípios de Ciências e Tecnologia dos Materiais – Lawrence H. Vanvlack – Tradução da 4º Edição - Editora Campus. 37