A figura 4.1. apresenta o resultado da TG do resíduo da pintura eletrostática. Pôde-se observar que até a temperatura, em torno de 3000C, o material é estável. A partir desta
temperatura começa haver perda de massa, ou seja, o resíduo começa a se decompor. Assim, na elaboração da areia de macharia, a temperatura máxima de trabalho será inferior a 3000C.
Figura 4.1.: Gráfico demonstrativo da perda de massa do resíduo de tinta em função do aumento de temperatura.
4.2. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA DA AREIA, DA TINTA EM PÓ PARA PINTURA ELETROSTÁTICA E DO RESÍDUO DE TINTA PELO MÉTODO DE PENEIRAMENTO
Para o peneiramento da areia de macharia que foi utilizada em todo o processo, foi usada uma série de peneiras de 48 (300m), 60 (250m), 100 (149m), 270 (53m), 325 (44m) e 400 mesh (37m). Como convenção usa-se “-” para passagem e “+” para bloqueio. Os resultados obtidos nos três testes, com 10,00g de areia em um peneiramento de 15 minutos, estão expressos na tabela 4.1:
Tabela 4.1.: Faixa de granulometria com areia de macharia com duração de 15 minutos no peneirador.
Peneiras (mesh)
1º teste
retida (%) 2º teste retida (%) 3º teste retida (%) Média (%) padrão Desvio (%) +48 55,10 54,08 58,16 55,7 2,12 -48+60 19,39 19,39 17,35 18,71 1,18 -60+100 19,39 20,41 17,35 19,05 1,56 - 100 + 270 1,02 1,02 1,02 1,02 0,00 - 270 + 325 2,04 2,04 3,06 2,38 0,59 - 325 + 400 1,02 1,02 1,02 1,02 0,00 - 400 2,04 2,04 2,04 2,04 0,00
Comparando os três testes granulométricos realizados com a areia, pode-se observar que apresentam percentagens bem próximas de areia retida em todas as peneiras, por isso, um desvio padrão baixo nas peneiras em mesh 48 (300m), 60 (250m) e 100 (149m), sendo que, nas peneiras 270 (53m) e 400 mesh (37m) nem houve esse desvio e na peneira de 325 mesh (44m) o desvio foi muito baixo.
Como no segmento da fundição é adotado um conjunto específico de 12 peneiras para se realizar a granulometria da areia, foi montada a série de peneiras, 6(3350m), 12(1700m), 20(850m), 30(600m), 40(425m), 50(300m), 70(212m), 100(150m), 140(106m), 200(75m) e 270 mesh (53m).e realizados em triplicata os testes, sendo os resultados expressos na tabela 4.2.
50 Tabela 4.2.: Faixa de granulometria com areia de macharia com duração de 15 minutos no peneirador.
1º Teste 2º Teste 3º Teste
Média (Retido %) Desvio Padrão (Retido %) Peneiras ASTM Abertura
(m) Retido% Produto (%) Retido% Produto (%) Retido% Produto (%) Fator
6 3350 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 0,00 0,00 12 1700 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 5 0,00 0,00 20 850 0,02 0,20 0,03 0,29 0,02 0,20 10 0,02 0,01 30 600 3,38 67,60 3,39 67,80 3,39 67,80 20 3,39 0,01 40 425 21,67 650,10 21,65 649,50 21,61 648,30 30 21,64 0,03 50 300 42,19 1687,60 42,16 1686,40 42,18 1687,20 40 42,18 0,02 70 212 24,25 1212,50 24,26 1213,00 24,28 1214,00 50 24,26 0,02 100 150 7,91 553,70 7,93 555,10 7,93 555,10 70 7,92 0,01 140 106 0,50 50,00 0,45 45,00 0,46 46,00 100 0,47 0,03 200 75 0,04 5,60 0,07 9,80 0,06 8,40 140 0,06 0,02 270 53 0,02 4,00 0,04 8,00 0,03 6,00 200 0,03 0,01 Fundo 0,02 6,00 0,02 6,00 0,04 12,00 300 0,03 0,01 Soma 100,00 4237,30 100,00 4240,89 100,00 4245,00
Módulo de finura (AFS) 42,4 42,4 42,5
Comparando os três testes granulométricos realizados com a areia, pode-se observar que eles também apresentam percentagens de areia retida muito próximas em todas as peneiras, o que aponta para um desvio padrão médio de zero.
O módulo de finura da areia foi determinado através da equação:
Onde: MF = Módulo de finura da areia S3 = Somatório dos produtos
S2 = Somatório das porcentagens Produto = Fator x % retido
Fator = Convenção adotada pela AFS
Logo, o resultado do módulo de finura da areia foi igual a 42,2 AFS, ou seja, é considerada uma areia grossa.
Segundo MATESO (2006), uma areia é considerada grossa quando o seu módulo de finura é menor que 50 AFS (American Foundry Society) e geralmente superior a 30 AFS. A areia de módulo entre 50 AFS a 70 AFS é dita média. Entre os módulos 70 AFS e 100 AFS têm-se areias finas. As muito finas estão entre 100 AFS e 150 AFS e as finíssimas acima de 150 AFS. Assim, pelos resultados obtidos, pôde-se classificar a areia de macharia usada como grossa, pois uma concentração granulométrica maior que 50% ficou retida.
Quanto à tinta em pó e o seu resíduo (sobras do processo de pintura), as percentagens não deram tão próximas quanto ao que se observou no teste com a areia de macharia. Os resultados obtidos revelaram um desvio padrão alto em todos os resultados. A série de peneiras utilizadas foi de, em mesh: 100 (149m), 270 (53m), 325 (44m), 400 (37m), 500 (25m), pois como dito, a tinta e o seu resíduo apresentam grãos mais finos que a areia de macharia.
Para o teste, em que se realizaram três peneiramentos de 10,00g de tinta em 5 minutos, e três peneiramentos com resíduo nessas mesmas condições, os resultados estão expressos nas tabelas 4.3 e 4.4:
Tabela 4.3.: Peneiramentos com 10,00g de tinta em pó com duração de 5 minutos no agitador.
Peneiras (mesh)
1º teste
retida(%) retida(%) 2º teste retida(%) 3º teste Média (%) padrão Desvio (%) +100 0,94 0,94 3,77 1,88 1,63 - 100 + 270 20,75 23,58 35,85 26,73 8,03 - 270 + 325 19,81 18,37 28,30 22,16 5,37 - 325 + 400 32,08 44,34 26,42 34,28 9,16 - 400 + 500 22,64 8,49 4,72 11,95 9,45 - 500 3,77 3,77 0,94 2,83 1,63
Nos três testes, observou-se que entre o primeiro e o segundo peneiramento, as taxas de variação de percentagem de tinta retida nas três peneiras com aberturas maiores foram pequenas. Mas na peneira de 400 mesh (37m), que tem abertura menor, houve um aumento da variação da percentagem, comparando o segundo com o primeiro peneiramento. Na peneira de 500 mesh (25m) houve uma brusca variação, diminuindo a percentagem só para o para o 2º e 3º teste. Já no fundo da série de peneiras, a percentagem deu a mesma, indicando que as frações mais finas das duas amostras estavam em quantidade idêntica.
Ao comparar o terceiro peneiramento com os dois anteriores, todas as percentagens em todas as peneiras apresentaram alta taxa de variação. As percentagens aumentaram nas três peneiras de aberturas maiores e diminuíram nas três peneiras de aberturas menores, indicando assim que, comparado aos demais, no terceiro teste a tinta estava com grãos mais grossos.
Nos três peneiramentos de três amostras de resíduo de tinta os resultados deram muito mais divergentes conforme tabela 4.4. Apenas as frações mais finas de cada peneiramento deram percentuais bem próximos, comparados aos outros. O que se observou foi que o resíduo apresentou um aumento no percentual, quando retido na peneira de 270 mesh (53m), a segunda peneira de maior abertura na montagem das peneiras, implicando que a amostra do terceiro peneiramento apresentava frações mais grossas em relação aos peneiramentos anteriores.
Tabela 4.4.: Peneiramentos com 10,00g de resíduo de tinta com duração de 5 minutos no agitador.
Peneiras (mesh)
3º teste
retida(%) retida(%) 3º teste retida(%) 3º teste Média (%) padrão Desvio (%) +100 0,97 4,07 0,94 1,99 1,80 - 100 + 270 20,39 55,28 81,13 52,27 30,48 - 270 + 325 28,15 27,64 10,38 22,06 10,12 - 325 + 400 42,72 9,76 3,77 18,75 20,97 - 400 + 500 5,82 1,63 1,89 3,11 2,35 - 500 1,94 1,63 1,89 1,82 0,17
Com todos esses resultados insatisfatórios sobre oscilações nas taxas de variação percentuais da tinta, e do seu resíduo, utilizando a mesma amostra, buscaram-se informações em como melhor realizar análises granulométricas em tinta em pó para pintura eletrostática. O peneiramento não é muito apropriado, pois essa agitação causa um aumento de cargas eletrostáticas nos grãos da tinta, que se comporta de forma diferente em cada grão. Grãos maiores podem vir a adquirir mais cargas e esse resultado provoca diversas alterações nos resultados. Por isso, não se deve servir do peneiramento para analisar a tinta e nem o seu resíduo quanto à granulometria.
4.3. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA A LASER DA TINTA EM PÓ, DO RESÍDUO DA TINTA E DO RESÍDUO TRITURADO DESSA TINTA.
De acordo com os resultados apresentados com a tinta em pó virgem e com o seu resíduo em testes granulométricos, através do peneiramento, realizou-se a análise granulométrica em duplicata, através do método de análise granulométrica por difração de raios laser, incluindo o resíduo da tinta na forma original e triturada. Os resultados dos testes foram plotados e apresentados em gráficos nas figuras 4.2 e 4.3.
Figura 4.2.: Gráficos dos testes de análise granulométrica a laser da tinta em pó virgem
As duas amostras de tinta em pó virgem concentraram uma granulometria na faixa de 20µm a 60µm, podendo ser observado um pico de próximo de 40µm e depois sendo verificado uma diminuição percentual lenta. Uma diferença mínima na granulometria entre a tinta em pó virgem A (amostra A) e a tinta em pó virgem B (amostra B) pode ser notada ao longo de quase toda a extensão entre as duas curvas. A amostra A apresenta percentual do volume retido mais elevado, porém, visualmente esta diferença não é significativa e comparando as duas amostras percebeu-se que estão consideravelmente na mesma faixa granulométrica.
Figura 4.3.: Gráficos dos testes de análise granulométrica a laser dos resíduos de tinta virgem (A e B) e do resíduo (A e B) triturado.
Ao comparar os testes, nota-se que os resultados com a tinta em pó, com o resíduo e com o resíduo triturado foram bem semelhantes nas duplicatas de amostras, de acordo com os gráficos apresentados.
Para o resíduo da tinta em pó as duas amostras apresentaram um pico próximo de 10µm. Observou-se após esse pico uma diminuição da percentagem nas duas amostras até 120µm e uma pequena elevação posterior a partir dessa granulometria.
O resíduo triturado apresentou resultados próximos aos resultados obtidos com o resíduo da tinta nas amostras A e B, observou-se uma diminuição brusca após 10µm até 30µm e uma pequena elevação seguida de uma diminuição entre 40 e 110µm. Em relação ao resultado obtido com o resíduo, observa-se uma granulometria um pouco menor, pois, o resíduo de tinta em pó triturado apresentou maior percentagem em granulometrias menores, ou seja, maior teor de finos. Observa-se nas duas amostras que a granulometria também se enquadra entre 0 e
20µm mas, se comparado ao resíduo, o pico dos gráficos que expressam as percentagens retidas do resíduo triturado encontra-se mais próximo do 0µm.
Essa proximidade dos resultados dos testes do resíduo da tinta e do resíduo triturado também se deve ao fato de que a trituração foi realizada manualmente, o que poderia diminuir a eficácia desta. Mas ainda assim é possível observar um maior teor de finos presentes nos grãos do resíduo triturado. E o mais importante, observou-se claramente a diferença granulométrica entre a tinta em pó e o resíduo da tinta. Adistribuição granulométrica obtida da tinta ficou entre 20 e 60µm enquanto que a distribuição granulométrica do resíduo ficou entre 0 e 20µm. Ou seja, o resíduo é contido de grãos mais finos se comparado à tinta. Haja vista que o resíduo capturado num processo de pintura eletrostática (over spray) corresponde aos grãos que não se aderiram à peça metálica por apresentar granulometria mais baixa, pode-se dizer que, na análise realizada através da difração de raios laser, os resultados obtidos correspondem ao esperado em termos comparativos entre as granulometrias do resíduo e da tinta em pó.
4.4. TESTES DE SOLUBILIDADE
A finalidade desse teste foi a de se estabelecer um solvente que realizasse a molhabilidade da mistura sem dissolver o resíduo de tinta em pó. Observou-se que a tinta não se dissolveu totalmente em nenhum dos três solventes utilizados. A água, solvente polar, praticamente não solubilizou nada da tinta em pó. Depois de misturados os 10,00mL de água com 0,1g de tinta com um bastão de vidro e deixado em repouso, observou-se pequenos grãos avulsos dispersos no líquido na superfície e a formação de pequenas aglomerações de tinta. À medida que se adicionou mais água, os grãos ficaram mais dispersos e visíveis no líquido.
Com álcool etílico absoluto, solvente de caráter fracamente polar, observou-se o mesmo resultado. Claramente, o líquido não dissolveu a tinta, mesmo após adicionar mais álcool etílico absoluto. O tolueno, que possui caráter apolar, a princípio pareceu ser um solvente para a tinta em pó. Ao misturar 10,00mL de tolueno com 0,1g de tinta, o solvente aparentemente dissolveu toda a tinta, mas após deixar o béquer em repouso, observou-se uma pequena quantidade de grãos ao fundo. Com 20,00mL de tolueno o resultado foi o mesmo, ainda restando uma
pequena quantidade de tinta ao fundo do béquer. Por isso foram adicionados mais 10,00mL ao béquer, agora com 30,00mL. Como resultado, a aglomeração da tinta demonstrou ter aumentado. Foi adicionado então mais 10,00mL de tolueno e com 40,00mL, aumentando ainda mais a aglomeração da tinta. Para analisar claramente o resultado, foi realizada uma filtração simples. O que restou ao papel de filtro foi pesado, ficando retido no papel 0,1g de tinta em pó. Ou seja, o tolueno apenas aparentou dissolver a tinta, mas não houve a dissolução. Isso já era esperado, pois a tinta em pó é isenta de solventes orgânicos, não precisando destes para ser aplicada. A quantidade de componentes que a tinta em pó é constituída é um fator que influencia na análise de sua polaridade. Com todos os seus componentes, ela possui uma polaridade específica, dificultando a descoberta de um líquido que irá solvatá-la totalmente. Mas como a tinta em pó é isenta de solvente, os testes de solubilidade não tiveram relevância no procedimento total.
De acordo com o que foi observado, ficou definido um material para a formação de um corpo de prova com resíduo de tinta e areia de macharia. A água funcionaria para apenas formar uma liga entre o resíduo e a areia, sem solubilizar o resíduo de tinta. Como é um solvente abundante, não há problema na sua utilização uma vez também que se usaria baixa quantidade desta.
4.5. TESTES DE PRENSAGEM
Os testes realizados mostraram que a seco não se formou liga entre a tinta em pó e areia de macharia. Contudo, ao se adicionar a água houve a liga na mistura.
Para formar os machos, era necessário que os grãos estivessem ligados e assim, essa liga ser colocada ao molde que posteriormente seria aquecido. O resíduo da tinta em pó é o componente que deve atuar como ligante dos grãos de areia na mistura, utilizando também uma quantidade baixa de água.
4.6. PRIMEIRA ETAPA - FABRICAÇÃO DOS MACHOS EM LABORATÓRIO PARA PROCESSO DE FUNDIÇÃO
Primeiramente desenvolveu-se o material que seria utilizado para formar os corpos de prova. Depois do procedimento realizado com três misturas do teste de prensagem, foi observada na cápsula que continha o primeiro teste (10,00g de areia e 0,1g de resíduo) que a areia ficou ao fundo por ser mais densa e o resíduo à superfície, se ligando apenas a poucos grãos de areia. Nas cápsulas que continham o quinto e o décimo teste (0,5g e 1g de resíduo, respectivamente e 10,00g de areia para ambos) ao fundo continha uma fina película de resíduo com poucos grãos de areia nela misturados, na superfície uma película contendo apenas o resíduo e entre as duas, uma camada de areia que não se misturou. Como o resultado não foi satisfatório, algumas condições teriam que ser mudadas, como a temperatura e a quantidade do resíduo.
Ao realizar o próximo teste, com 60,00g de areia, 6g de tinta pura e 6,0mL de água, como resultado a água deu liga a mistura, deixando-a bem homogênea. Então, como foram retiradas quatro amostras desse teste e colocadas em cadinhos, que foram levados a quatro diferentes temperaturas: 100ºC; 150ºC; 200ºC e 400ºC por 30 minutos. A 400°C, a liga perdeu a coloração azul da tinta e ficou esbranquiçada, ficando mais clara que a areia. Além disso, seus grãos se soltaram, perdendo então o aspecto de liga. A 100°C e a 150°C, a mistura endureceu e os grãos que estavam ligados permaneceram nesse estado, apresentando como resultado final, várias pequenas ligas endurecidas. Já a 200°C, a mistura petrificou, apresentando melhor resultado do que a 100ºC, pois foi obtida uma só liga, sendo que poucos grãos não se juntaram à liga. A coloração azul permaneceu a mesma.
Ao realizar o mesmo teste com o resíduo, o resultado foi tão satisfatório quanto o teste feito com tinta pura. A liga endureceu e apresentou-se bem resistente.
Assim, com o material formado, os corpos de provas começaram a ser produzidos. Os primeiros, com 10% e 5% de resíduo que foram levados à mufla durante 30 minutos a 200ºC apresentaram-se muito rígidos e resistentes à extração, sendo necessário utilizar um martelo para alcançar esse objetivo. Com 2,5% de resíduo foi observado que para tirá-lo do molde
houve certa dificuldade, uma vez que ao se usar pouco resíduo, a areia fica mais em contato com o metal. Essa dificuldade também é causada pelo tipo de areia utilizada, que foi uma areia grossa, como comprovado pela análise granulométrica realizada, a mesma areia utilizada no processo de fabricação.
Com 1% de resíduo e 30 minutos na mufla (a 200ºC), o resultado obtido foi um corpo de prova de baixa resistência, e muito frágil. Mas ao tentar se formar um macho sem a utilização do resíduo, o corpo não se formou, pois a água evaporou e restaram apenas grãos de areia na mufla.
Quando se reduziu a temperatura para 100ºC, utilizando 5% de resíduo (no mesmo tempo de 30 minutos), o teste foi satisfatório. Com resultados eficientes, os procedimentos foram direcionados para a fabricação de machos industriais a fim de compará-los com corpos de prova produzidos em bancada.
De acordo com os três testes realizados com as condições que uma empresa utiliza para a produção de machos, o melhor tempo de produção foi de 2 minutos em bancada. Isso porque se trata de um processo de produção manual, menos eficiente que um processo automático. A temperatura foi de 200ºC.
Logo foram realizados testes com resíduo de tinta em pó e areia de macharia com a finalidade de igualar o tempo de produção ao tempo de formação de um macho industrial em bancada e também reduzir a quantidade de resíduo. Manteve-se a temperatura sempre a 200ºC.
O primeiro teste realizado desta série, com 2,5% de resíduo, a formação somente ocorreu após 10 minutos, que é um tempo de produção muito elevado. Aumentando então a quantidade de resíduo para 5% e variando a quantidade de água, o resultado mais satisfatório foi utilizando 1,0mL de água. O macho foi produzido com 2 minutos, tempo igual ao de produção de machos industriais. Com tempo de 1 minuto o macho não se formou totalmente, pois não ficou com o exato formato do molde.
O teste com 7,5% de resíduo e 1,0mL de água que teve duração de 1 minuto também formou um macho muito frágil, sendo o tempo de 1 minuto insuficiente. Mas o teste que teve 2 minutos de duração formou um macho de boa resistência, comprovado através da atividade de extração da caixa de moldação e manuseio, conforme a rotina desse processo.
Comparando o macho produzido com resíduo de tinta a pó com o macho produzido nas empresas, com resina nobre e catalisador, o tempo para o processo foi o mesmo. Apresentam também a mesma rigidez. Apesar do macho produzido com resina utilizar uma quantidade mais baixa dessa resina/catalisador em relação à quantidade de areia, a utilização do resíduo reduz os custos do processo.