I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul Soledade, RS 06 a 08/05/

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1 I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul Soledade, RS 06 a 08/05/ NANO MOINHO: PROJETO E PESQUISA DE NOVOS EQUIPAMENTOS PARA A OBTENÇÃO E PROCESSAMENTO DE NOVOS MATERIAIS: ESTUDO DE CASO DO DOMÍNIO TECNOLÓGICO DA MOAGEM ULTRAFINA, ATRAVÉS DE MOINHO DE BOLAS PLANETÁRIO NO DESENVOVLIMENTO DA TECNOLOGIA DO PÓ DE TURMALINA. Edson Silva Xavier 1 ; José Maria Leal 2 ; Maria Bernadete Teixeira 3, Mara Guerra 4 1 UEMG HUedson.xavier@gmail.comUH ; 2 UEMG HUjmlealbh@ig.com.brUH ; 3 UEMG HUdesignjoias@gmail.comUH ; 4 UEMG HUmaraguerrak@gmail.comUH Resumo: Este artigo tem por finalidade demonstrar a importância e necessidade do domínio e equiparação tecnológica para que países em desenvolvimento sejam capazes de realizar pesquisas e produção de novos materiais. È baseado no processo de desenvolvimento do moinho planetário de bolas, para moagem ultrafina através de processo mecânico. Equipamento esse em processo de patente e oriundo da tese de doutorado de Leal (2008) -, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina. Este equipamento não é o foco principal da pesquisa, mas teve de ser desenvolvido para que a mesma pudesse ser realizada, isto, devido à inexistência de equipamento nacional do qual pudesse obter uma moagem ultrafina. Todo o processo de desenvolvimento seguiu a metodologia abordada no design e desenvolvimento de novos equipamentos: Testes laboratoriais, construção de protótipos, modelos e mock ups, além da pesquisa de sistemas mecânicos que pudessem realizar o processo de moagem. O seu projeto de produto, produção em larga escala e análise ergonômica se deu no projeto Da Gema realizado pelo Centro Minas Design (CMD), num programa de atuação setorial e com parceria do Centro de Design de Gemas e Jóias (CEDGEM) da universidade do estado de Minas Gerais (UEMG). Palavras-Chave: Design de produtos; Engenharia de produção; Engenharia de materiais; Desenvolvimento de tecnologia; Construção de Máquinas e equipamentos. Abstract: This paper aims to demonstrate the importance and necessity of the treatment area and technology to developing countries are able to conduct research and production of new materials. It is based on the development process of the planetary ball mill for ultrafine grinding by mechanical process. Equipment that in the patent process and come from the doctoral thesis LEAL, JM, Development of Technology of tourmaline powder, Development of Technology of tourmaline powder, This equipment is not the main focus of the research, but had to be developed so that it could be done, that due to lack of equipment to which national could obtain an ultrafine grinding. The whole development process followed the methodology addressed in the design and development of new equipment: laboratory testing, construction of prototypes, models and mock'ups beyond the search for mechanical systems that could perform the process of grinding. The design of product, large scale production and analysis in the ergonomic design was done by Da Gema CMD, Central Minas Design, a program of action and sectoral partnership with the CEDGEM UEMG. Keywords: Design of products, production engineering, materials engineering, technology development, manufacture of machinery and equipment.

2 1. Introdução Este artigo resulta de projetos de inclusão do design de gemas e jóias no setor joalheria na região do vale do Jequitinhonha e empresas de Belo Horizonte: Da Gema, realizado pelo CMD, Centro Minas Design, num programa de atuação setorial. Com duração de seis meses, compostos por mestres e designers alunos do curso de Pós -graduação em Design de Gemas e Jóias Da UEMG, Universidade do Estado de Minas Gerais, e contemplando 20 empresas da região, gerou projetos de produtos e protótipos apresentados à Secretária de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior do estado de Minas Gerais em 11 de Dezembro de O estudo teve por finalidade demonstrar a importância e necessidade do domínio e equiparação tecnológica para que países em desenvolvimento sejam capazes de realizar pesquisas e produção de novos materiais. É baseado no processo de desenvolvimento do moinho planetário de bolas, para moagem ultrafina através de processo mecânico. Equipamento esse em processo de patente e oriundo da tese de doutorado de Leal (2008) - Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Este equipamento não é o foco principal da pesquisa, mas teve de ser desenvolvido para que a mesma pudesse ser realizada, isto, devido à inexistência de equipamento nacional do qual pudesse se obter uma moagem ultrafina.todo o processo de desenvolvimento seguiu a metodologia abordada no design e desenvolvimento de novos equipamentos:testes laboratoriais, construção de protótipos, modelos, mock ups, além da pesquisa de sistemas mecânicos que pudessem realizar o processo de moagem. Culminou em uma série de cartas patentes e no domínio tecnológico de um processo e tipo de moagem só conseguida com uso de equipamentos importados. O equipamento (protótipo funcional) se encontra no laboratório da universidade Federal de Ouro Preto - UFOP, sendo o único de produção e tecnologia brasileira presente em laboratórios e centros de pesquisa brasileiros. Seu projeto de design e sua adequação para a produção, em larga escala, foi realizado em parceria com a universidade do Estado de Minas Gerais- UEMG em projeto de inserção do design em empresas de joalheria, coordenado pelos mestres Maria Bernadete Teixeira e Adriano Aguiar Mol, pelo centro Minas Design CMD. Esse estudo mostra a importância de trabalhos e atividades interdisciplinares e envolveu as seguintes áreas do conhecimento: Engenharia mecânica, engenharia de materiais e design de produtos objetivando a construção e detenção de uma tecnologia em um campo no qual o Brasil não possui equipamentos que possam suprir a demanda das pesquisas e empresas que necessitam desse tipo de tecnologia. 0B2. Metodologia O método de trabalho proposto para o projeto foi baseado em metodologia própria, e já aplicado em diversos projetos de pesquisas desenvolvido pelo Centro de Estudos e Pesquisas em Design de gemas e jóias CEDGEM- UEMG e adotada no desenvolvimento de máquinas e equipamentos. A Figura 1 demonstra de maneira sintética as etapas metodológicas. 2.1 Tendo como ponto de partida um raciocínio básico: formulação > análise > síntese > geração de idéias > avaliação > seleção > execução, foi desenvolvido o processo metodológico seguir, cada qual com sua especificidade Conceitualização do projeto Estabelecido a partir das diretrizes indicadas pelo cliente, mediante recomendações e de desenvolvimento que enfatiza o equipamento proposto Estudo Volumétrico, antropométrico e ergonômico. Enfatiza o equipamento proposto em relações de proporção, usabilidade, e modularidade, estabelecendo diretrizes de estudo onde o usuário e suas relações com o equipamento é o principal enfoque Análise crítica dos conceitos adotados e viabilidade técnica Aborda todos os dados coletados e pesquisados nos processos anteriores. Os dados inerentes são dispostos e adequados ao processo técnico para o início da execução matemática do modelo proposto para o equipamento Desenvolvimento dos estudos do projeto em matemática volumétrica O equipamento proposto em sua estrutura preliminar é iniciado em modelo matemático desenvolvido em plataforma CAD (3D), sendo então modelado verificando seu funcionamento, morfologia, montagens, processo e materiais Desenvolvimento aplicado

3 Após serem selecionadas as alternativas que melhor atendem o equipamento proposto, em seus aspectos principais, devidamente aprovados pelo cliente, o modelo matemático e sujeito à depuração e apropriado para geração de modelos virtuais, mock-ups ou protótipos (Ex: SLS Sinterização seletiva a laser), adequação e produção de ferramental etc Documentação técnica preliminar Nesta etapa do desenvolvimento do equipamento proposto é elaborada a primeira fase da documentação técnica para o fim de cotação dos valores de produção e auxilio aos primeiros protótipos funcionais ou cabeças de série Revisão projetual Confeccionado os primeiros protótipos e ou cabeças de série, o projeto global é revisado. Sendo identificadas e consideradas novas alterações, o projeto em seu conteúdo foi acertado e devidamente atualizado Documentação técnica final Tendo em vista a revisão projetual concluída, uma nova série da documentação técnica foi elaborada atualizando o projeto no aspecto documental. Finalizada esta etapa, o material técnico é disponibilizado para o cliente. Figura 1. Etapas da metodologia aplicada. Fonte: CEDGEM-UEMG 3. NANO Moinho: Conceituação e Projeto da Moagem Mecânica Ultrafina Via Sistema Planetário Partindo da necessidade de desenvolver um equipamento com o qual fosse possível obter uma moagem ultrafina, porém de baixo custo de produção e operação. O pesquisador e inventor do equipamento, José Maria Leal, optou por utilizar um sistema de engrenagem dispostas em posição planetária com a polia mestra disposta no centro (sol) e alimentando polias menores (Planetas) de forma aumentar o movimento e força fornecida pela fonte alimentadora. Solução que possibilitou o aumento da atuação das esferas ou material abrasivo dentro dos copos de moagem. Esse sistema simples e de grande eficiência também foi patenteado. A Figura 2 demonstra a composição descrita acima. Figura 2. Protótipo experimental do sistema planetário de moagem ultrafina do NANO MOINHO. Fonte: cortesia José Maria Leal A partir dessa conceituação a equipe do projeto Da Gema trabalhou no desenvolvimento tridimensional desse equipamento para que pudesse ser realizados diversos testes a respeito dos aspectos técnicos e ergonômicos. Assim como sua adequação ao processo produtivo e normas vigentes, as NBR s.

4 Figura 3. Projeto, para produção em larga escala e dentro das normas NBR s vigentes, do sistema de moagem planetário do nano moinho. Fonte CEDGEM-UEMG Essa definição quanto ao uso de um sistema mecânico, e de testes realizados, possibilitou o desenvolvimento de uma estrutura de moagem de baixo custo dentro das exigências e capacidades do processo produtivo e da plataforma tecnológica da empresa fabricante do equipamento: a GTTC- Gems Trust Trade Center de belo Horizonte. Esse sistema tem custo de execução e operação mais acessível se comparado a outros sistemas de moagem ultrafina. Adequando se a necessidade de obter o pó da turmalina utilizando tecnologia nacional. 1B4. Seleção de Novos Materiais e Processos no Desenvolvimento do Moinho Planetário de Bolas- NANO Moinho- Aspectos Técnicos e Produtivos. Vencida a etapa de desenvolvimento de um sistema mecânico do qual se pudesse obter o pó da turmalina ou de outros minerais na qualidade ultrafina, deparou se com o problema de falta de equipamentos e processos adequados para produzir o sistema planetário utilizando se engrenagens de aço. A necessidade de se testar a melhor relação de engrenagens tornaria o desenvolvimento difícil e de alto custo, isto, devido ao preço e necessidade de equipamento especifico tais como; torno mecânico e fresadora ferramenteira, para a produção de tantas engrenagens. A solução encontrada e o projeto desenvolvido visam usar polias para facilitar a produção, pois, as mesmas, necessitam única e exclusivamente de um torno mecânico para sua execução. Como o tempo de produção é de cerca de cinco vezes menor, e, aliando a escolha do náilon como matéria prima, material termoplástico com características auto lubrificante, boa aderência e contato, ao invés do aço, permitiram solucionar problemas relativos à perda de tração da substituição de engrenagens por polias. As figuras 4 e 5 mostram as polias de nylon. Figura 4. Teste sobre eficiência de relação e transmissão de polias de Náilon. Fonte: Cortesia José Maria leal Figura 5. Teste de moagem do conjunto montado do protótipo para testes. Fonte: Cortesia José Maria leal

5 2B5. Desenvolvimento do Design do Produto: Aspectos Ergonômicos, Estético Funcional e Produtivo do NANO Moinho - Adequação e Viabilização Produtiva do Protótipo Após etapas de viabilização técnica e tecnológica do moinho planetário de bolas, o projeto entrou na fase de adequação e viabilização produtiva do protótipo. Nesta etapa as características ergonômicas que fornecem: segurança, funcionalidade, facilidade de operação, transporte, limpeza e facilidade manutenção dentre outros diversos parâmetros foram colocadas a prova. Como é comum em todas as atividades de desenvolvimento de novas tecnologias aspectos ergonômicos e funcionais não são tão rigorosamente contemplados nas etapas primarias de desenvolvimento. Mas para sua inserção no mercado essas tecnologias passam por testes e re-projetos que visam prever todas as possíveis variáveis de comportamento do equipamento e seus sistemas. Testes demonstram que o re- projeto dos copos e sistema de moagem aumentou a confiabilidade, usabilidade e segurança do equipamento. Assim com a alça de travamento superior, Figura 3, eliminou vibrações e eventuais quebras dos braços suportes. Fator esse que poderia inviabilizar a comercialização do equipamento. O projeto já em etapa final procurou melhorar a eficiência do equipamento centralizando suas informações em um painel único e central. Escolhemos uma composição estética formal que valorizasse o apelo tecnológico do equipamento, seu caráter inovador e que além de tudo proporcionasse estabilidade para o equipamento, que por trabalhar com moagem, poderia sofrer com grandes índices de vibração e provocar altas taxas de ruído. Esses problemas foram solucionados com o projeto de uma carcaça que diminui a vibração do equipamento com auxilio de áreas e nervuras de alívio e sem perder seu apelo estético. As Figuras 6 e 7 mostram o projeto e montagem do produto final. Figura 6. Modelagem matemática e produção do produto final para comercialização. Fonte: Cortesia José Maria leal e CEDGEM- UEMG Figura 7. Foto Produto final para comercialização: Moinho Planetário de bolas - NANO Moinho. Fonte CEDGEM- UEMG

6 6. Resultados Obtidos Equiparação tecnologia e domínio de tecnologia para obtenção de moagem ultrafina por processo mecânico; Possibilidade de estudos de novos materiais, moagem ultrafina de minerais utilizando tecnologia nacional; Possibilitou os testes necessários a tese de doutorado de Leal (2008) - Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina; O equipamento além de gerar patentes próprias foi responsável no desenvolvimento de novos produtos e patentes oriundos do estudo do pó da Turmalina; É exemplo da importância do design aplicado a atividade de desenvolvimento de novos materiais, equipamentos e no estudo de minerais e recursos naturais nacionais; Fomento de novos pesquisa e estudos gemológico e de aplicação de minerais; Possibilitou ao CEDGEM UEMG atuar de maneira e integrada com outras áreas do conhecimento, que permeiam o design de gemas e jóias. Contribuir para o avanço da pesquisa e desenvolvimento de tecnologias no estado de Minas Gerais e no Brasil 7. Conclusão Este estudo aborda a importância do investimento no desenvolvimento integrado de novas tecnologias, processos e materiais. E as possibilidade que este tipo de pesquisa trás para a sociedade: seja no desenvolvimento de novos produtos quanto no desenvolvimento de novos processos. Também alerta ao fator limitador que a falta de avanço tecnológico trás para a sociedade. A tese de doutorado de LEAL, J.M. Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, 2008 correu o risco de não ser realizada devido à falta de maquinário e equipamento para a realização da mesma. Atenta se para importância de pesquisas de desenvolvimento de equipamentos e tecnologias que possam atuar como fator facilitador de outras pesquisas de forte cunho acadêmico. Este artigo deixa registrado a importância da necessidade de investimentos em bens de capital, máquinas e equipamentos e novas tecnologias que são pontos base e limitantes do avanço social e econômico das sociedades modernas. 8. Referências bibliográficas LEAL, J.M. Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, Tese de Doutorado. ADEODATO, F.J.F;VIDAL, F.W.H. Desenvolvimento de Máquinas e Equipamentos Para A Produção da Pedra Cariri,2005. CT Trabalho apresentado no I Congresso Internacional de Rochas Ornamentais realizado no período de 20 a 23 de fevereiro de 2005, Guarapari, ES. XAVIER, E.S; LEAL, J.M; TEIXEIRA, M.B; MOL, A.A; SANTOS, L.B. Projeto e pesquisa de novos equipamentos para a obtenção e processamento de novos materiais: Estudo de caso do domínio tecnológico da moagem ultrafina,através de moinho de bolas planetário no desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina. XVI Seminário de Iniciação Cientifica da UFOP, 2008 OLIVEIRA, M. G. ; ROZENFELD, H.. Desenvolvimento de um modelo para priorizar projetos de desenvolvimento de produtos. In: 6º CBGDP: 6 Congresso Brasileiro de Gestão de Desenvolvimento de Produto, 2007, Belo Horizonte - MG. 6º CBGDP: 6 Congresso Brasileiro de Gestão de Desenvolvimento de Produto. Belo Horizonte : UFMG, SARTORI, S. ; SHIRAISI, L. E.. Desenvolvimento Experimental de Produto - Análise de um Caso Prático em Máquinas Agrícolas (Apresentação de Trabalho/Simpósio).