ANO 6 Nº 06, AGOSTO Marcela da Silva Raimundo Marcelo Lançoni Marcelo de Oliveira Silva Emanuel Benedito de Melo

Transcrição

1 Ano 06 Marcela da Silva Raimundo Marcelo Lançoni Marcelo de Oliveira Silva Emanuel Benedito de Melo n. 06 A UTILIZAÇÃO DE MICRO ONDAS PARA MELHOR COMPACTAÇÃO E REDUÇÃO DE BOLHAS NAS CHAPAS DE MDF p Faculdade de Engenharia e Arquitetura FEA Centro Universitário Nossa Senhora do Patrocínio CEUNSP Salto-SP Adriana Petito de Almeida Silva Castro, Fernanda Otávia Dias A. Nascimento, Alexandre Vergel Ferreira, Rogério De Marchi - ASFALTOS NA PAREDE RevistaComplexus Instituto Superior de Engenharia Arquitetura e Design Ceunsp, Salto-Sp, Ano. 02, N.3, P.23-28, Maio de Disponível Em: 1

2 RESUMO O artigo apresenta as características do processo de fabricação de placas MDF, sua utilização e demanda crescente. O artigo cita máquinas que melhoram a eficiência do processo produtivo e a qualidade do MDF principalmente no que se diz respeito a bolhas e, apresenta um método inovador a partir de micro ondas com essa finalidade, juntamente com análise de viabilidade técnica e econômica. Palavras-chave: Painel de MDF.Qualidade, Micro ondas. Eucalyptus spp. 1. INTRODUÇÃO Este trabalho tem por objetivo avaliar o desempenho do equipamento micro ondas instalado na Linha de produção para melhor compactação das chapas de fibras de MDF e a redução das bolhas durante a prensagem, a produção de chapas de fibras com melhor qualidade. Analisar e discutir resultados tecnológicos da chapa de fibra com o uso do equipamento micro ondas. Os painéis de média densidade produzidos com fibras de madeira, conhecidos como painéis de fibra de média densidade ou medium density fiberboard (MDF), utilizam resinas à base de formaldeído (ou formol) para sua colagem. A resina mais utilizada na adesão das partículas pelas empresas é a resina ureia-formaldeído, que é formada pela polimerização de condensação das moléculas de ureia e formaldeído, apresentando como vantagens um melhor custo benefício em relação a outras resinas, tais como o baixo custo de produção, alta velocidade de cura, boa colagem das partículas de madeira, entre outras. A identificação das características desejadas pelo cliente e as tentativas de atingilas através de melhorias no processo produtivo e da comparação (Benchmarking) com o produto dos concorrentes garantem uma vantagem competitiva. Para um melhor controle da qualidade se faz necessário identificar uma ou no máximo duas características do produto que satisfaçam as necessidades dos principais clientes, e focar as melhorias no processo para atingir essas metas Os painéis de partículas de madeira possuem qualidades tecnológicas tais como: densidade, flexão, tração, densidade superficial, amplitude da variação de espessura, entre outras. Os painéis de MDF são um dos mais consumidos no mundo, entre os diferentes tipos de painéis. No período de 1995 a 2005, o consumo mundial cresceu à taxa média anual de 4,2%. No Brasil o consumo de painéis de madeira aumentou nesse período, em função da 72

3 qualidade dos produtos oferecidos e da escassez da oferta de madeira. Verificou-se maior substituição do compensado pelo MDF e pelo MDP do que a média mundial. Outro fator importante que contribuiu para dinamização do setor foi a melhora da conjuntura econômica, que juntamente com juros mais baixos aqueceu a demanda. Segundo a Revista da Madeira, em 1990 foram produzidos m³ de painéis de aglomerado e no ano 2000 ultrapassou m³. Sendo 80% da produção utilizada pela indústria moveleira, os outros 20% são utilizados na construção civil e na indústria de embalagens. Ainda segundo a Revista da Madeira (2009) a produção de painéis de madeira deve aumentar 66% em 2010 em relação a Para sustentar uma vantagem competitiva, as empresas devem decidir como se diferenciar dos concorrentes e agregar valor aos seus produtos. Assim sendo, elas devem desenvolver produtos inovadores com qualidade e reagir rapidamente às necessidades do cliente. No ambiente de mercado cada vez mais globalizado, onde o cliente tem uma grande oferta de produtos e serviços, torna-se necessário que as empresas desenvolvam produtos que ganhem à preferência do cliente e que produzam cada vez mais para atender a demanda do mercado. O equipamento micro ondas contribui para o aumento de velocidade e melhor compactação na produção de chapas de fibras e a redução de bolhas durante a prensagem, com a possibilidade de aumentar a carga produtiva. 2. DESENVOLVIMENTO ESTUDO DE CASO A fibra é originada pelo processo de desfibramento da madeira por um equipamento denominado desfibrador, também conhecido como pasta mecânica de refinador. O manuseio de madeira e a sua transformação em cavacos acontecem conforme os processos convencionais. As fibras de madeira são originadas de desfibradores pressurizados de alta capacidade, do tipo Asplund. Este equipamento opera com disco de 42-pol. (107 cm) de diâmetro a uma rotação de 1500 rpm, movido com motor de 3400 hp e pode produzir diariamente 75 a 200 toneladas de fibras secas. Atualmente existem, desfibradores maiores com motores de alta potência, que opera com discos de até 152 cm e podem processar diariamente até 720 toneladas de fibras secas. 73

4 Os cavacos são pré-aquecidos num digestor pressurizado para uma hidrólise parcial e suave da hemicelulose e lignina. Um parafuso cônico alimentador comprime e descarrega os cavacos no digestor e recebem vapor a uma temperatura de 170 a 180ºC por um período de 2 a 7 minutos, (após são enviados ao desfibrador por meio de um parafuso alimentador). O desfibrador de disco duplo funciona com rotação de 1500 RPM, e a abertura entre os discos é bem reduzida, sendo de 0,2 a 0,4 mm. A qualidade das fibras são obtidas entre o desfibrador pressurizado e o atmosférico. Após o desfibramento, as fibras passam em grande velocidade através de um tubo de pequeno diâmetro (chamado de Blow Line), acoplado a um sistema de pulverização da resina e água, originando em fibras úmidas. A resina utilizada nesse processo, geralmente é a ureia-formaldeído na proporção de 8 a 10% de sólido resinoso. Com o objetivo de aumentar a densidade, pode-se adicionar cerca de 5 a 10% de resina melanina-formaldeído, em relação ao peso da ureia-formaldeído. A secagem das fibras é realizada por meio de sistema flash (secador). O secador apresenta comprimento total de tubo em torno de 122 m e efetua a secagem em duas fases. No primeiro estágio, é aplicada uma temperatura de 200 a 316ºC, e no segundo estágio a temperatura fica em torno de 38 a 82ºC. Independente do estágio, a umidade é liberada através por meio de um sistema pneumático de arraste. É realizado o controle de umidade através da temperatura e volume de material que entra no secador. O tempo de passagem das fibras pelo secador é muito rápido e a secagem se efetua em questão de segundos. O rendimento do formador é determinado volumetricamente e pode ser controlado pela velocidade superficial da condensadora, através do aumento ou redução da distância transversal na entrada, e também, pelo aumento ou redução na velocidade da seção alimentadora das esteiras de suprimento. Cada formador produz um colchão de uma simples camada, com arranjo entrelaçado de fibras. O colchão formado é assentado sobre uma esteira transportadora para conduzi-lo à linha de prensagem Na prensagem de colchões de fibras em prensas de múltiplas aberturas, o colchão de fibras passa primeiramente por uma pré-prensagem a frio para redução da espessura e volume de ar (por um processo de desagueificação), e, a seguir, é seccionado em comprimento equivalente aos pratos da prensa. A prensa é composta de sistema de carregamento e descarregamento automático, além de sistema de fechamento simultâneo. A pressão, 74

5 temperatura e tempo de prensagem estão em função, tipo de resina, espessura e densidade do painel. Na prensagem contínua, o colchão inicialmente passa pelo aquecimento a alta frequência, o processo de aquecimento é iniciado na camada interna, possibilitando desta forma, aumentar a velocidade de passagem e reduzir o tempo de prensagem. A espessura do colchão é reduzida pela metade na pré-prensagem, e assim aumentar a sua consistência para facilitar a transferência para a prensa quente, e reduzir os espaços vazios de ar para melhorar a transferência para quente. Nesta etapa inicia-se a redução os espaços vazios de ar para melhorar a transferência de calor. Desta forma, a polimerização da resina ocorre na primeira parte da prensa, juntamente com a redução da espessura. Geradores e componentes de micro ondas para um pré-aquecimento homogêneo de materiais de madeira, compostos essencialmente por: unidades de gerador de micro ondas de 6 kw baseado na tecnologia de inversor Os geradores de micro ondas encontram-se em módulos de quadro de comando Rittal adequados. Cada gerador de micro ondas consiste principalmente num magnéton de 6 kw refrigerado a água com uma frequência fixa dentro da faixa f = MHz e uma fonte de alimentação de alta tensão. O magnetron está equipado com um interruptor térmico, para se evitar uma sobrecarga térmica. O fluxo de água de refrigeração de um magnéton corresponde aproximadamente a 5,0 l/min. com uma temperatura de entrada da água de refrigeração de 18 C. O fluxo de água tem de ser monitorizado. A distância entre os quadros de comando dos geradores de micro ondas e das respectivas cabeças de micro ondas equivale, no máximo, a 60 metros. Existem respectivamente cinco geradores de micro ondas num quadro de comando Rittal, cuja largura corresponde a 600 mm. Com vista a se garantir um manuseamento aceitável em relação ao peso e ao transporte, a largura integral do módulo do quadro de comando é limitada na tecnologia de inversor de 6600 mm até um máx. De 7200 mm. Neste módulo de quadro de comando estão alojados 30 geradores de micro ondas. Eles destinam-se aos 120 geradores de micro ondas em tecnologia de inversor em 4 módulos de quadro de comando. Todos os geradores de micro ondas estão completamente conectados e dispõe respectivamente de uma ligação CLP correspondente através de um módulo de interface ET200 da empresa Siemens. 75

6 A partir da discrepância entre a carga composta pela câmara de aquecimento e o material a ser aquecido, e o gerador, é refletida uma parte da potência de micro ondas em direção ao gerador. Essa reflexão reduz a vida útil do magnetron e conduz mesmo em alguns casos à sua destruição. Em função do seu efeito direcional, o circulador dirige a onda refletida para uma carga de água, onde ela será quase totalmente absorvida. Desta forma é garantido que o magnetron se encontra sempre num ponto de operação favorável. O abastecimento do circulador com líquido de refrigeração ocorre em sequência, em função do magnetron correspondente. A partir do ajuste de potência entre a carga e o gerador, é minimizada a reflexão em direção ao gerador. Para o ajuste de potência é usado respectivamente um sintonizador de 3 troços (3 studs tuner ). Ele é composto por 3 parafusos de sintonização, cuja profundidade de imersão no guia de ondas é manualmente mudável. Numa determinada posição dos parafusos de sintonização, Pr é mínimo. Neste caso o magnetron e a carga são ajustados de acordo com a potência. O ajuste de potência leva à maior entrada de calor no produto ou nomeadamente ao maior grau de eficácia do processo de aquecimento. Como variável reguladora para o ajuste de potência é utilizado o valor de refletância medido na carga de água do circulador. Para a transmissão das micro ondas para o espaço de aplicação são usados guias de ondas em alumínio. Cada guia de ondas pode ser dobrado uma vez, tanto em torno do lado largo, como também do lado estreito. O acoplamento das micro ondas ocorre através de uma janela de teflon, a fim de se proteger o guia de ondas contra sujeira e acumulação de pó. Fig.1 Equipamento Micro ondas na linha de produção da empresa. 76

7 Dados técnicos: Potência de micro ondas total: kw através de 120 unidades de magnetrões de 6 kw, continuamente reguláveis, de 10% até 100% da capacidade Frequência com carga adaptada:... f = 2450 MHz Tensão de alimentação: x440 VAC, 60 Hz / PE Potência de ligação total:...total máx kva Módulo do quadro de comando 1: kVA projetado 600A Módulo do quadro de comando 2: kVA projetado 600A Módulo do quadro de comando 3: kVA projetado 600A Módulo do quadro de comando 4: kVA projetado 600A Tipos de proteção:... Os quatro módulos de comando e fonte de alimentação possuem a classe de proteção IP55 e são fabricados em chapa de aço e pintados com RAL7035. Fig.2 Equipamento Micro ondas na linha de produção da empresa. 77

8 Os armários de magnetrões no forno de micro ondas são projetados com o tipo de proteção IP65 e fabricados em chapa de aço e pintados com RAL7035. Requisitos climáticos:...temperatura ambiente máx. de 30 C para os módulos de quadro de comando com as fontes de alimentação Temperatura ambiente máx. 40 C para os painéis dos magnetrons. Água de refrigeração: Fluxo de água de refrigeração:.... total 720 l/min Painel l/min Painel l/min Painel l/min Painel l/min Temperatura da água de refrigeração: 18 C até 20 C Pressão de água:..máx. 6 bar Qualidade da água: livre de partículas magnéticas, eletricidades, sujeira, etc. (EUCATEX, 2013) Principal função do micro ondas no processo produtivo de painel MDF: Trata-se do calor fornecido, em torno de 10ºC, operando com potencia de 400KW onde apresenta 34ºC na entrada e 44ºC na saída do equipamento. Esse fenômeno ocorre devido a agitação das partículas da água, fazendo com que a umidade contida no colchão de fibras de madeira, seja deslocada em direção a sua superfície. Esse processo permite que haja uma maior transferência de calor por toda extensão, inclusive ao centro do colchão, onde existe maior déficit de calor. Entre os testes realizados em laboratório o mais importante para avaliação do equipamento micro ondas é o teste de tração perpendicular. Realizou-se o acompanhamento em três etapas de produção: A primeira antes da instalação do equipamento micro ondas; A segunda com 40% de funcionalidade do equipamento; A terceira com 80% de funcionalidade do equipamento. A Linha não trabalha com 100% do equipamento, devido não ter linha produtiva suficiente para comportar a capacidade do mesmo. 78

9 Realizou-se análise comparativa das amostras e do ganho de performance da Linha antes e após a instalação do micro ondas.a tabela a seguir apresenta a média dos valores obtidos durante o período de um mês para verificação da eficácia do equipamento. Comparativo de velocidade e tração perpendicular da Linha de produção: Antes da instalação do equipamento Velocidade (mm/s) Tração perpendicular (Kgf/cm²) Após a instalação do equipamento Velocidade (mm/s) Tração perpendicular (Kgf/cm²) 200 6, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,50 A figura 2 ilustra o desempenho da Linha através da análise de tração antes e após a instalação do micro ondas. E a figura 3 corresponde às respectivas velocidades em que as amostras foram coletadas. TRAÇÃO PERPENDICULAR Tração perpendicular (Kgf/cm²) Especificação mínima (kgf/cm²) Tração perpendicular (Kgf/cm²) (Kgf/cm²) 8,50 8,00 7,50 7,00 6,50 6,00 5,50 5,00 4, Figura 3: Análise comparativa dos testes de tração de perpendicular Fonte: Autor 79

10 VELOCIDADE Velocidade (mm/s) Velocidade (mm/s) 270 (mm/s) Figura 4: Análise comparativa das velocidades Fonte: Autor. Chapas de MDF sem o uso do equipamento micro ondas Chapas de MDF com o uso do equipamento micro ondas Fig.5: Chapa com formação de bolhas Fig.6: Chapa sem formação de bolhas 80

11 Chapas de MDF sem o uso do equipamento micro ondas Chapas de MDF com o uso do equipamento micro ondas Fig.8:Chapa totalmente compactada Fig.7 Chapas não compactadas 3. CONCLUSÃO Atualmente, o consumo de MDF no mercado mundial vem crescendo constantemente. Por isso, as empresas vêm procurando novas alternativas de melhorar seu processo de produção, tanto na questão da qualidade para satisfazer os clientes, como principalmente na questão de evitar o desperdício de peças. Para conseguir aumentar a velocidade de produção dos painéis, alguns equipamentos são adicionados na linha de produção, de modo a colaborar para esse ganho. Um exemplo é o micro ondas, que é adicionado antes da prensagem do painel e tem como função, aumentar a homogeneização da umidade no painel, aumentando a transferência de calor e assim, aumentando a velocidade da linha de produção. Nesse trabalho, pode-se comparar a eficiência da linha com e sem a utilização do micro ondas. Com base nas informações coletadas através do acompanhamento de 81

12 produtividade de produção dos testes tecnológicos, pode-se afirmar, a partir de análises gráficas de processo, que antes da instalação do equipamento micro ondas a velocidade máxima de trabalho alcançada para termos resultados de tração perpendicular dentro do intervalo de confiança era no máximo de 212 mm/s. Com a instalação do micro ondas essa velocidade aumentou para 290mm/s, ganhando com isso uma performance de aproximadamente 37%. Com esses resultados concluiu-se a eficiência do equipamento. Portanto, esse trabalho atingiu o objetivo que foi abordar e analisar os vários fatores que o micro ondas pode influenciar na qualidade e velocidade da linha de produção dos painéis de partículas de média densidade. 4. REFERÊNCIAS BELINI, U.L. Caracterização e alteração na estrutura anatômica da madeira do Eucalyptus grandis em três condições de desfibramento e efeito nas propriedades tecnológicas de painéis MDF f. Dissertação para obtenção do título de Mestre em Recursos Florestais. Universidade de São Paulo Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Piracicaba, REVISTA MADEIRA, ANO 10, NUMERO 147. CHIPANSKI, E.R. Proposição para melhoria do desempenho ambiental da indústria de aglomerado no Brasil f. Dissertação apresentada como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Ciências Florestais, área de concentração de Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais. Curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal da Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2006; LESSMANN, V.E. Estudo da reação de cura de resinas ureia-formol por espectrometria de ressonância magnética nuclear f. Dissertação apresentada ao como requisito parcial à obtenção do Título de Mestre em Química. Programa de Pós-Graduação em Química, Setor de Ciências Exatas, Universidade Federal do Paraná. Curitiba, 2008; LIVRO DA EUCATEX Painéis de madeiras reconstituída / editor Setsuo Curitiba: FUPEF, 2005 Editado pela FUPEF Fundação de pesquisas Florestais do Paraná; MALONEY, T. M. Modern particleboard and dry-process fiberboard manufacturing. 2nd ed. San Francisco: Miller Freeman, P689; PIERRE, F.C. Caracterização físico-mecânica de painéis aglomerados de Eucaliptus grandis com adição de resíduos industriais madeireiros f. Dissertação para obtenção do título de Doutor em Ciência Florestal apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP. Botucatu-SP, 2010; 82