III Simpósio Brasileiro de Gestão e Economia da Construção III SIBRAGEC UFSCar, São Carlos, SP - 16 a 19 de setembro de 2003 ESTUDO DE PARÂMETROS DE QUALIDADE PARA A CERÂMICA ESTRUTURAL VERMELHA PASCHOAL, José Antonio Armani (1); SALES, Almir (2) (1) Mestrando do Programa de Pós-graduação em Construção Civil da Universidade Federal de São Carlos. armani@ccb.org.br (2) Prof. Dr., Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos. sales@power.ufscar.br RESUMO O presente trabalho propõe avaliar uma importante etapa do processo de fabricação da telha cerâmica estrutural vermelha, cujo objetivo visa sistematizar informações referentes a processos e ferramentas para a melhoria da cerâmica vermelha na etapa do processo produtivo relacionado à secagem. A qualidade quanto ao tratamento na fase de secagem que antecede a queima efetiva desse produto, onde se registram as maiores perdas da cadeia produtiva, deve ser implantada e implementada. Desenvolve-se uma série de informações de diversos autores, possibilitando a identificação das possíveis causas que comprometem a qualidade do produto final. Também, descreve-se as considerações necessárias para a avaliação da conformidade deste produto na etapa investigada. Permite a elaboração de procedimentos visando a eficácia da secagem, necessários em função do comprometimento com o processo de fabricação. Com o intuito de apresentar os elementos a serem observados nesta etapa de fabricação da telha cerâmica no contexto das pesquisas desenvolvidas, realiza-se um estudo no qual este produto é avaliado, segundo critérios de fabricação adotados, observando-se principalmente, a utilização das matérias-primas. Desta forma, é possível adequar e aprimorar os métodos propostos para se atingir total qualidade, redução considerável de desperdícios e prejuízos com as perdas de produtos não conformes. ABSTRACT The present study proposes to evaluate an important stage in the fabrication process of red structural ceramic. Its objective is to systematize information referent to the processes and tools that would improve red ceramic at the production stage related to drying. The quality as much as the treatment in the drying phase which precedes the effective burning of this product, where most losses in chair production are registered, must be adopted and implemented. It develops an informational series from various authors to enable the identification of possible causes which compromise the quality of the final product. Also, it describes necessary considerations for evaluating the conformity of this product during the step investigated. It permits the elaboration of procedures ensuring the efficacy of drying, necessary as a function of the obligatory fabrication process. With the purpose of presenting the elements that should be observed in this stage of fabrication of ceramic tile in the context of developed works of research, this work completes a study in which this product is evaluated, following adopted criteria of fabrication, observing principally the utilization of raw materials. Thus it is possible to adjust and refine the methods proposed to attain total quality as well as considerable reduction of waste and harm from losses of nonconforming products. Palavras chaves: Construção Civil, Qualidade, cerâmica vermelha, conformidade do produto. Key words: Civil Construction, Quality, red ceramic, product conformity.
1 INTRODUÇÃO As ferramentas existentes para garantir a continuidade da melhoria do processo de fabricação da telha cerâmica estrutural vermelha estão presentes em diversos países, inclusive naqueles considerados de primeiro mundo. Nesses são desenvolvidos controles dentro de leis rígidas que garantem o direito do consumidor, aliado ao controle da qualidade. As empresas que comercializam seus produtos externamente necessitam garantir a confiabilidade dos mesmos. Vários processos e ferramentas existentes permitem o ajuste da qualidade na cadeia produtiva da empresa, iniciando-se no fornecedor da matéria-prima, passando pela fase de entrada, preparação, industrialização, saída do produto e assistência ao cliente. Isso se justifica devido ao fato de que a indústria da construção civil brasileira tem sofrido transformações constantes pelo fato de ser um dos setores que mais interessa ao governo e à sociedade, por ser uma das que mais emprega e faz girar as indústrias de insumos ligadas a ela. Os novos modelos desenvolvidos encaixam-se dentro das normas ISO 9000, referendados pelo Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade no Habitat (PBQP-H) e Programa da Qualidade da Construção Habitacional (QUALIHAB), e adotados pela Caixa Econômica Federal e pelo governo do Estado de São Paulo respectivamente. A adoção desses programas faz com que as empresas busquem a adequação necessária gerencial e tecnológica. Neste contexto, o presente trabalho pretende avaliar os parâmetros necessários a readequação dos setores cerâmicos envolvidos na construção civil, para a melhoria constante da qualidade do produto final, assegurando confiabilidade para as instituições financiadoras, respeito e satisfação dos consumidores. Face à necessidade de se buscar a qualidade dos produtos cerâmicos, principalmente das telhas cerâmicas, que faz parte integrante e importante da estrutura de uma edificação, coube neste trabalho, atenção especial a uma importante fase do processo produtivo deste componente que redunda na sua qualidade e conformidade. Entre todas as etapas do processo produtivo da telha cerâmica, salientamos a secagem, onde reside a necessidade de maiores controles e atenção por parte do fabricante, tanto na pesquisa da melhor mistura de argilas para a fabricação de seus produtos, como na produção efetiva dos mesmos, para não se incorrer em desperdícios de toda natureza e má conformação do produto final, por não observar procedimentos preventivos e indispensáveis nesta etapa. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é a sistematização de informações referentes aos processos e ferramentas para a melhoria da cerâmica vermelha na etapa do processo produtivo relacionado à secagem. A seguir, serão relacionados os processos desenvolvidos por estudiosos ligados ao setor cerâmico, que com projetos de pesquisas e estudos sucessivos, relacionaram ao longo do tempo, as formas mais adequadas e procedimentos necessários para se chegar a um produto conforme. 2 PARÂMETROS DA QUALIDADE NA ETAPA DE SECAGEM DA PRODUÇÃO DA CERÂMICA ESTRUTURAL VERMELHA. Para se obter produtos com qualidade e conformidade, o fabricante deve em primeiro lugar, investigar as matérias-primas que comporão a massa final da telha cerâmica. Faz -se necessário desenvolver ensaios de caracterização das mesmas, de composição química, física e orgânica para conhecer as propriedades e o comportamento desses insumos quando partes integrantes da mistura/massa. Essa mistura, por sua vez, passará
por diversas temperaturas não só na fase de secagem atingindo 110oC, como na queima aonde chegará entre 900 a 950oC e que, para isto, deverá atender os requisitos das normas técnicas brasileiras quanto à resistência à flexão, impermeabilidade, absorção, retração, dimensional e coloração, para se tornar um produto comercialmente aceitável. Uma vez definida a massa que será utilizada na produção das telhas cerâmicas, poderá o fabricante ajustar seus equipamentos para a produção em larga escala. Isso só poderá acontecer quando for conhecida a capacidade de reação dos equipamentos à massa e ao produto que terá, sem haver descoberto por meio de sucessivas tentativas e erros, um produto de baixa qualidade e não conforme diante das normas vigentes, acumulando prejuízos para a empresa produtora. 2.1 Controle de resistência a seco das argilas e misturas Esta verificação consiste em se determinar às tensões de ruptura à flexão de corpos prova após a secagem a 110 C, o que, segundo SANTOS (1992) apresenta como valores limites para esta temperatura são: mínimo de 15,0 kgf/cm2 para tijolos maciços, 25,0 kgf/cm2 para tijolos furados e 30,0 kgf/cm2 para telhas. Estes valores são utilizados para avaliar a adequação para a confecção destas peças. Tabela 1. Valores de tensão de ruptura à flexão após secagem a 110 C de alguns argilominerais (SANTOS, 1992) Argilominerais Tensão de ruptura à flexão (kgf/cm2) após secagem a 110 C Caulinita 0,7 50 Haloisita 20 Montmorilonita 18 58 Ilita 15 76 Paligorsquita 45 Uma argila com resistência mecânica de 10,5 MPa indica plasticidade da mesma, enquanto que uma resistência 0,14 MPa indica material magro, pouco sazonado (MÁS, 2002a). PATIRE NETO (1993) indica que o grau de coesão do material é uma importante referência de resistência para os produtos verdes e alerta para o seu manuseio. MÁS (2002) observa que a elevada resistência a cru estabelece elevada e boa estrutura interna e, que, o ensaio de ruptura à flexão, serve para aprovação dos lotes para a produção. Da mesma forma, SANTOS (1992) afirma que o módulo e de ruptura à flexão a seco é mais importante ainda mais importante para as telhas, uma vez que, todas as argilas envolvidas neste processo produtivo deve ter seu módulo de ruptura à flexão elevado quando secas. 2.2 Controle da distribuição da carga na secagem TAPIA (2000) recomenda que para garantir melhor desempenho dos secadores, na fase de secagem é necessário seguir algumas condições: Não formar pilhas com mais de 5 peças ; As peças deverão ser dispostas na diagonal, invertendo sempre a posição das pilhas; A disposição das pilhas deverá obedecer à posição do sol e do vento para que os mesmos incidam de forma uniforme em todas as peças.
Figura 1. Vagoneta de transporte de produtos cerâmicos aos secadores tipo túnel ou contínuo (GIBERTONI, 2001). Figura 1.1 Secador túnel ou contínuo (GIBERTONI, 2001). BORRONI, CHIARA e CHIARA (2000) salientam que é muito importante que para se garantir a homogeneização do ar, é necessário que haja espaços entre as peças e profundidades reduzidas, se esta carga estiver má distribuída dentro dos secadores, poderão surgir falhas como trincas e manchas de umidade nas peças. 2.3 Ciclo de secagem OLIVEIRA (2002) relata que a temperatura deve ser definida em função da carga e em função do tipo da argila que se está trabalhando. Deve ser observado também o tipo de secador de ventilador usado no ciclo de secagem (fixo ou viajante). MÁS (2002c) afirma que o ciclo natural de secagem pode variar entre 2 a 8 dias em função do tipo de argila envolvida e dependendo também da temperatura ambiente e da ventilação. Na secagem artificial, quando as peças se apresentam com os poros muito fechados, a secagem dura entre 50 a 60 horas.
Figura 2. Curvas de Bigot (BORONI, CHIARA e CHIARA, 2000) Recomenda-se que no caso de secagem artificial seja implantado um levantamento do ciclo de secagem por meio de monitoramento da temperatura e umidade em diversos pontos do secador. Assim, se faz necessário a utilização da Curva de Bigot, para se conhecer o ponto de máxima compactação onde é possível acelerar a secagem, sem ricos de fissurar o produto (ponto crítico). Caso não haja a Curva de Bigot, é possível adotar os valores: 3 C a 5 C por hora até os 70 C e de 10 C por hora até a secagem final, com temperaturas na ordem de 120 C a 150 C (PATIRE NETO, 1994). Figura 3. Velocidade de perda de água e curva de retração de secagem (GIBERTONI, 2001). BORRONI, CHIARA e CHIARA (2000) relatam que nesta fase de secagem o controle do processo é muito importante, pois ocorre nesse momento a evaporação da água superficial e a retração que deve ser uniforme em toda peça Se nesta fase a velocidade da evaporação da água superficial for maior do que a velocidade de migração da água do interior da peça, a continuidade do fluxo migratório para a superfície se interrompe. Desta forma, enquanto a superfície está seca, no interior da peça podem ser ocasionadas fissuras e rupturas. O ciclo da secagem também influencia na umidade com a qual o material parte para a queima (umidade residual).
Figura 4. Representação da localização da água em produtos cerâmicos contendo argila (GIBERTONI, 2001) 3 GRETAGEM OU TRINCAS CAPILARES FACINCANI (2000) relata que, com muita freqüência, são encontradas as gretagens ou trincas capilares em peças de telhas e cumeeiras. Isso ocorre porque esses produtos são normalmente carregados em pilhas muitos densas, com pouquíssima passagem de gás no interior, ou então, em produtos de grandes dimensões, como travessas, travessões e blocos leves para forro. A causa principal é atribuída ao conteúdo de sílica livre (SiO2) que, aos 573 o C sofre uma transformação de estado que, após resfriamento, é acompanhada por uma sensível redução de volume do produto, tanto maior quanto mais alto for o conteúdo. Por exemplo, se uma peça de dimensões superiores a 30-40 cm é bruscamente resfriada em uma extremidade, de modo que, para dois pontos a pouca distância, se verificam temperaturas respectivamente inferiores e superiores a 573 o C, naquela extremidade a retração é muito forte e as forças de coesão podem não estar em condições de resistir ao esforço de tração. É então aconselhável que ocorra em todos os casos um resfriamento lento, somente no intervalo em torno da temperatura de transformação do quartzo. É natural que no interior de uma pilha de material existam grandes diferenças nas temperaturas (aos lados, no alto, em baixo e no centro). O dito intervalo de temperatura deve estar compreendido entre 60 a 70 o C, para mais ou para menos, da temperatura de transformação do quartzo. É muito importante sob este aspecto, o uso do resfriamento rápido entre 990 o C e aproximadamente 650 o C, para haver tempo da temperatura descer lentamente até abaixo dos 500 o C. Outra análise diz respeito à adição de areias silicosas para desplastificar as argilas, pois pode aumentar o perigo das fissuras capilares. Freqüentemente as fissuras não são vistas a olho nu, porém, se nota a existência de fissuras capilares pelo som falso que o produto emite quando batido (som rachado). Essa prática é o sistema usado para descobrir rapidamente as trincas nas telhas. As trincas de pré-aquecimento são caracterizadas pela disposição das bordas da fissura. As trincas de pré-aquecimento são fissuras ou quebras geradas no material decorrentes de um aquecimento anormal na fase de pré-aquecimento. A causa disso normalmente é devida ao pré-aquecimento muito rápido por volta dos 575ºC, onde ocorre a produção de uma grande dilatação da parte externa da peça decorrente da transformação do quartzo. Na verdade, a parte externa que possui uma temperatura mais alta, se transforma antes da interna. Quando essas fraturas ocorrem, é necessário aumentar a fase de pré-aquecimento e aumentar o calor fornecido pelos primeiros queimadores. A formação de fendas laterais com bordas abertas é normalmente atribuída a um préaquecimento muito rápido, mas na realidade deve-se a uma secagem muito rápida.
As trincas de resfriamento são pequenas fissuras de bordas fechadas, difíceis de se ver sem o auxílio de um líquido (água ou querosene), que partem de uma das laterais da peça e apresentam diferentes comprimentos. A clássica trinca de resfriamento, em sua forma típica na saída do forno, pode se apresentar de comprimento moderado, mas sempre nas bordas. Ao ser examinada, apresenta-se lisa em toda a espessura em sua parte próxima da borda, seguida de uma parte granulada (em zig-zag ). Uma vez que a ponta da trinca não é arredondada, esta aumenta com o tempo. Quando o resfriamento for muito rápido, a parte externa do material atinge a temperatura de transformação do quartzo, antes da parte interna. A transformação do quartzo (a 573ºC) implica numa forte retração, ocasionando a possibilidade se formar uma trinca. Para eliminar este defeito, as opções são duas: aumentar o tempo de queima até eliminar completamente o quartzo livre, o que é difícil, ou reduzir a velocidade do resfriamento próxima à temperatura de 600ºC. Vale salientar que a temperatura do produto não é aquela do ar de resfriamento nem aquela indicada pelos termopares. Para reduzir a velocidade do resfriamento deve-se verificar que não haja entradas de ar frio do ambiente em torno da temperatura de 600ºC; reduzir o volume de ar; redistribuir a capacidade dos sopradores; e reorientar os sopradores de modo a não atingir diretamente as peças. Figura 5. Trincas de resfriamentos (GIBERTONI, 2001) 4 CONTROLE DA UMIDADE DO MATERIAL SECO RUSSO (1999) relata que o percentual de água após a secagem varia de acordo com o tipo da argila. Podem-se usar os seguintes valores médios: Para argila arenosa com grande granulometria, deve-se obter em torno de 2% de água ao final da secagem; Para argila plástica de granulometria muito fina, deve-se ter de 2% a 2,5% de água residual; Para argila mediamente plástica e granulometria fina, a umidade do material seco deve estar entre 1,5% e 3%.
As peças com excesso de umidade residual da secagem, quando colocadas nos fornos, perdem rapidamente água, podendo desenvolver trincas superficiais (ITP, 1986). PATIRE NETO (1994) afirma que a peça seca primeiramente na superfície, vedando os poros. Desta maneira, a água, não encontrando saída através da peça, produz trincas, rachaduras ou estouros pós-pressão interna de vapor de água. 4.1 Controle das perdas na secagem TAPIA et al. (2000) descrevem que na secagem natural as perdas devem estar entre 15% a 20%, enquanto utilizando secadores as perdas não devem ultrapassar 1%. PATIRE NETO (1993) relata que na secagem natural podem também surgir outros tipos de defeitos além da má condução da secagem e das trincas. Ou seja, o empenamento das peças nas grades, pela extrusão defeituosa, por pancadas de vento e outros fenômenos decorrentes de falhas na produção. 4.2 Controle de funcionamento dos ventiladores viajantes RODRIGUES (2002) afirma que os ventiladores devem em estar em perfeito funcionamento, proporcionando circulação de ar definida para a secagem. Este funcionamento influencia a homogeneidade do ar dentro da câmara. Esta homogeneidade entre o ar da câmara e o ar das camadas próximas à peça é importante para que o ar quente retire umidade da peça de maneira uniforme e controlada. BORRONI, CHIARA e CHIARA (2000) confirmam que a eliminação da água que forma gradualmente sobre a superfície ocorre em função do ar e a ventilação serve tanto para a manutenção da diferença de umidade e de temperatura, como para enviar o ar saturado diretamente à chaminé. 5 CONCLUSÃO Este trabalho discutiu a necessidade de se fazer procedimentos de grande importância que são os controles obrigatórios de todo ciclo de secagem do produto cerâmico após sua extrusão. Deve ser iniciado principalmente, pela caracterização e classificação das matérias-primas que irão compor a massa para a produção das telhas cerâmicas vermelhas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BORRONI., M., CHIARA,A.D. e CHIARA, G. D. Curso de formação para profissionais da indústria de cerâmica vermelha: a tecnologia do processo de produção na indústria de cerâmica vermelha. Florianópolis: ACIMAC, 2000. 206p FACINCANI, EZIO (2001). Tecnologia cerâmica- Cerâmica Estrutural traduzido por Geól Jaime Pedrassani e editado pela editora Faenza Editrice do Brasil Ltda. (2002). GIBERTONI, C. Cerâmica Estrutural Vermelha - apostila editada pelo Centro Cerâmico do Brasil do curso em Cerâmica estrutural vermelha. (2001). MÁS, E. Qualidade e tecnologia em cerâmica vermelha: Apostila 1, Diagnóstico das matérias primas e metodologia da extração das matérias-primas. São Paulo: Pólo Produções, 2002.51 (a). Qualidade e tecnologia em cerâmica vermelha: Apostila 2, Diagnóstico das matérias primas e metodologia da extração das matérias-primas. São Paulo: Pólo Produções, 2002.55 p (b). Qualidade e tecnologia em cerâmica vermelha: Apostila 3, Diagnóstico das matérias primas e metodologia da extração das matérias-primas. São Paulo: Pólo Produções, 2002.50 p (c). OLIVEIRA, H.A. Ciclo produtivo. São Bernardo do Campo: SENAI Mário Amato.Disponível e http://www.plocerâmico.com.br// senai.html. Acesso em 30 jun. 2002. PATIRE NETO, A. Curso básico de cerâmica São Paulo: Associação Brasileira de Cerâmica e Escola SENAI Mário Amato, 1994. 43 p. RODRIGUES, M.M.B. Proposta de Modelo de Qualificação evolutiva para empresas fabricantes de blocos e telhas cerâmica vermelha do Estado de Santa Catarina. 2002. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis. RUSSO,V. Curso: Processos de secagem e queima na indústria cerâmica vermelha. São Paulo: Associação Brasileira de Cerâmica. (19--). 53 p. SANTOS, P.S. Tecnologia de Argilas.v.2. Aplicações cap. 17. p 393-405 Edgard Blücher.1975. TAPIA, R.S.E.C. et al. Manual para a Indústria de cerâmica vermelha. Rio de Janeiro: SEBRAE/RJ, 2000.92 p. (série Uso eficiente de energia).