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Controle de qualidade em blocos cerâmicos - Um enfoquemultidisciplinar

Autor: Ademir Leandro MazonProfessores Orientadores: Ms. Antonio Luiz Ferrari

Dr. Celso Luis LevadaCentro Universitário Anhanguera - Câmpus Pirassununga

Resumo

Introdução

O processo de queima de combustíveisgera a emissão de poluentes, seja na forma degases ou fuligem. Em uma planta industrialprodutora de açúcar e álcool, comumenteconhecida como usina de açúcar e álcool, ocorrea queima de bagaço de cana-de-açúcar naschamadas caldeiras ou geradores de vapor. Issose deve à necessidade de vapor no processo deprodução do açúcar e do álcool e, também, emvirtude da necessidade de energia para osequipamentos envolvidos neste processo, comoturbinas, aquecedores e motores. O bagaçoqueimado nas caldeiras é proveniente do setorde moagem da usina e, para se aproveitar aomáximo a extração de caldo, no último estágiode moagem o bagaço sofre uma “embebição”,ou seja, uma adição de água para se retirar asúltimas partículas de açúcar. Por esta razão, obagaço chega às caldeiras com uma umidade deaproximadamente 50%, o que prejudica oprocesso de combustão. O resultado disso, éque ocorre um fenômeno de queima parcial dobagaço, gerando partículas que são arrastadaspara os gases de exaustão. Tais partículas sãoconhecidas como fuligem e são poluentes. Estaspartículas quando não retidas, poluem a regiãocircunvizinha à planta industrial. Quando retidas,seja em filtros de mangas ou lavadores de gases,precisam ser devidamente descartadas. Nesteponto é que se inicia este trabalho de iniciação

científica, partindo de um estudo de caso de umaplanta real.

A água impregnada de fuligem,proveniente dos lavadores de gases das caldeiras,é inicialmente decantada. Este processo ébastante lento e ineficiente, tendo em vista o altovolume de fuligem gerado a ser absorvido nosdecantadores.

Este trabalho possui a pretensão deotimizar este processo através do estudo e análisede um novo sistema de separação e captaçãode fuligem, algo inédito no setor sucroalcooleiro.Tal sistema é composto por peneira inclinada,helicóide e câmara de prensagem.

Espera-se como resultados positivos, alémde uma maior eficiência no processamento dafuligem e conseqüentemente um menor impactoambiental relativo, a otimização do uso de águae energia, intensamente utilizados no processo.Estuda-se, da mesma forma, a utilização doresíduo resultante do sistema de fuligem emoutros usos mais nobres, uma vez que esteresíduo constitui-se em borra abrasiva e que,atualmente, é depositada no canavial comoadubo.

Palavras-chave: Umidade, resistência eimpacto, condutibilidade térmica, incorporaçãode resíduos, módulo de resistência.

O projeto consiste num controle dequalidade das amostras selecionadas para osensaios, num total de 8 marcas, de 8 cidades deSão Paulo. Foram feitos três experiênciasmecânicas com as amostras, taxa de absorção

de água, gradiente de temperatura, resistência ácompressão mínima.

Os ensaios de absorção de água,gradiente de temperatura foram realizados nolaboratório de Física básica, do curso de

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engenharia de produção mecânica, CentroUniversitário Anhanguera, e os ensaios decompressão no laboratório* de pesquisa da USP,campus de Pirassununga.

Com base em dados experimentais a serobtido nas experiências realizadas, seráelaborado um texto básico para leitoresinteressados na área, com intuitos de divulgaçãotécnica cientifica.

Apresentação dos resultados obtidos nosensaios realizados em amostras de blocoscerâmicos para alvenaria, é parte integrante dostrabalhos de analise de produtos que tem comooutros objetivos intrínsecos o seguinte:

• à Prover mecanismos para que semantenha o consumidor regional informado sobrea adequação dos produtos aos regulamentos eas normas técnicas, contribuindo para que elesfaçam escolhas mais bem fundamentadas,tornando-o mais consciente de seus direitos eresponsabilidades;

• à Fornecer subsídios para a empresaregional a melhorar continuamente a qualidadede seus produtos;

• à Diferenciar os produtos disponíveisno mercado regional em relação a sua qualidade,bem como tornar o consumidor parte efetivadeste processo de melhoria da qualidade.

Deve ser destacado que estes ensaios nãose destinam a aprovar marcas ou modelos deprodutos em caráter oficial. O fato das amostrasanalisadas estarem ou não de acordo com asespecificações contidas em uma norma ouregulamento técnico, indica uma tendência dosetor em termos de qualidade, em umdeterminado tempo. A partir dos resultadosobtidos, são definidas, em articulação com aspartes interessadas, as ações necessárias deapoio aos setores produtivos na busca damelhoria da qualidade do produto, tornando oproduto nacional mais competitivo e contribuindopara que o consumidor tenha, a sua disposiçãono mercado, produtos adequados as suasnecessidades.

A analise da conformidade realizadas nasamostras de bloco cerâmico vai ao encontro aosinteresses do Código de Defesa do Consumidore Procon quanto à seleção de produtos,

priorizando aqueles relacionados a questões queevolvam o bem estar ou o agrado dosconsumidores e a conservação do meioambiente.

A tecnologia moderna na área deEngenharia Civil tem incorporado a reciclagemcom dupla intenção, no que concerne aoaproveitamento de resíduos diversos bem comomatéria prima para diminuição de custos dematerial de construção civil. Posto isto, torna-senecessário desenvolver pesquisas em variasáreas, especialmente na Física básica, Mecânicae Resistência dos Materiais, tanto para ressaltaro caráter multidisciplinar do tema, quantopreparar futuros pesquisadores na área, bemcomo testar a consistência e resistência de corposde provas ou protótipos.

Experiências mecânicas

Experimento 1: Determinação daabsorção de água em tijolos cerâmicos.

Essa experiência teve como objetivoverificar o percentual de água absorvida pelotijolo , obtido a partir da diferença entre a massaseca e a massa úmida da amostra, numdeterminado período de tempo.

Justificativa: A experiência se justificapelo fato de que a ABNT mantém normas rígidase específicas a respeito de absorção de água emmateriais de construção civil, sendo que essecontrole deve ser feito, inclusive pôr instituiçõesprivadas e pelo consumidor. De acordo com anorma de absorção de água, ABNT - NBR8491-04/1984, as amostras deverão estar dentrodos parâmetros especificados (maior que 8% emenor que 25%), indicando que as amostras foradesses parâmetros foram consideradas nãoconformes, pois as paredes construídas comesses tijolos, podem sofrer aumento de cargaquando expostas a chuva, acarretandoproblemas na construção.

Procedimento experimental: Foramanalisadas 8 diferentes marcas de tijolos(comuns), classificadas pôr cidades ecaracterísticas mecânicas (tabela 1).

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As amostras foram pesadas, (massa seca),e em seguida submersas em 2 baldes com água,4 amostras em cada balde, depois de 1 hora deimersão foram retiradas e pesadas novamente(massa úmida),e em seguida calculou-se osresultados das amostras.

A massa das amostras sólidas maciças foideterminada utilizando uma balança comcapacidade para 5 kg, num ensaio em quetemperatura da água indicava 25º Celsius e atemperatura ambiente 25º Celsius.

A experiência de absorção de água foirepetida três vezes, utilizando as mesmasamostras, com intervalo de três semanas parasecagem em temperatura ambiente.

Na segunda e terceira amostragem otijolo foi levado ao forno à temperatura de 100graus Celsius por 20 minutos, mas não houvealteração de peso, ou seja , três semanas foi otempo ideal para a evaporação da águaabsorvida pelas amostras.

Formula usada para determinar aporcentagem de água absorvida pelas amostras.

Onde:M1 = massa do tijolo seco.M2 = massa do tijolo saturado.A = absorção de água, em porcentagem.

Fotos tiradas durante o ensaio deabsorção

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Resultados obtidos

Na 1ª amostragem as amostras C, E e Fforam reprovadas indicando alto grau deabsorção de água. Já após o 2º e 3ºexperimentos notou-se que somente as amostrasE e F continuaram fora dos parâmetrosespecificados pela norma de absorção de água,ocasionando não conformidade nos resultadosfinais deste experimento. Todas as amostras, nas1ª e 2ª amostragens, indicaram absorção maiorou igual a 20 % de seu peso seco.

Uma analogia sobre a cor dessas duasmarcas reprovadas, é que ambas são de tommais claro que as outras marcas, indicando umaqueima diferente.

Para explicar o fato, da absorção serdecrescente, é necessário fazer algumashipóteses que poderão ser constatadas apósnovas experiências. Mas a 1ª hipótese provávelé a de que, após a 1ª absorção, como as amostrasnão haviam sido testadas, ocorreu um rearranjona porosidade das amostras fazendo com queas mesmas absorvessem menos água, quetambém foi constatada na 2ª e na 3ªamostragens.

Considerando um processo irreversívelem que o sistema, após passar pôr um processofísico-químico de absorção de água, atingiu umaestrutura tal que, após o evento, não retorna aoestado inicial. Esse fenômeno descrito, é

denominado histerese. No gráfico abaixo édescrito esse fenômeno de histerese pelas curvasde retenção , de molhamento e secamento,percebe-se que as curvas são contínuas, porémdiferentes, confirmando os resultados obtidostodas as amostragens.

Representação de curvas de retençãopara material argiloso.

Experimento 2: Determinação dogradiente de temperatura em tijolos cerâmicos.

Essa experiência teve como objetivoverificar a taxa de transmissão de calor qk,transmitida através do tijolo cerâmico em umadeterminada direção, e o gradiente detemperatura (dT/dX), pela diferença detemperaturas dT, num espaço relativamentepequeno dX. As amostras que se submeteramao experimento estão descritas e especificadasna tabela 1 (descrição das amostras).

Justificativa: O método usado nesseexperimento não segue um procedimentonormativo,ou seja, não foi determinadoparâmetros para este experimento, mais podemoster uma base com os resultados obtidos, de quaisamostras terão maior ou menor valor de gradientee taxa de transmissão de calor, informando quaismarcas estão mais bem colocadas em termos deisolamento de variações de temperaturas.

Procedimento e Método Experimental:Foram analisadas 8 novas amostras de tijolosem relação às amostras usadas no experimento1 (absorção de água).

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Para esse experimento foram usados umafonte de calor e 4 termômetros de mercúrio. Afonte de calor foi constituída de 2 chapasmetálicas de carbono parafusadas entre si, comuma abertura entre elas para ser introduzida umaresistência elétrica do tipo machadinha, comcapacidade para até 220 V- 250 W. A resistênciafoi ligada de forma que gerasse uma potênciaconstante de 63 W =100 ºC = (373 Kelvin).Isolaram-se termicamente as faces laterais (áreamaior) das amostras para representar umaparede, e 2 faces opostas ficaram expostas, umapara colocar a fonte de calor e outrarepresentando o ambiente interno. O ambienteinterno onde foram feitos os experimentosindicava 23 ºC em todo experimento. Ostermômetros foram introduzidos na direção deescoamento do fluxo de calor (ver desenhodemonstrativo).Primeiramente deixou-se a fontede calor atingir uma temperatura constante (63W =100 ºC = 373 Kelvin), logo em seguida aamostra foi colocada em contato com a fonte decalor durante 1 hora. Após o calor ter sepropagado nesse tempo, obteve-se osresultados.

Modos de transferência de calor

Existem três processos de transferênciade calor, mas para esse experimento baseamossomente na transferência de calor pôr(condução), informando que a energiatransmitida não é pôr meios de ondaseletromagnéticas (radiação), e não existeescoamento de substancia alguma (convecção)que influa na transferência.

A transferência de calor pôr (condução)é energia fluindo de uma região de temperaturamais alta para uma região de temperatura maisbaixa. A taxa de transmissão de calor pôrcondução é estabelecida de acordo com a leide Fourier.

Unidades de medida:qk →→→→→ à Wattsk →→→→→ à W/m.KA →→→→→ à m2

T →→→→→ à KelvinOnde (A) é a área da seção transversal

normal á direção do fluxo de calor. O sinal menosindica que o fluxo de calor ocorre da região maisalta para a região de temperatura mais baixa,(K) é uma constante de condutividade térmica,essa constante é igual á 0.7, o (L) representacomprimento na direção do fluxo de calor.

Nota: Todas as unidades de medida contidasnesse projeto, estão no Sistema Internacional deunidades (SI).

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Resultados obtidos

Em termos de isolamento do ambienteconstruído com esses tijolos, vimos que, aamostra G resultou na maior variação detemperatura, isso quer dizer que, olhando a tabela2 (temperaturas), sua temperatura final, ou seja,na face interna, visualizando um ambiente, foi amenor entre as amostras, informando que, atemperatura inicial, da fonte de calor foi igual paratodas as amostras, 373 kelvin, escala absoluta,em outras palavras, essa amostra foi a que,melhor isolou a passagem de calor para a faceinterna do tijolo.

Já a amostra H, teve a menor variação detemperatura, porém, indicou a maior temperaturana face interna, ou seja, isolou menos a passagemde calor da face com a fonte de calor até aoutra,que nos indica que, por esta razão, essamesma amostra teve a melhor distribuição detemperatura no seu interior, se tratando dogradiente de temperatura, que está relacionadacom o L (espessura) de cada amostra, mas nestecaso, esse L não era, nem o maior, nem o menorentre as espessuras de cada tijolo.

A amostra que menos distribuiu o calorno seu interior, segundo a tabela 5, (resultadosfinais), foi a amostra C, que nos leva a crer, umacompactação interior dos grãos de argila nãomuito satisfatória.

Tratando-se agora da taxa de transmissãode calor, que por sua vez está relacionada como gradiente de temperatura, mostrou que acondutividade térmica (q), das amostras, édiferente, que no experimento foi utilizado omesmo valor (0.7), para todos os tijolos, pelofato de ns não termos conseguimos umcoeficiente para cada amostra, pois elas são delugares diferentes, conseqüentemente, argilasdiferentes.

Coincidentemente, a amostra que obtevea menor taxa de transmissão de calor foi àamostra H, e a maior, a amostra E.

Friso novamente que, esse experimento,não classifica os resultados em uma normaespecífica de condução de calor, informandonovamente que, o método utilizado nesteexperimento foi desenvolvido pelos própriosparticipantes desse projeto, por isso, a conclusãose baseia apenas na interpretação dos resultados,quanto à sensação térmica dentro de umambiente construído com essas amostras.

Experimento 3: Resistência aCompressão Mínima

Essa experiência tem como objetivoverificar a capacidade de carga que os blocoscerâmicos suportam quando submetidos a forçasexercidas perpendicularmente sobre suas facesopostas e determina se as amostras oferecemresistência mecânica adequada, simulando apressão exercida pelo peso da construção sobreos tijolos.

Justificativa: A norma brasileiraestabelece 07 (sete) classes de resistência àcompressão que vai de 1 até 10 MPA. Essaresistência é determinada a partir dos resultadosobtidos pelas amostras durante o ensaio ou emfunção da informação prestada pelo fabricante.

No caso de blocos cerâmicos com largura(L) inferior a 90 mm, a resistência mínima àcompressão exigida é de 2,5MPa.

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Independentemente da classificação,todas as amostras de blocos cerâmicos têm deatender ao requisito mínimo de 1,0 MPa.

O não atendimento aos parâmetrosnormativos mínimos indica que a parede poderápresentar problemas estruturais como rachadurase, conseqüentemente, oferecera riscos dedesabamento a construção.

Procedimento Experimental: Para esteensaio, foi usada uma máquina de compressão,que distribuía uniformemente a carga e a aplicaçãodos esforços à amostra de modo progressivo esem choque, possui um dispositivo para controleda velocidade de aplicação da carga, e suasensibilidade de leitura é de 100 N (10 kgf).

Também foi usados um tanque com águana temperatura ambiente para submergir oscorpos de prova.

A NBR 8491, explicita o procedimento aser usado para este tipo de ensaio, o qual, foiexecutado da maneira mais rígida possível paraexata obtenção dos resultados.

a) cortar o tijolo ao meio,perpendicularmente á sua maior dimensão.

b) superpor, por suas faces maiores, asduas metades obtidas e as superfícies cortadasinvertidas, de acordo com a figura 1, ligando-ascom uma camada fina de cimento Portland, pré-contraída (repouso de aproximadamente 30min), de (2 a 3) mm de espessura e aguardar oendurecimento da pasta;

c) quando o tijolo apresentar rebaixo,superpor suas duas metades de modo que asreentrâncias fiquem localizadas nas faces detrabalho do corpo de prova e encher asreentrâncias com pasta de cimento Portland,aguardando aproximadamente 24 h antes deproceder à etapa seguinte.

d) colocar o corpo de prova obtidoanteriormente em um sistema de guias (figura 2)de modo que a superfície de trabalho fique de(2 a 3) mm abaixo dos bordos da guia. Cobriresta superfície com uma camada de pasta decimento pré-contraída, razando-se com umarégua metálica. Logo que a pasta começar aendurecer, retirar o corpo de prova do sistemade guias e com o auxilio de uma placa de vidrofazer movimentos circulares sobre a camada depasta, com a finalidade de se dar um acabamentofinal a superfície e retirar o excesso de água quea pasta possa conter; esta operação é repetidaate que a placa de vidro deslize facilmente sobrea pasta. Entre uma passada da placa de vidro eoutra, deve-se limpá-la com um papel absorventeou com um pano, para se ter um melhoracabamento. Em seguida, com uma espátularetirar as rebarbas existentes;

e) após aproximadamente 24 h, passar aregularização da superfície de trabalho oposta.

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f) após o endurecimento do materialutilizado, os corpos de prova são identificados eimersos em água durante 24h. Os corpos deprova devem ser retirados da água logo antesdo ensaio e enxugados superficialmente. Asdimensões das faces de trabalho devem serdeterminadas com uma precisão de 1 mm.

g) O corpo de prova deve ser colocadodiretamente sobre o prato inferior da máquinade ensaio a compressão, de maneira a ficarcentrado em relação a ele. A aplicação de cargadeve ser uniforme e a razão de 500 N/s (50 kgf/s). A carga deve ser levada ate ocorrer à rupturado corpo de prova.

Resultados Obtidos

Das oito marcas submetidas a este ensaiode compressão, três delas não atenderam anorma brasileira que explicita que qualquer tijolocomum deve atender ao requisito mínimo de 1MPA, ficando abaixo desse valor, as amostrassão consideradas não conforme, ou seja,impróprias para construção de paredes queserão submetidas a cargas axiais. Como a tabela2 mostra, as amostras B, D e H foramreprovadas. O restante das amostras atendeu aorequisito mínimo de 1 MPA. Vale ressaltar que,as amostras A e G, foram as que mais cargassuportaram até sua ruptura.

Conclusão

Como podemos observar pelasexperiências nos blocos cerâmicos, algumasmarcas apresentaram não conformidade com ospadrões mínimos de qualidade. Isto porquealguns fabricantes não seguem as normas deconfecção dos tijolos, ou seja, em algum requisitodo processo de fabricação desses tijolos, ofabricante não leva em consideração apossibilidade de estar colocando no mercado umproduto de baixa qualidade. Para elevar seusganhos o fabricante não atende as especificaçõesmínimas do produto, e conseqüentemente,coloca em risco a vida de seus clientes.

Os blocos podem até ter uma aparênciasatisfatória, mas, não é possível detectar boaqualidade de um produto apenas por sua

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aparência. É sabido que esse produto dificilmentepassa por controle de qualidade antes de chegaràs mãos do consumidor, que pode estar sendolesado. Talvez, para garantir o baixo custo doproduto, os fabricantes não executam osprocedimentos necessários à expedição docertificado de qualidade. Porém, ao construiruma casa com tijolos de baixa qualidade, oconsumidor pode estar arriscando a sua vida etambém de todos aqueles que forem residir nessacasa, principalmente se a construção não fordotada de revestimento, o que também nãogarante a total segurança da construção. Aexperiência de absorção desenvolvida nestetrabalho mostrou que um bloco que absorve água,fora dos parâmetros especificados pela ABNT,compromete também o seu revestimento, ouseja, proporciona um revestimento com poucaaderência.

Podemos concluir também que, o fato deuma determinada marca ter o preço mais elevadodo que outra também não garante que seuproduto seja de melhor qualidade. Só é possívelsaber se um bloco cerâmico é de boa qualidade,se ele tiver certificação de conformidade ou seforem realizadas algumas experiênciasmecânicas, algumas delas disponíveis nesteartigo. Talvez não seja viável fazer experiênciascom o produto que o consumidor irá adquirir,porém a aquisição de blocos de baixa qualidadecolocará em risco a vida dos ocupantes daresidência construída com esse tipo de produto.O consumidor estará confinado a ter gastosadicionais posteriormente devido à ocorrênciade rachaduras e de infiltrações que, em poucotempo aparecerão e cada vez, com maiorfreqüência.

Os problemas com infiltrações nasconstruções podem ser evitados se, no instanteem que o consumidor adquirir o produto, eleexecutar a primeira experiência proposta nestetrabalho, uma experiência simples, de fácilexecução e que poderá determinar se, algum diaele terá despesas extras com esse tipo deinadequação do produto. Cabe ressaltar que, aproposta aqui apresentada é uma armadisponibilizada em defesa do consumidor. Comoficou demonstrado pelos experimentos

realizados, aproximadamente 40% das marcasamostradas estavam em não conformidade comos padrões mínimos de qualidade. Em muitoscasos, portanto, o consumidor está sendoenganado e lesado pelos fabricantes que visamsomente o lucro, entregando ao mercado umproduto de baixa qualidade.

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