Universidade Federal de So Carlos Departamento de Engenharia de Materiais

Estudo do Fluxo e DeformaoProcesso: Fabricao de Garrafas de Cerveja

So Carlos, 28 de Junho de 2008

Prof. Dra. Rosrio E. S. Bretas Aluno: Nelson Ponce Jnior RA: 278858

ndice1 Objetivos 2 Informaes Gerais 2.1 Informaes Sobre o Produto Evasado 2.2 Informaes Sobre o Material da Embalagem 2.3 Informaes Sobre a Embalagem 3 Composio e Propriedades dos Vidros Soda-Cal 4 Processamento 5 Conformao Processo Soprado-Soprado 5.1 Variveis Controladas do Processo 5.2 Variveis Medidas do Processo 6 Tipos de Deformao 7 Tensor Tenso 8 Viscosidade 9 Conservao de Quantidade de Movimento 10 Anlise Geral do Processo Soprado-soprado (blow and blow) 11 Avaliao Final do Material Escolhido 12 Referncias Bibliogrficas Pg. 2 Pg. 2 Pg. 2 Pg. 2 Pg. 2 Pg. 3 Pg. 3 Pg. 4 Pg. 5 Pg. 6 Pg. 6 Pg. 7 Pg. 7 Pg. 8 Pg. 8 Pg. 9 Pg. 9

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1 - Objetivos Analisar e quantificar os tipos de deformao que um material sofre durante seu processamento.

2 - Informaes Gerais Produto: Garrafa de Cerveja Processo de Fabricao: Soprado-Soprado (blow and blow) Material: Vidro Soda-Cal

2.1 - Informaes Sobre o Produto Evasado O produto a ser evasado a cerveja, portando, sua principal caracterstica, que o sabor, deve ser mantida inalterada, do evasamento at o consumo final. A cerveja sofre oxidao se exposta a raios UV (Ultra Violeta), alterando o sabor. O gs CO2 deve ser mantido dentro da embalagem para garantir o aspecto gaseificado do produto.

2.2 - Informaes Sobre o Material da Embalagem O material escolhido para a fabricao do produto o vidro soda-cal, cor mbar. O mesmo neutro em relao ao produto evasado, no mantm nenhuma interao qumica com o seu contedo e pode armazenar qualquer produto por toda sua vida til, possibilitando vrios ciclos de uso. No permite a passagem de oxignio ou gs carbnico e atua como filtro UV, portanto, no altera a cor ou sabor da cerveja.

2.3 - Informaes Sobre a Embalagem

Capacidade Total: 635 ml Capacidade til: 600 ml Peso: 475 g Altura: 286,4 mm Dimetro Mximo: 73 mm Cor: mbar Material: Vidro Soda-Cal

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3 - Composio e Propriedades dos Vidros Soda-Cal Os vidros apresentam estrutura amorfa, ou seja, no apresentam um arranjo atmico regular e sistemtico ao longo de distncias atmicas relativamente grandes. Nos vidros a base de slica, sua estrutura atmica no muito diferente da slica pura, exceto que a rede tridimensional quebrada devido ausncia de pontes de oxignio, causada pela presena de ons modificadores, tal com o Na+, como mostra a figura 2. As tabelas abaixo apresentam os percentuais dos principais constituintes dos vidros soda-cal (tabela 1), as principais temperaturas de processamento (tabela 2) e as principais propriedades fsicas (tabela 3). Tabela 1 Composio dos Vidros Soda-Cal Vidro Soda-Cal SiO2 (%) 70-75 Na2O (%) 12-18 K2O (%) 0-1 CaO (%) 5-14 MgO (%) 0-4 Al2O3 (%) 0,5-2,5

Tabela 2 Principais Temperaturas de Processamento Ponto de Ponto de Ponto de Ponto de Tenso recozimento Amolecimento Trabalho 487C 527C 715C 1005C Tabela 3 Principais Propriedades Fsicas Mdulo de Coeficiente Densidade Young de Poisson 2,5 g/cm 70 GPa 0,22

ndice de Refrao 1,513

Resistividade a 300C 5,1 log(.cm)

4 - Processamento O processo de fabricao de garrafas de vidro pode ser dividido em 4 etapas: fuso, distribuio, conformao e tratamentos. Fuso: As matrias primas, juntamente com os cacos modos provenientes da reciclagem, so aquecidas em fornos at temperaturas em torno de 1500C durante aproximadamente 24 horas. Distribuio: Depois de fundido, o vidro flui pela ao da gravidade atravs de canais de distribuio, chamados fornecedoras, at as mquinas de fabricao das garrafas. Na extremidade das fornecedoras, o vidro fundido e cortado em gotas, com peso, forma e temperaturas controladas.

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Conformao: Permite transformar a massa solida de vidro fundido em corpos ocos e slidos. Tratamentos: Tem o objetivo de melhorar as propriedades mecnicas do produto.

5 - Conformao - Processo Soprado-soprado O processo de conformao dura cerca de 5 minutos e realizado em duas etapas: Etapa 1 - Bloco: ainda a uma temperatura de 1000C, o vidro conduzido atravs de canais para dentro do bloco, onde, por assopro, recebe um pr-formato, chamado de parison.

PARISON

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Etapa 2 - Frma: O parison transferido para dentro da frma (molde) onde atravs de outro assopro, recebe o formato final da embalagem. A garrafa retirada do molde por uma pina, a mesma sai do molde com uma temperatura de aproximadamente 600C.

5.1 - Variveis Controladas do Processo Tabela 4 Temperatura Variveis Controladas (Pr-estabelecidas) Vazo Presso Vazo Composio Taxas de do vidro do ar de ar do vidro deformao Taxa de resfriamento

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5.2 - Variveis Medidas do Processo Tabela 5 Temperatura Presso do ar Variveis Medidas Vazo Dimenses de ar do produto Peso do Tempo de produto resfriamento

6 - Tipos de Deformao Durante o processamento, o material sofre dois tipos de deformao: deformao por cisalhamento e por elongao. A deformao por cisalhamento esta mais presente na primeira etapa do processo, onde o material ganha a forma do parison aps injeo de ar. A superfcie em contato com o ar injetado cisalhada em relao a parede do molde. J a deformao por elongao ocorre significativamente nas duas etapas do processo. Um bom exemplo a deformao que o parison sofre, no qual, o ar injetado elonga o mesmo, at o formato final da garrafa. As taxas de deformao so importantes variveis do processo. Em coordenadas cilndricas, as componentes do tensor taxa de deformao so:

(6.1a)

(6.1b)

(6.1c)

(6.1d)

(6.1e)

(6.1f)

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7 - Tensor Tenso Os componentes tensor tenso em coordenadas cilndricas so dados por: (7.1a)

(7.1b)

(7.1c)

(7.1d)

Onde

a viscosidade em regime permanente de cisalhamento

8 - Viscosidade A figura 3 mostra uma curva do log. da viscosidade em funo da temperatura. Os pontos indicados na curva so de grande importncia para o processamento do material, e possuem os seguintes significados: Strain point (Ponto de tenso) - abaixo desta temperatura, o material fratura sem deformao plstica. Annealing point (Ponto de recozimento) - difuso atmica suficientemente rpida; remoo de tenses residuais. Softening point (Ponto de amolecimento) - mxima temperatura na qual uma pea de vidro pode ser manipulada sem variaes dimensionais. Working point (Ponto de trabalho) - material facilmente deformado.

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9 - Conservao de Quantidade de Movimento A equao (9.1) refere-se a conservao de quantidade de movimento da primeira etapa do processo de conformao, onde o vidro preenche o molde pela ao da fora gravitacional. A figura 4 mostra a representao das coordenadas cilndricas na etapa citada do processo. Para este caso, as componentes do vetor velocidade sero: vr = 0 - existe uma leve variao no raio do molde ao longo do eixo z, mas a mesma foi considerada desprezvel. vz = f(r) - a velocidade em z varia em funo do raio. v = 0 - a velocidade em pode ser considerada nula.

As condies de contorno so as seguintes:

Para a velocidade: vz( r = 0) = vz - a velocidade mxima quando r = 0 vz(r = R) = 0 - a velocidade na parede do molde considerada nula Para a presso: P(0) = P(L) = Patm - a presso do processo constante e o fluxo ocorre por ao da gravidade.

Portanto, as equaes da conservao da quantidade de movimento para a direo z, considerando as condies acima ser:

(9.1)

10 - Anlise Geral do Processo Soprado-Soprado (blow and blow) O processo soprado-soprado certamente o mais apropriado para a fabricao de garrafas com gargalos finos, como o caso das garrafas de cerveja. Existem outros processos de conformao para embalagens de vidro, como por exemplo, o processo prensado-soprado, porm, este indicado a produtos com o gargalo largo, como o caso dos vidros para condimentos no geral.

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11 - Avaliao Final do Material Escolhido Em termos energticos, certamente o PET (polietileno teraftalato) seria a escolha mais adequada, pois a energia gasta com o processamento seria menor, uma vez que o mesmo necessita de uma temperatura de trabalho bem menor do que o vidro, alm de no quebrar facilmente. Porm, o vidro, ainda assim, a melhor escolha, uma vez que o mesmo impede a passagem de gases que prejudicam a validade da cerveja, e a utilizao do PET s seria possvel com a aplicao de camadas impermeabilizantes, que elevariam o preo final do produto. Outro fator a ser levado em conta a aceitao da cerveja em garrafas PET. Existem mitos sobre a alterao do sabor da mesma quando em embalagens deste tipo, porm, pesquisas mostram que o sabor no modificado. Existe tambm a questo ambiental. As garrafas de cerveja de 600ml em vidro so lavadas aps o uso e reutilizadas, isto seria impossvel com a utilizao do PET descartvel. Portanto, pode-se concluir que o vidro melhor opo para este produto.

12 - Referncias Bibliogrficas [1] BRETAS, R. E. S., Reologia de Polmeros Fundidos, 2 ed., EdUFSCar, So Carlos, 2005. [2] BANSAL, N. P., Handbook of Glass Proprieties, Academic Press Inc., London, 1986. [3] HARPER, C. A. (Ed.), Handbook of Ceramics, Glasses, and Diamonds, 1 ed., McGraw-Hill, New York, 2007. [4] BARSOUM, M. W., Fundamentals of Ceramics, 1 ed., Taylor & Francis Group, New York, 2003. [5] CALLISTER, W. D., Cincia e Engenharia de Materiais: Uma Introduo, LTC, Rio de Janeiro, 2002. [6] http://www.sgembalagens.com.br acessado em 28 de junho de 2008. [7] http://www.abividro.org.br acessado em 28 de junho de 2008.

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