extrusÃo em altas pressÕes

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GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL

SECRETARIA DE CIÊNCIA, INOVAÇÃO E DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO

DIVISÃO DE POLOS TECNOLÓGICOS

POLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA DO VALE DO CAÍ

Boletim Técnico

EXTRUSÃO EM ALTAS PRESSÕES Convênio: 23/2011

Processo: 475-‐25.00/11-‐5

Equipe executora: Dr.–Ing. Robinson C. D. Cruz (Coordenador)

Dr. Cláudio A. Perottoni Dra. Janete E. Zorzi Dr. José V. Emiliano

M.Sc. Sergio G. Echeverrigaray Eng. Arthur Susin Neto Eng. Kátia de Oliveira



INTRODUÇÃO1

A moldagem é, sem dúvida, a etapa fundamental do processo de fabricação de qualquer

tipo de produto cerâmico, não somente por determinar a geometria final e funcional, mas

acima de tudo por combinar as propriedades das matérias-‐primas de forma a permitir que as

etapas posteriores do processo produtivo sejam executadas com sucesso. A fabricação de

artefatos cerâmicos é considerada, desde tempos imemoriáveis, como a arte de moldar argila e

água, na roda ou em moldes, de modo a disponibilizar ao homem e à sociedade onde vive uma

variedade de objetos de uso prático, decorativo ou religioso.

Uma vez moldado, o objeto moldado com materiais argilosos pode ser seco,

decorado e queimado, eventualmente várias vezes. Esse processo tem sido

repetido sem alterações significativas por milhares de anos em todo o planeta, da

Mesopotâmia à China, de Faenza ao Deserto de Mojave.

Graças à plasticidade, uma das propriedades fundamentais do sistema água-‐argila, a

cerâmica pode ser moldada a frio. Essa mesma propriedade nos permite classificar as técnicas

de moldagem em 3 processos de moldagem, definidos em grande parte pelo volume de água

presente no corpo cerâmico: moldagem a seco, moldagem plástica e moldagem a úmido.

Vários métodos e diferentes técnicas podem ser relacionados a cada um desses

processos. Eles são utilizados na produção industrial de materiais cerâmicos tradicionais, como

placas cerâmicas, cerâmica vermelha, faiança, louça sanitária e técnicos, como substratos e

componentes eletrônicos, isoladores e biocerâmicas.

De qualquer forma, os mais difundidos e emblemáticos métodos de produção são, sem

sombra de dúvida, a prensagem de pós, a colagem de barbotina e a extrusão.

1 Compilado do texto publicado por Andrea Bresciani, no livro intitulado “Extrusion in Ceramics”, publicado pela



A prensagem de pós é o processo utilizado na fabricação da grande maioria dos

revestimentos cerâmicos. Cerâmicas técnicas de geometria simples também

podem ser fabricadas por meio da prensagem de pós, como placas, anéis,

blocos maciços, etc. A prensagem geralmente envolve três operações:

preenchimento da cavidade do molde com pó, prensagem e a extração do produto

conformado. Os pós para prensagem geralmente contém até 7% de umidade e a sua

escoabilidade, uma propriedade crítica para o processo, depende em grande parte da forma do

grânulo e da rota de preparação do pó, que pode ser moagem a seco seguida de granulação, ou

moagem a úmido e atomização da suspensão. A compactação e densificação dos pós são

influenciadas tanto pela potência da prensa quanto pela plasticidade, umidade e distribuição

do tamanho de grão da massa.

A colagem de barbotina é um processo tradicional largamente aplicado na produção de

cerâmicos devido à sua relativa simplicidade e baixo custo. É normalmente descrito como a

consolidação de partículas de materiais argilosos dispersas em uma suspensão

com umidade usualmente superior a 35%, por meio da remoção da parte

líquida em um molde poroso e absorvente. As partículas em suspensão se

aproximam gradativamente com o progresso da absorção da água na superfície do molde. Após

a formação de parede com a espessura desejada, o eventual excedente de barbotina pode ser

drenado e a água remanescente na parede continua a ser absorvida pelo

molde até as superfícies do objeto e da parede do molde se separarem. A

colagem sob pressão, a forma mais evoluída da tecnologia, é utilizada para a

fabricação de sanitários e porcelanas especiais, dentre outros produtos.

A extrusão, por sua vez, é a técnica mais empregada na conformação ou moldagem de

perfis de secção transversal constante. O processo consiste na passagem forçada e

contínua de um corpo cerâmico suficientemente plástico através de uma abertura

com geometria definida, mais conhecida como boquilha. A umidade de extrusão

do corpo cerâmico argiloso situa-‐se em níveis intermediários à empregada na

prensagem a seco ou na colagem de barbotina e geralmente varia entre 14 e 25% (base úmida).



A tabela abaixo resume as principais aplicações das técnicas de conformação

comentadas.



CONCEITOS BÁSICOS

A conformação por extrusão é uma das poucas tecnologias que manteve vasto campo

de aplicação ao longo do processo de evolução tecnológica que experimentamos nos últimos

100 anos2.Ainda que sua origem esteja atrelada à cerâmica estrutural, atualmente a técnica é

aplicada em outras áreas, como a de processamento de polímeros, farmacêutica, química, de

alimentos, etc., sendo utilizada tanto na moldagem final do produto quanto em etapas

intermediárias de preparação.

De um modo geral, a tecnologia de extrusão também pode ser categorizada de acordo

com a consistência adquirida pelo material durante extrusão, a qual está diretamente

relacionada com a pressão de extrusão necessária para este escoar. Dessa forma, podemos

considerar as seguintes classes ou categorias de extrusão:

• Extrusão a baixas e médias pressões (extrusão macia e semirrígida)

• Extrusão a altas pressões (extrusão rígida)

Se a consistência da massa for crítica na seleção/projeto da extrusora, 3 parâmetros

básicos devem ser considerados:

• A umidade de extrusão

• A pressão de extrusão

• A rigidez adquirida pelo material durante extrusão

Vale lembrar que a umidade de extrusão e a pressão de extrusão não permitem, per se,

prever o comportamento durante extrusão, pois a plasticidade e a consistência podem variar

significativamente entre materiais (por ex., argilas cauliníticas, ilíticas e esmectíticas). A pressão

de extrusão é em grande parte determinada pela resistência imposta pela boquilha e não pode

ser diretamente relacionada com o comportamento da massa.

2 Uma cronologia do processo de extrusão foi publicada por Willi Bender e Hans Böger, na referência já mencionada.



A consistência da massa (obtida com um penetrômetro calibrado), porém, é um

valor representativo e pode ser utilizado como critério.

De um modo geral os equipamentos de extrusão e seus componentes críticos

são projetados de acordo com a pressão de extrusão máxima permissível (por

ex. até 20 bar, 45 bar ou 300 bar).

A tecnologia de extrusão pode ser classificada, em termos práticos, de acordo com a

tabela abaixo.



EQUIPAMENTOS PARA EXTRUSÃO MAIS COMUNS (EXTRUSORAS)

Os equipamentos de extrusão mais difundidos na atualidade são a extrusora a pistão

(figura a) e a extrusora a parafuso (figura b).

Figura a – Representação esquemática de extrusora a pistão.

Figura b – Representação esquemática de extrusora a parafuso.

Os detalhes e princípios de funcionamento de cada tipo de extrusora podem ser obtidos

diretamente junto aos fornecedores dos equipamentos.



A extrusora a parafuso é o equipamento predominante na indústria cerâmica, de modo

que a descrição dos seus princípios básicos de funcionamento é de interesse geral.

Consideremos então as figuras apresentadas a seguir.

Durante a extrusão a matéria-‐prima é

alimentada e transportada

continuamente na direção da saída do

barril (indicada pela flecha

pontilhada). Este é preenchido até o

acúmulo de material atingir o ponto

SP1.A pressão de extrusão deve subir

até atingir o nível p1 para a superação

da resistência e início do escoamento.

Um aumento da velocidade de rotação

do parafuso leva a um aumento do

fluxo de material. A pressão pode

subir até atingir o valor p2 e a zona de

acumulação, eventualmente migrar

até atingir o ponto SP2. Neste caso

não será possível gerar pressão de

extrusão suficiente para o material

escoar.



Se potência do equipamento for limitada e

não permitir aumento da pressão de

extrusão, as características geométricas do

bico redutor terão que ser modificadas. O

grau de modificação necessário para

compensar a pressão p2 é representado

pela linha A1-‐p1. O segmento A-‐A1

corresponde ao encurtamento necessário

no bico para trazer novamente a pressão ao

nível p1. Outras possibilidades: (a)

aumentar o comprimento do cilindro e do parafuso, (b) mudar o comportamento reológico da

matéria-‐prima, uma vez que a pressão de compactação p é função deste.

Se reduzirmos a umidade de extrusão ou

adicionarmos material inerte, ou seja,

tornarmos o material mais rígido, a pressão

aumentará para o nível p2. Se

aumentarmos a velocidade de extrusão, a

pressão pode se elevar ao nível p3, nível

elevado o suficiente para bloquear o fluxo

de material. Aditivos lubrificantes ou

defloculantes podem reduzir a pressão ao

nível p4 e permitir o escoamento.



PERFIL DE VELOCIDADES NO PARAFUSO

De acordo com o modelo representado pela figura acima, o perfil de velocidade V do

corpo cerâmico em escoamento no interior de uma extrusora a parafuso, resolvidas as

equações diferenciais aplicáveis ao sistema, pode ser representado pela equação abaixo:

𝑉 𝑟 = 𝑢 𝑟 , 𝑣 𝑟 ,𝑤 𝑟

u(r) representa a velocidade perpendicular ao eixo de rotação (geralmente desconsiderada, já

que a velocidade na direção de r é praticamente nula), v(r)é a velocidade rotacional do material

e w(r), a velocidade na direção z, alinhada com o eixo de extrusão. Essas velocidades estão

representadas qualitativamente na figura acima.

Se considerarmos u(r)=0, a equação se reduz aos termos v(r)e w(r):

𝑉 𝑟 = 𝑣 𝑟 ,𝑤 𝑟

A soma vetorial desses componentes leva ao campo de velocidades do material em

escoamento.

A integração do campo de velocidades resulta na vazão do parafuso e a sua

diferenciação, à taxa de cisalhamento no parafuso [τ(r)]. É possível demonstrar que, para o



problema em discussão, apenas o segundo invariante é diferente de zero no tensor velocidade.

Além disso, a multiplicação do valor absoluto do segundo invariante pela viscosidade

binghamiana resulta na função dissipação no canal de extrusão [Γ(r)] e a combinação da função

taxa de cisalhamento com a lei do material resulta na função tensão de cisalhamento [Φ(r)].

Essas funções dinâmicas e cinemáticas permitem a descrição do deslocamento e do momentum

do material extrudado.

Para ilustrar o uso do modelo, consideremos o seguinte exemplo3: fabricação de blocos

cerâmicos estruturais (argila comum) em uma extrusora com parafuso de 500 mm de diâmetro,

operando com vazão de 20 m3/h e pressão de 11 bar. A curva de operação do equipamento

(vazão versus gradiente de pressão) é dada na figura abaixo (a reta foi calculada a partir de

dados coletados durante operação).

Nesse caso, a tensão mínima de escoamento τ0=0,15 bar e a viscosidade ηBi=0,81 bar.s

foram determinados interativamente.

3Rheology of Ceramic Bodies-‐ Extrusion in Ceramics, publicado pela Springer-‐Verlag Berlin, 2007, página 152.



A distribuição de velocidades no canal do parafuso é representada pela figura abaixo.

As funções τ(r), Φ(r) e Γ(r) estão representadas na figura abaixo.



Outro exemplo: extrusão de matérias-‐primas não argilosas para a fabricação de suporte

de catalizador tipo honeycomb, com 300 células/pol2 em extrusora com parafuso de 180 mm

de diâmetro, vazão de 280 l/h e 150 bar de pressão. É um quadro típico de extrusão rígida.

Neste caso, a tensão mínima de escoamento τ0=0,3 bar e a viscosidade ηBi=2,2 bar.s. A

discrepância em relação à argila comum é evidente.

As curvas de operação, velocidades, τ(r), Φ(r) e Γ(r) estão representadas nas figuras

abaixo.



Nota-‐se que a inclinação da reta da curva de operação do segundo exemplo é

sensivelmente inferior ao do primeiro, o que está relacionado à rigidez elevada.

Consequentemente, a tensão de cisalhamento e a função dissipação atingem valores muito

mais elevados.



DESEMPENHO:EFEITO DAS CARACTERÍSTICAS DA MATÉRIA-‐PRIMA

As propriedades e características das matérias-‐primas que compõem o corpo cerâmico

podem afetar o desempenho da extrusora:

• Homogeneidade: quanto menor a variação da plasticidade, da granulometria e

umidade das matérias-‐primas, menor o risco de tensões residuais causarem

perdas nas etapas posteriores à conformação (na secagem, por ex.).

• Fração de inertes (materiais não plásticos): afeta o comportamento de

escoamento do corpo, o consumo de energia e a vida útil do equipamento.

• Consistência do corpo: a coesão entre as partículas depende da natureza das

matérias-‐primas e do volume de água adicionado.

Para exemplificar o efeito da consistência e sua relação com a umidade de extrusão,

consideremos a curva abaixo, obtida com o auxílio de uma balança de Brabender e 3 materiais

com características distintas.

Nas proximidades do 1 a água adicionada está adsorvida na superfície das partículas dos

argilominerais, formando uma camada que se comporta como uma película rígida:



Com o aumento da umidade na direção do ponto 2, o número de camadas aumenta

juntamente com a umidade adicionada. A rigidez da camada diminui com o aumento da

espessura das camadas de água adsorvida:

Entre os pontos 2 e 3, quando a umidade adicionada atinge um mínimo de 18%, as

moléculas de água mais externas às partículas argilosas se comportam como água livre.

No ponto 3, a atração capilar entre a água livre e a ligada à superfície das partículas

causa rápido aumento da força de união entre elas, até atingir a máxima coesão.

Além do ponto 3 ocorre aumento da umidade, do diâmetro dos capilares e a atração capilar diminui, causando a redução da consistência da argila.

Em relação ao quartzo, material destituído de plasticidade (carga elétrica superficial muito inferior à dos argilominerais), com mínimo volume de água ligada à superfície, se percorrermos os mesmos pontos podemos concluir que um baixo conteúdo de água adicionada



é suficiente para a presença de água livre e baixa consistência. As forças capilares mantém esse baixo nível de consistência em um longo intervalo de umidade, até o preenchimento de todos os poros.

Uma observação importante e que serve como regra geral: o valor máximo de coesão obtido nas argilas com baixa plasticidade é inferior ao obtido com argilas mais plásticas, porém esse limite é atingido com um volume de água inferior.

Uma vez que a condição de fluxo do corpo através do canal da extrusora depende da sua consistência, fica clara a necessidade e a importância de se manter constante a razão entre a fração argilosa e a não argilosa. Ou seja, manter constante a plasticidade.



DESEMPENHO:EFEITO DA FRAÇÃO DE INERTES

O aumento do conteúdo de argilominerais (fração argilosa) causa o aumento da coesão

do corpo e da resistência ao deslizamento entre partículas. Quando o efeito da força de coesão

for superior à resistência ao escoamento causada pelo atrito com a superfície metálica do canal

de extrusão, o corpo fluirá com maior velocidade na periferia do que no centro do molde,

causando um desiquilíbrio.

Por outro lado, à medida que a fração de inertes (material não argiloso) aumenta,

verifica-‐se a diminuição da coesão interna do corpo e o aumento do atrito entre as partículas e

a superfície metálica do molde. Nesse caso, o corpo fluirá com maior velocidade no centro do

molde, criando outro tipo de desiquilíbrio. Mesmo mantendo constante a razão entre ambas as

frações, o escoamento ou fluxo do corpo pode ser modificado se alterarmos o conteúdo de

água (umidade).



DESEMPENHO:EFEITO DA TEMPERATURA

A coesão das argilas é função da atração capilar entre a água livre e a água adsorvida na

superfície das partículas dos argilominerais. Portanto, quanto menor a viscosidade da água

livre, menor a tensão superficial e a atração capilar.

Ao aquecermos a argila (água quente ou vapor), reduzimos a viscosidade da água livre e,

portanto, a coesão. Nessa condição e o material escoará com maior facilidade, reduzindo o

consumo energético. Efeito similar pode ser obtido com o uso de defloculantes.



DESEMPENHO: EFEITO DAS CARACTERÍSTICAS DO EQUIPAMENTO

Durante o processamento, considerando extrusoras modernas, a matéria-‐prima passa

por um caixão misturador com duplo eixo, onde recebe a umidade complementar necessária

para a conformação (água líquida ou vapor). As pás dos eixos podem ser ajustáveis ou fixas.

As pás ajustáveis permitem regular a intensidade do amassamento do material e o

volume transportado pelo caixão. Quanto maior a inclinação das pás, maior a produção e

menor o desgaste do caixão. O amassamento, porém, será menos eficiente.

Na parte final dos caixões de duplo eixo (geralmente uma área fechada), as pás são

substituídas por hélices e o material é forçado a passar para a câmara de vácuo através de

entradas cônicas no fim das quais estão instaladas placas perfuradas.



As estrelas instaladas nos eixos cortam as barras formadas durante a passagem pelas

placas perfuradas. O material retido nas perfurações das placas atua como um selo hermético

que impede a entrada de ar na câmara de vácuo.

É importante destacar que a remoção de ar do material depende da bomba de vácuo da

extrusora, do tempo de residência na câmara e da natureza da argila (as ilíticas, por ex., são

mais difíceis de evacuar que as cauliníticas). Como o tempo de residência na câmara é curto,

deve-‐se desagregar ao máximo o corpo, o que dependerá da conicidade das perfurações da

placa (quanto maior, melhor).

câmara de vácuo



DESEMPENHO: EFEITO DA ALTITUDE E TEMPERATURA DO EXTRUDADO

NO NÍVEL DE VÁCUO

A formação de vácuo em nível elevado e constante durante a passagem do corpo pela

câmara de evacuação impacta, e muito, a qualidade do extrudado. Além dos requisitos

mecânicos, como equipamento estanque e livre de vazamento de ar (evita perda de vácuo), o

grau de compactação do corpo ao chegar à passagem para a câmara de vácuo também é uma

variável de impacto, pois um corpo finamente dividido/picado resulta em elevada superfície

específica e, portanto, evacuação mais eficiente.

Para efeito de avaliação da tecnologia de evacuação, as propriedades do corpo, como

distribuição do tamanho de partícula, plasticidade, consistência, etc devem ser consideradas.

Sem maiores aprofundamentos, consideremos que composições de maior friabilidade são mais

fáceis de evacuar que as finamente divididas.

Naturalmente, as características e requisitos do produto acabado também devem ser

considerados na avaliação da tecnologia de evacuação. Blocos cerâmicos com até 70% em

volume de perfurações, por exemplo, demandam menor esforço para formar bom vácuo do

que tarugos compactos de 500 mm de diâmetro utilizados na fabricação de isoladores elétricos.

Por fim, as condições materiais e climáticas locais devem ser consideradas na definição

da tecnologia de evacuação. Quantidade e qualidade da água disponível, flutuação da

temperatura e umidade ao longo do tempo, etc, são fatores importantes. Não podemos

esperar que um sistema de vácuo em operação no norte da Dinamarca tenha o mesmo

desempenho que idêntico sistema em operação no nordeste do Brasil.

Uma vez reunidos todos os requisitos aplicáveis ao vácuo e aos produtos, e somados os

dados ambientais, o sistema de vácuo pode ser especificado.

Alguns aspectos práticos a considerar:

• Para a maior parte das aplicações, é desejável um nível elevado e constante de

vácuo. Mas existem exceções que devem ser cuidadosamente consideradas.



• Durante a extrusão o sistema de vácuo pode extrair até 2% da umidade do corpo

(base seca). Em caso de interrupção da operação parte do corpo pode enrijecer e

causar problemas.

• Recomenda-‐se operar sempre em nível máximo de vácuo e em condições estáveis.

O nível máximo de vazio que se pode atingir em uma extrusora a vácuo, tema de pouco

domínio para a grande maioria dos técnicos da área cerâmica, é afetado pela temperatura do

extrudado e/ou temperatura no interior da câmara de vácuo, pela altitude na qual se realiza a

conformação e por flutuações das condições atmosféricas.

Podemos relacionar a dependência do vácuo com a temperatura do material e a altitude

da seguinte forma:

Se considerarmos apenas o efeito da temperatura, temos:

pres é a pressão de vapor saturado (mbar) para vapor d’água, em função da temperatura do

material:

Se, por outro lado, considerarmos apenas o efeito da altitude, temos:

pair(h) é a queda percentual da pressão barométrica em função da altitude h (em relação a p0, a pressão

de referência).

vac(T, h) = vac(T) − ∆p(h) [%]



Medidores de nível de vácuo que proporcionam leituras em % de vácuo podem induzir a

grandes erros, particularmente quando a altitude deve ser considerada uma variável relevante.

Os exemplos apresentados a seguir demonstram claramente essa dependência. Nos gráficos

das figuras, a pressão residual obtida com o uso de instrumentos não barométricos (em mbar) e

barométricos (em % de vácuo) está indicada no eixo das ordenadas. A temperatura do corpo,

uma variável relevante, também é considerada.

Exemplo 1: extrusão a vácuo, corpo cerâmico a 40 °C, com e sem flutuação da pressão

atmosférica, e utilizando diferentes tipos de medidor de pressão.

A dependência da pressão com a altitude e a temperatura do corpo extrudado é clara,

bem como o erro associado ao uso de equipamento de medição inadequado. Os medidores

mais apropriados, ou não barométricos, ignoram os efeitos da altitude, uma vez que as bombas

de vácuo não perdem eficiência com o aumento da altitude. Os medidores de pressão mais

comuns, ou barométricos, indicam perda de vácuo com o aumento da altitude, um erro

causado pela discrepância entre a pressão atmosférica no local da operação e a pressão

atmosférica na qual esses dispositivos geralmente são calibrados (aprox. 1000 mbar).



O nível de vácuo pode deteriorar significativamente com a admissão de vapor d’água na

câmara resultante do aumento da temperatura do corpo. Quanto maior a temperatura, maior a

diminuição do nível de vácuo.

Exemplo 2: extrusão a vácuo, corpo cerâmico a 50 °C, considerando flutuações na

pressão atmosférica.

Quando sujeitos a variações da pressão atmosférica no local de medição, os medidores

comuns (barométricos) se comportam como se a sua altitude tivesse sido alterada. As linhas

retas das medições não barométricas interceptam as linhas das medições barométricas no

ponto correspondente ao nível médio do mar, onde ambos os tipos de medidores devem

indicar idêntico nível de vácuo (isto é, se o medidor barométrico foi calibrado ao nível do mar, a

1013 mbar de pressão atmosférica).

De acordo com o gráfico da figura, quando a pressão é superior a 1013 mbar, a leitura

do medidor barométrico pode ser superior a 100%, o que sabemos ser impossível, visto que a

pressão residual jamais poderia ser inferior a zero.



DESEMPENHO: EFEITO DAS FORÇAS CONTRÁRIAS AO MOVIMENTO

O avanço do material no interior do cilindro da extrusora é condicionado pela ação de

várias forças contrárias ao movimento, tais como:

• Interação argila-‐hélice/eixo: contato dificulta o deslizamento das partículas sobre

a superfície do metal e resistência ao movimento aumenta com o aumento da

pressão e do atrito. Material pode aderir sobre a superfície das hélices e

permanecer em movimento circular.

• Interação argila-‐couraça interna: contato da argila com parede interna dificulta o

movimento circular imposto pela hélice. Material pode aderir à parede e

permanecer imóvel.

• Coesão da argila: força de coesão somada ao atrito entre as partículas da argila

deve ser superior à força de adesão da argila na superfície da hélice e à força de

adesão da argila na parede interna do cilindro, ou material formará um cilindro

solto no passo da hélice. Argilas excessivamente plásticas e aderentes podem

causar esse tipo de problema.



Como já conhecemos as forças que afetam o avanço da argila na extrusora, podemos indicar as medidas necessárias para a maximização do rendimento da extrusão:

• Reduzir ao máximo o atrito da argila na hélice e no eixo para evitar adesão do

material na sua superfície: possível por meio do polimento da superfície metálica

ou aplicação de material antiaderente; argilas muito plásticas e aderentes

podem demandar a instalação de dispositivos corta-‐barro, o que pode diminuir o

rendimento da operação.

• Impedir o movimento circular da argila no interior do cilindro: por meio da

instalação de “costelas” longitudinais helicoidais na parede do cilindro, ou

armadura raiada. A distância de separação entre o topo da hélice e a superfície

do cilindro não deve ser superior a 12-‐18 mm para evitar refluxo de material.

• Aplicar propulsão máxima na argila: depende da velocidade de rotação do eixo e

do ângulo da hélice; para equilibrar consumo energético convém reduzir ao

máximo a velocidade de rotação do eixo, portanto devemos nos centrar no

ângulo da hélice para chegar à propulsão ótima, o qual é função do seu diâmetro

e passo. O ângulo necessário para máxima propulsão varia em função da

plasticidade da argila.

A pressão máxima de extrusão é afetada pela consistência da argila, ou seja, pela sua

plasticidade e teor de umidade: quanto maior a plasticidade, maior a pressão de extrusão (para

o mesmo conteúdo de água); a redução da umidade também acarreta aumento da pressão de

extrusão (para o mesmo tipo de argila).



Portanto podemos concluir que cada tipo de argila/produto necessita de um tipo

particular de hélice – o que é inviável do ponto de vista industrial e comercial.

A versão mais utilizada para extrusão de argilas “medianamente” plásticas e “macias”

(1,2 < consistência (kg/cm2) < 1,8) é apresentada nas figuras abaixo.

Em se tratando de argilas de elevada consistência/coesão (consistência > 3,0 kg/cm2)

e/ou baixa umidade (12 < um < 18%), a versão mais comum é a apresentada abaixo.



EXTRUSÃO A ALTAS PRESSÕES

Neste ponto, considerando o que já foi exposto, as características básicas da extrusão

de alta pressão podem ser apontas com clareza: processamento de materiais de elevada

consistência e/ou baixa umidade, cujo escoamento no cilindro requer alta pressão de extrusão.

Os princípios básicos de reologia e extrusão, no entanto, são os mesmos aplicáveis à

extrusão branda ou de baixa pressão. As diferenças significativas entre as duas vertentes estão

na tecnologia construtiva dos equipamentos de extrusão e boquilhas (ex.: parafuso).

Relembrando:



Características básicas de equipamento para extrusão a altas pressões:

A preparação da massa ou corpo cerâmico também tem particularidades:

• Não importa se via por via semi-‐úmida ou seca, a umidade da argila após a

preparação deve ser a mais baixa possível.

• Em se tratando de material de difícil movimentação (rígido ou pegajoso),

eventualmente será necessário equipamento especial para alimentação.



Equipamentos para extrusão rígida:

As ferramentas de extrusão, ou boquilhas, são um capítulo a parte. Alguns exemplos de

boquilhas utilizadas na indústria, de diferentes origens, são apresentados nas figuras abaixo.



RESULTADOS OBTIDOS NO ÂMBITO DO PROJETO

Revestimento cerâmico vitrificado

As placas cerâmicas para revestimento foram processadas através de mistura de

argilominerais e silicatos. Após a queima amostras do produto acabado foram caracterizadas.

Os ensaios foram conduzidos segundo normas nacionais/internacionais: determinação da

absorção de água (ASTM C373/88), abrasão profunda em produtos não esmaltados (NBR

13818/97 anexo E), carga de ruptura e módulo de resistência à flexão em placas cerâmicas

(NBR 13818/97 anexo C).

Produto vitrificado acabado: placas cerâmicas para revestimento queimadas.

A absorção de água resultante foi de 2,6 % e o volume médio de material removido por

abrasão profunda de 250,9 mm³. A tabela abaixo apresenta os valores médios resultantes do

ensaio de determinação da carga de ruptura e módulo de resistência à flexão nas placas

cerâmicas.



Valores médios resultantes do ensaio de determinação da carga de ruptura e módulo de resistência à

flexão nas placas cerâmicas.

Espessura

[mm]

Força de Ruptura

[N]

Carga de Ruptura

[N]

Módulo de Resistência à Flexão

[MPa]

7,8 794,5 1117,7 27,3

O produto desenvolvido foi classificado como Tipo AI – placa cerâmica para

revestimento obtida por extrusão (NBR 13818/97 anexo T) com absorção de água menor ou

igual a 3%, resistência a abrasão profunda (não esmaltados) menor ou igual a 275 mm³, e carga

de ruptura maior ou igual a 1100 N (para placas com espessuras maiores que 7,5 mm) e módulo

de resistência à flexão maiores que 23 MPa.

Bloco cerâmico

Os blocos cerâmicos confeccionados a partir da mistura de argilominerais e silicatos.

Após a queima amostras do produto acabado foram caracterizadas. Os ensaios foram

conduzidos seguindo normas nacionais/internacionais: determinação da absorção de água

(ASTM C373/88), dimensional e resistência a compressão (NBR 15270-‐3 para blocos

estruturais).

Segundo a norma NBR 15270-‐3:2005 no ensaio de resistência à compressão a aceitação

ou rejeição do lote fica condicionada à resistência característica à compressão (fbk) ser igual ou

maior ao especificado, i.e. existindo no máximo duas (02) peças dentre as treze (13) ensaiadas

com as características fora do especificado na norma (item 5.5.1 -‐ resistência característica à

compressão, fbk, dos blocos tipo estrutural deve ser considerada a partir de 3,0 MPa) o produto

é declarado conforme, caso contrário é declarado como não conforme. Da mesma forma, a

absorção de água média resultante deve ser entre 8 e 22%.



A absorção de água obtida foi de 11,9 ± 0,4 %. Todas as dimensões médias (largura,

altura e comprimento) do bloco apresentaram a mesma medida de 76 ± 1 mm. A tabela abaixo

apresenta os resultados da análise de resistência a compressão.

Resultados da análise de resistência a compressão

Resistência a Compressão 18,7 ± 4,6 MPa

Resistência à Compressão Característica -‐ fbk 10,5 MPa

Blocos após secagem (direita) e após queima (esquerda).

Os blocos desenvolvidos atendem as especificações da NBR 15270-‐3:2005 para blocos

estruturais pois atingiram valores de resistência à compressão característica, fbk, igual a 10,5

MPa, e absorção de água de 11,9 %.

extrusÃo em altas pressÕes

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