Última alteração: 26-10-2019
Resumo
AVALIAÇÃO DE PERFORMANCE DE UM TOPO DE CONDICIONADOR DE AR FEITO DE POLIPROPILENO (PP) COM 40% DE CALCITA (CaCO3)
Samuel Lima Verde de Souza1; Frederico Nicolau Cesarino2
*Este Texto é referente ao projeto de Avaliação de performance de um topo de condicionador de ar feito de polipropileno (PP) com 40% de calcita (CaCO3), orientado pelo professor Dr. Eng°. Frederico Nicolau Cesarino.
1Acadêmico do Curso de Graduação em Engenharia Mecânica, do CEULM/ULBRA, Manaus-AM, verde.sam7@gmail.com;
2Professor Orientador do Curso de Graduação em Engenharia Mecânica, do CEULM/ULBRA, Manaus-AM, fcesarino@hotmail.com;
INTRODUÇÃO
Materiais com características específicas e não usuais são necessários para uma gama de aplicações de alta tecnologia, tais como as encontradas nas indústrias aeroespacial, submarina, de biotecnologia e transporte, assim como também na manufatura de bens domésticos (CALLISTER, 2012).
Essa exigência levou ao aparecimento de compósitos capazes de corresponder às novas necessidades. Cada vez mais, a fabricação de compósitos constitui um procedimento que pretende atingir valores ótimos de parâmetros como a forma, massa, força, durabilidade, rigidez, custos, etc. (VENTURA, 2009).
Na indústria de linha branca, quem vem mostrando maior presença em seu processo produtivo ao longo dos anos são os compósitos de matriz de polipropileno (PP) (BOREALIS AG, 2019).
Atendendo de forma muito eficaz aos exigentes requisitos desta indústria, o material oferece excelente rigidez, suportando impactos e altas temperaturas, assim como alta resistência a produtos químicos (BOREALIS AG, 2019).
Todavia, buscando sempre maior destaque em meio a competitividade agressiva dos dias atuais, as empresas constantemente buscam reduzir seus custos, ao mesmo tempo em que mantém ou aumentam a qualidade dos produtos que fabricam, alinhados a um processo produtivo estável, seguro e confiável.
Trabalhando nesses aspectos de forma contínua, em uma empresa do Polo Industrial de Manaus (PIM) que trabalha na produção de condicionadores de ar, através de um levantamento dos itens manufaturados internamente, observou-se a oportunidade de alteração da matéria prima na confecção de um item: o topo, também chamado de tampa superior. Com a mudança do compósito (do PP com 30% de fibra de vidro para o PP com 40% de Carbonato de Cálcio), que é a matéria prima que compõe o topo, busca-se obter uma redução no custo interno de fabricação, além de vários outros ganhos dentro de toda a cadeia produtiva.
O presente estudo tem como objetivo geral a avaliação de performance da tampa superior de um condicionador de ar feita de compósito de PP com 40% de Carbonato de Cálcio (CaCO3). Para alcançar este objetivo, será necessário manufaturar o item com a nova matéria prima e acompanhar os parâmetros do processo produtivo. Após a manufatura, a peça precisará passar por uma bateria de testes de qualidade, a fim de verificar a sua confiabilidade e ao final, fazer o comparativo das duas peças com suas respectivas matérias-primas, atestando ou não a viabilidade.
REFERENCIAL TEÓRICO
POLÍMEROS
A palavra “polímero” vem do grego poli (muitos) + meros (iguais). São macromoléculas (grandes moléculas) formadas pela repetição de muitas unidades químicas iguais, os meros ou unidades repetitivas (PAOLI, 2009).
Desde o final da Segunda Guerra Mundial, o campo dos materiais foi virtualmente revolucionado pelo advento dos polímeros sintéticos (CALLISTER, 2012).
Os materiais sintéticos podem ser produzidos de maneira barata e suas propriedades podem ser administradas num nível em que muitas delas são superiores às suas contrapartidas naturais (CALLISTER, 2012).
Contudo, suas características mecânicas são, em geral, diferentes das características exibidas pelos materiais metálicos e cerâmicos – eles não são tão rígidos nem tão resistentes quantos esses outros (CALLISTER, 2012).
A resposta de um polímero a forças mecânicas em temperaturas elevadas está relacionada à sua estrutura molecular dominante. De fato, um esquema de classificação para estes materiais é feito de acordo com seu comportamento em frente a uma elevação na temperatura (CALLISTER, 2012).
Uma dessas classificações remete aos polímeros termoplásticos, que se tornam moles e deformáveis sob aquecimento, o que é característico das moléculas poliméricas lineares (SHACKELDORF, 2008).
O POLIPROPILENO (PP)
O Polipropileno é um termoplástico de estrutura semicristalina, na qual pertence ao grupo das poliolefinas, com temperatura de transição vítrea entre 4º e 12°C, possui uma alta cristalinidade entre 60 e 70%, que confere elevada resistência mecânica, rigidez e dureza (BLASS, 1988).
Segundo OLIVEIRA (2015), o polipropileno se tornou um dos mais importantes, e continua em ascensão devido à sua versatilidade de processamento e ótimas propriedades mecânicas, aliado ao baixo custo quando comparado aos outros polímeros de aplicação tecnológica.
COMPÓSITOS
De maneira geral, um compósito pode ser considerado como qualquer material multifásico que exibe uma proporção significativa das propriedades de ambas as fases constituintes, tal que é obtida melhor combinação de propriedades (CALLISTER, 2012).
A maioria dos compósitos são constituídas por apenas duas fases: a fase matriz, que é contínua e envolve a outra fase, chamada por frequência de fase dispersa ou de reforço (CALLISTER, 2012).
Fig. 1 (Representação esquemática das fases dos compósitos) (CALLISTER, 2012)
REFORÇOS NO POLIPROPILENO
O uso de fibras de vidro em compósitos com polipropileno traz consigo o aumento de propriedades (resistência a tensão, módulo e resistência ao impacto). Por outro lado, diminui a capacidade de elongação (FELIX, 2002).
Já a adição de carbonato de cálcio (CaCO3) ao polipropileno é capaz de
promover o aumento da estabilidade dimensional e do módulo de rigidez dos materiais. Adicionalmente, tende a melhorar a tenacidade no ponto de fratura, além de aumentar o índice de fluidez do polipropileno (SILVA, 2004).
MOLDAGEM POR INJEÇÃO
É a técnica mais amplamente usada para a fabricação de materiais termoplásticos. A quantidade correta de material paletizado é alimentada a partir de uma moega de carregamento para o interior de um cilindro, pelo movimento de um êmbolo ou pistão (CALLISTER, 2012).
Essa carga é empurrada para frente, para o interior de uma câmara de aquecimento, onde é forçada ao redor de um espalhador, de modo a ter melhor contato com a parte aquecida. Como resultado, o material termoplástico se funde para formar um líquido viscoso (CALLISTER, 2012).
Em seguida, o plástico fundido é impelido novamente pelo êmbolo, através de um bico injetor, para o interior da cavidade do molde; a pressão é mantida até que o material moldado tenha solidificado (CALLISTER, 2012).
Finalmente o molde é aberto, a peça é ejetada, o molde é fechado e todo o ciclo é repetido (CALLISTER, 2012).
Fig. 2 (Representação esquemática da moldagem por injeção) (CALLISTER, 2012)
METODOLOGIA
Inicialmente, será realizada uma pesquisa bibliográfica acerca dos temas relacionados ao assunto. Em seguida serão realizados inicialmente testes laboratoriais na matéria prima proposta (polipropileno com 40% de calcita) e comparar os resultados desta com os da matéria prima usada atualmente (polipropileno com 30% de fibra de vidro).
Atendendo aos testes, a matéria prima proposta será usada na manufatura de cinco topos do condicionador de ar, modelo 18000 BTUs, cujo processo será inspecionado. Após a manufatura, as peças fabricadas serão inspecionadas pelo controle de qualidade, e passarão por uma sequência de testes de confiabilidade. Ao final dos testes, os resultados serão avaliados e comparados com os da peça padrão produzida atualmente.
Todos os processos citados acima serão realizados em uma empresa do Polo Industrial de Manaus, do segmento de linha branca. A manufatura das peças será realizada na máquina injetora modelo MA6000II, 6000 KN de força de fechamento, fabricante HAITIAN.
RECURSOS
LEVANTAMENTO INICIAL DE CUSTOS PARA A PESQUISA
QUANTIDADE
DESCRIÇÃO DA ATIVIDADE
VALOR ORÇADO UNITÁRIO
05 Kg
Polipropileno com 40% de Calcita
R$ 11,50
Para este trabalho, serão necessários os seguintes itens:
Os processos de manufatura e de qualidade serão cedidos integralmente pela empresa.
CRONOGRAMA
Atividades
Ago/19
Set/19
Out/19
Nov/19
Dez/19
Jan/20
Fev/20
Mar/20
Abr/20
Mai/20
Definição do tema
Levantamento bibliográfico
Levantamento de dados
Apresentação do tema na X Mostra Científica
Testes laboratoriais
Manufatura das peças
Testes de confiabilidade
Análise e registro dos resultados
Qualificação
Defesa
REFERÊNCIAS
Nas Referências, seguir as normas da ABNT.
BLASS, A. Processamento de Polímeros. 2. ed. Florianópolis: UFSC. 1988.
BOREALIS. Linha Branca. Disponível em <https://www.borealisgroup.com/itatiba/ produtos/linha-branca/linha-branca>. Acessos em 15 out. 2019.
CALLISTER, W. D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. 8. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012
FELIX, A. O. H. Compósitos de Polipropileno com Fibra de Vidro Utilizando Viniltrietoxisilano Como Agente de Adesão. Tese (Mestrado em Engenharia Química) – UFRGS. Rio Grande do Sul, p. 24. 2002.
OLIVEIRA, J. L. Processamento e caracterização de compósitos de
polipropileno reforçados com fibras da palmeira real australiana. Dissertação (Mestrado Profissional em Materiais) – UNIFOA. Rio de Janeiro, p. 62. 2015.
PAOLI, M A. Degradação e estabilização de polímeros. São Paulo: Artliber, 2009.
SHACKELDORF, J. F. Introdução à ciência dos materiais para engenheiros. 6. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008
SILVA, A. L. N. et al. Misturas de Polipropileno e Carbonato de Cálcio:
Uma Abordagem de Planejamento de Experimentos. ABCM – Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas, 3 de setembro de 2004. Disponível em: <http://eventos.abcm.org.br/xi_creem/resumos/MT/CRE04-MT18.pdf>. Acesso em 17 de outubro de 2019.
VENTURA, Ana Mafalda F.M. Os Compósitos e a sua aplicação na Reabilitação de Estruturas metálicas. C. Tecn. Mat., Lisboa, v. 21, n. 3-4, p. 10-19, jul. 2009. Disponível em <http://www.scielo.mec.pt/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0870-83122009000200003&lng=pt&nrm=iso>. Acesso em 15 de outubro de 2019.