“PLANEJAMENTO FATORIAL 32 NO ESTUDO DE PEÇAS CERÂMICAS VERMELHAS LAMINADAS (0, 1 E 2 VEZES) PARA FABRICAÇÃO DE LAJOTAS

CERÂMICAS”.

Fábio Siqueira Manhães, Fernando Saboya Albuquerque Júnior, Gustavo de

Castro Xavier e Jonas Alexandre.

Laboratório de Engenharia Civil - LECIV

Universidade Estadual do Norte Fluminense

Av. Alberto Lamego, 2000, Horto, Campos dos Goytacazes – RJ – Brasil, CEP:

28013-600, Fone: (0xx22) 2726-1515

gcxavier@uenf.br; saboya@uenf.br;

RESUMO

Na fabricação de tijolos e telhas na região de Campos dos Goytacazes-RJ, as

indústrias cerâmicas costumam, no processo de fabricação, laminar sua matéria-

prima apenas uma única vez.

Neste trabalho, busca-se os fatores de entrada controlados (laminados 0, 1 e 2

vezes e temperatura – 750 ºC, 850 ºC e 950 ºC) que mais influenciam na qualidade

do produto final (peça cerâmica vermelha) atingindo uma região de resposta

(variáveis de saída) dentro do planejamento fatorial nk (n fatores e k níveis) em

conjunto com análise de regressão pelo método de mínimos quadrados. Com

objetivo de se detectar a área ótima dentro da superfície de contorno das variáveis

de saída (absorção de água, porosidade aparente, variação linear, massa específica

aparente e tensão de ruptura à flexão), observou-se então, para a tensão de ruptura

à flexão, um acréscimo de 10,18% quando o material passa de zero vezes laminado

para duas vezes laminado.

Palavras-chaves: Planejamento fatorial, temperatura de queima e laminação.

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INTRODUÇÃO

Este trabalho visa contribuir com o desenvolvimento do setor de cerâmica

vermelha, na região Norte Fluminense do Estado do Rio de Janeiro, estendendo-se

também a outras regiões brasileiras que possuam esta atividade, onde o sistema de

produção é similar ao que geralmente é utilizado, principalmente, na baixada

campista.

A cidade de Campos dos Goytacazes-RJ possui um pólo de produção da

indústria de cerâmica vermelha, com mais de 100 (cem) empresas atuando na

região que movimenta uma importante fatia do mercado de elevada significância

tanto para sua economia interna, por gerar muitos empregos diretos (em torno de

4000) quanto para a externa, já que uma grande porcentagem da produção é

destinada aos grandes centros, tais como Rio de Janeiro-RJ, São Paulo-SP, Vitória-

ES, Juiz de Fora-MG, entre outros.

A análise feita aqui tem relação com um estágio do sistema produtivo de peças

cerâmicas vermelhas, no sentido de promover uma varredura na fase de laminação

da matéria-prima umedecida (fase de preparação do material) para melhor

aproveitamento do material. Os ensaios realizados em laboratório (preparação,

umedecimento, homogeneização, laminação e extrusão) visam reproduzir em escala

reduzida, as reais condições de produção na indústria cerâmica para melhor controle

dos processos de operação e fabricação de tijolos e telhas cerâmicas(1).

Desta forma, este trabalho busca através do Planejamento Experimental

Fatorial nK associado ao método dos mínimos quadrados, na obtenção da melhor

região (região ótima) para cada ensaio físico-mecânico, possibilitando ao

controlador, opções de variar o nº de laminações (0, 1 e 2 vezes) aplicadas na

massa cerâmica dentro de uma mesma região desejada.

Será abordado o planejamento fatorial 32, ou seja, nK , utilizando o software

STATISTICATM(2) onde serão tratados os n níveis (neste caso às temperaturas de

750ºC, 850ºC e 950ºC) relativos aos K fatores (referentes ao número de laminações

aplicadas na massa argilosa), para saber se existem interações entre os mesmos

em cada experimento realizado diante da resposta obtida, seus efeitos, definir os

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erros experimentais associados de cada ensaio e verificar se são ou não

significativos (Barros Neto et al (3)).

Vale ressaltar que o Planejamento ou Desenho Fatorial já tem sido utilizado por

diversos pesquisadores, principalmente nas inclusões com resíduos industriais na

massa de conformação de cerâmica vermelha(4),(5) (6) (7) (8).

MATERIAIS E MÉTODOS

Material Massa Argilosa – Utilizou-se uma amostra de argila para uso em cerâmica

vermelha, proveniente da empresa A.C.Cerâmica Indústria e Comércio Ltda.,

localizada no Km 15 da Rodovia Campos – Farol de São Tomé, município de

Campos dos Goytacazes/RJ.

Métodos Ensaios Tecnológicos Preparação das Amostras e Moldagem dos Corpos de Prova As amostras foram preparadas com argila passadas na peneira nº 20(

0,25mm). As misturas foram feitas após 24 horas em estufa à 110ºC e umedecidas

com 2

LL de umidade segundo Souza Santos (6). Após isso, as amostras foram

levadas ao laminador (Verdés modelo 080) e posteriormente a extrusora (Verdés

modelo 051). Os corpos de prova foram moldados na forma de prismas com

dimensões de 12,35x2,70x1,70cm. Os processos de secagem e queima dos corpos

de prova foram realizados nas temperaturas de 110ºC (estufa), 750ºC, 850ºC e

950ºC, em forno mufla, com velocidade constante de elevação de temperatura de

5ºC/min., com patamar de queima de 3 horas. O resfriamento ocorreu naturalmente

durante a noite até temperatura ambiente.

Propriedades Físico-Mecânicas Tratadas com o Planejamento Fatorial 32

Após queima nas temperaturas mencionadas anteriormente, os corpos de

prova foram submetidos aos ensaios de: Absorção de água; Massa específica

aparente; Porosidade aparente; Variação Linear e Tensão de Ruptura à Flexão. Os

resultados obtidos representam a média de três determinações.

Em seguida, foram geradas pelo desenho fatorial as curvas com as faixas de

variação (curva de valores médios e intervalo de confiança) destes ensaios, bem

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como suas superfícies de contorno indicando as áreas viáveis de utilização da

cerâmica.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Propriedades Físico-Mecânicas Tratadas com o Planejamento Fatorial 32

Os resultados médios (média de três determinações) obtidos das propriedades

Quadros 1 e 2 – Absorção de água e porosidade aparente.

físico-mecânicas estão apresentados nos Quadros 1 a 5 abaixo:

specífica aparente.

ento fatorial 32 entre laminado 0

vezes (sem laminar), laminado 1 vez e laminado 2 vezes e as temperaturas de

queim

Temp. (ºC) Temp. (ºC) Abs. Água (%) Temp. (ºC) Abs. Água (%)750 750 21,79 750 21,69850 850 22,51 850 22,74950 950 21,81 950 21,61

21,9921,7722,51

Laminado 0 vezes (sem laminação) Laminado 1 vez Laminado 2 vezAbs. Água (%)

Temp. (ºC) Temp. (ºC) P.A. (%) Temp. (ºC) P.A. (%)750 750 35,71 750 35,77850 850 37,35 850 37,67950 950 36,81 950 36,68

35,9137,80

36,30

Laminado 0 vezes (sem laminação) Laminado 1 vez Laminado 2 vezPorosidade Aparente (%)

Temp. (ºC) Temp. (ºC) M. E. A. (g/cm3) Temp. (ºC) M. E. A. (g/cm3)750 750 1,58 750 1,58850 850 1,59 850 1,61950 950 1,61 950 1,631,60

1,581,58

Massa Esp. Aparente (g/cm3)Laminado 0 vezes (sem laminação) Laminado 1 vez Laminado 2 vez

Temp. (ºC) Temp. (ºC) V.L. (%) Temp. (ºC) V.L. (%)110 110 4,35 110 4,45750 750 5,17 750 4,71850 850 5,4 850 5,00950 950 5,8 950 5,56

4,924,93

4,814,77

Laminado 0 vezes (sem laminação) Laminado 1 vez Laminado 2 vezVariação Linear (%)

Quadros 3 e 4 - Variação das dimensões lineares e massa e

Temp. (ºC) Temp. (ºC) T.R.F. (MPa) Temp. (ºC) T.R.F. (MPa)110 110 5,83 110 6,08750 750 6,61 750 6,71850 850 8,17 850 8,87950 950 9,55 950 10,27

6,107,579,12

5,59

Laminado 0 vezes (sem laminação) Laminado 1 vez Laminado 2 vezTensão de Ruptura à Flexão (MPa)

Quadro 5 – Valores da tensão de ruptura à flexão.

Conseqüentemente, optou-se fazer o planejam

a de 750ºC, 850ºC e 950ºC. A seguir, apresenta-se nas Figuras 1 a 10 as

curvas de valores médios (com intervalo de confiança) e a superfície de contorno de

cada ensaio, bem como sua interpretação.

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Figuras 1 e 2 – Curva de Valores Médios e Superfície de Contorno da Absorção de

Água.

Aparente.

Linear.

Figuras 3 e 4 – Curva de Valores Médios e Superfície de Contorno da Porosidade

Figuras 5 e 6 – Curva de Valores Médios e Superfície de Contorno da Variação

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Figuras 7 e 8 – Curva de Valores Médios e Superfície de Contorno da Massa

Específica Aparente.

uptura à Flexão.

iguras 1 e 2, nota-se que a região de menor absorção de água

(cor azul escuro) varre uma área média, indicando ser possível utilizar acima de uma

vez la

ível ainda utilizar 2

veze

esta compreende entre

720ºC

Figuras 9 e 10 – Curva de Valores Médios e Superfície de Contorno da Tensão de

R

Avaliando as F

minado (2 vezes laminado) na massa argilosa entre 960ºC e 1000 ºC como um

bom resultado (próxima da região de menor absorção de água).

Avaliando as Figuras 3 e 4, observa-se que a região de menor porosidade

aparente varre uma área também média, indicando ser poss

s laminado na massa argilosa entre 960ºC e 1000 ºC.

Avaliando as Figuras 5 e 6, verifica-se que a região de menor variação das

dimensões lineares estende-se numa pequena área, onde

e 800ºC acima de 1 (uma) vez laminado. Valores acima de 950ºC levam a

variações lineares acima 5,70%.

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Analisando as Figuras 7 e 8, nota-se que a região de média massa específica

aparente estende-se numa extensa área, indicando ser possível, ainda, utilizar 2

veze

área pequena, indicando também a utilização

em v

ode-se concluir segundo o planejamento experimental fatorial 32 que, laminar

a massa argilosa e queimá-la acima de 950ºC, produzir peças

cerâm

) Manhães, F. S. Utilização de Desenho Fatorial no Estudo de Peças Cerâmicas

o em Ciências de Engenharia, Universidade

ção de

m: Otimização por

icos das Misturas de Resíduo de Granito na

s laminado na massa argilosa até 850ºC apesar deste ponto estar fora da

região ótima para essa propriedade.

Analisando as Figuras 9 e 10, verifica-se que a região de maior tensão de

ruptura à flexão apresenta-se numa

árias temperaturas de queima, porém, para maior otimização do processamento

cerâmico, utilizar 2 laminações na massa argilosa e queimá-la entre 950ºC e

1000ºC, indica o uso da massa argilosa para lajotas e telhas cerâmicas vermelhas.

CONCLUSÕES P

2 (duas) vezes

icas de baixa absorção de água, menor variação das dimensões lineares

indicando melhor uniformidade das peças cerâmicas, peso médio (massa),

possibilitando o transporte mais leve de grandes cargas, e com ganhos

consideráveis na resistência da peça cerâmica (10,18% maior).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1

Extrudadas. Dissertação de Mestrad

Estadual do Norte Fluminense (UENF), Campos dos Goytacazes-RJ, 2001. (2) Statistica. Industrial Statistics. StatSoft, Inc. Vol. IV. (1995).

(3) Neto, B.B., Scarminio, I.S., Bruns, R.E. Planejamento e Otimiza

Experimentos. 1º ed. São Paulo: Editora da UNICAMP. (1995).

(4) Xavier, G. C., Saboya, F. A. J., Alexandre, J. Peças Cerâmicas Vermelhas com

Adição de Resíduo de Mármore Moldadas por Prensage

Planejamento Fatorial 32. Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica, João

Pessoa, Paraíba-PB, Junho de 2003.

(5) Xavier, G. C., Saboya, F. A. J., Alexandre, J. Otimização por Planejamento

Fatorial 32 dos Ensaios Físico-Mecân

Massa Cerâmica Vermelha Moldados por Prensagem. Anais do 47º Congresso

Brasileiro de Cerâmica, Campo Grande, Paraíba-PB, Junho de 2003.

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(6) Xavier, G. C., Saboya, F. A. J., Alexandre, J. Massa Cerâmica com Resíduos de

Mármore: Caracterização e Análise Estatística Dos Resultados Por Planejamento

dos Resultados por Planejamento Fatorial 32 – Parte 2.

ica

her Ltda, Vol.1, 499p., 1989.

ABSTRACT

During the fabrication of tiles and bricks, it is very common to laminate the raw

material, most of the time just once.

ctorial design when the raw material has been

lamin

Fatorial 32 – Parte 2. Anais do 46º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São

Paulo_SP, Junho de 2002.

(7) Xavier, G. C., Saboya, F. A. J., Alexandre, J. Massa Cerâmica com Resíduos de

Granito: Análise Estatística

Anais do 46º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Paulo_SP, Junho de 2002.

(8) Munhoz, A.H.J., Grespan, L.F., Zandonadi, A.R. Utilização do Planjamento

Experimental Fatorial 2n na Otimização da Reciclagem de Pó de Vidro em Cerâm

Vermelha. Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Pedro, São Paulo-

SP, Maio de 2000.

(9) Souza Santos, P., Ciência e Tecnologia das Argilas. 2ª Edição. São Paulo:

Editora Edgard Bluc

In this paper the influence of the lamination on mechanical properties of the final

product, is investigated using the fa

ated none, once and twice for firing temperature of 750, 850 and 9500C.

It has been observed that the mechanical properties have been improved when

the raw material passes from “no laminated” to “twice laminated”.

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