UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS
TIGRE S/A – TUBOS E CONEXÕES
RELATÓRIO DE ESTÁGIO CURRICULAR II
Período: 18/02/2008 a 23/05/2008
GUSTAVO PASSOS MAEHARA
Matrícula: 0523714-9
Orientadora: MARLISE BETINA FISSMER
CONCORDAMOS COM O CONTEÚDO DO RELATÓRIO
__________________________________________
MARLISE BETINA FISSMER
JOINVILLE
MAIO DE 2008
TIGRE S/A – TUBOS E CONEXÕES
Rua dos Bororós, 84
Joinville – SC – Brasil
CEP 89239-290
Fone: (47) 3441-5430
Home Page: http://www.tigre.com
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AGRADECIMENTOS
À empresa Tigre S/A Tubos e Conexões, pela oportunidade de realização do
estágio conveniado à Universidade Federal de Santa Catarina.
Aos professores Berend Snoijer, Germano Riffel e Antonio Pedro Novaes, pelo
esforço realizado para manter um curso cooperativo de qualidade e aos demais
professores pelo compromisso com o curso de Engenharia de Materiais.
À Engª Marlise Betina Fissmer, minha orientadora.
À toda equipe do laboratório Luis Antônio Bett, Adriana Cardozo, Priscila
Francisco, Alexandre Viana, Joana Passos, Adriano Rudnick, Cristiano Dias, Matheus
Bahr, Ariosvaldo de Souza e Theotonio Machado, pelo companheirismo e pelo
ambiente agradável de trabalho.
À estagiária Rafaela do Vale Pereira e Diego Ribas Gomes, pela convivência e
pela amizade.
Aos colegas do PD&E, Leonardo Coni, Sergio Zimmermann, Angelo Reck, Edi
Carlos e Savério Meris.
À todos os colegas de outros setores que de alguma forma contribuiram para
realização deste trabalho.
Aos companheiros de moradia: Matheus Shwederski, Fernando Campos, Diego
Zomer, André Beck, André Cardoso, Rita Gelstlechter, Maria Fernanda Mariano,
Karoliny Medeiros.
À minha família e namorada, pelo amor e carinho, não só durante este período,
mas em todos os momentos que precisei.
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SUMÁRIO
1. Introdução..................................................................................................................... 5
2. Polimeros ...................................................................................................................... 6
2.1. Polímeros na Tigre ................................................................................................ 6
2.1.1. PVC ................................................................................................................ 7
2.1.2. CPVC.............................................................................................................. 7
2.1.3. Polietileno....................................................................................................... 9
3. Processamento de Polímeros ........................................................................................ 9
3.1. Injeção ................................................................................................................... 9
3.2. Extrusão ............................................................................................................... 11
3.2.1. Extrusão de Tubos ........................................................................................ 12
4. Atividades Desenvolvidas .......................................................................................... 13
4.1. Laboratório Dimensional..................................................................................... 13
4.2. Laboratório Químico ........................................................................................... 13
4.2.1. Temperatura de Amolecimento Vicat........................................................... 13
4.2.2. Índice de Fluidez .......................................................................................... 14
4.2.3. Densidade ..................................................................................................... 14
4.2.4. Tempo de Oxidação Induzida (OIT) ............................................................ 15
4.2.5. Abrasividade................................................................................................. 15
4.3. Laboratório Físico ............................................................................................... 16
4.3.1. Ensaio de Tração .......................................................................................... 16
4.3.2. Classe de Rigidez ......................................................................................... 16
4.3.3. Pressão Hidrostática Interna (PHI) ............................................................... 17
4.4. Laboratório Reológico......................................................................................... 18
4.4.1. Mistura de Compostos .................................................................................. 18
4.4.2. Análise Extrusiométrica ............................................................................... 18
4.4.3. Reometria de Torque .................................................................................... 19
4.4.4. Colorimetria.................................................................................................. 19
5. Conclusão ................................................................................................................... 21
6. Bibliografia................................................................................................................. 22
ANEXO A: Histórico da Empresa ................................................................................. 23
ANEXO B: Cronograma de Estágio............................................................................... 25
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1. INTRODUÇÃO
Este relatório tem por objetivo apresentar as atividades desenvolvidas durante o
período de estágio na empresa Tigre S/A Tubos e Conexões. Começando com uma
consideração geral sobre polímeros, características e propriedades dos principais
materiais utilizados na empresa, em seguida uma breve descrição dos processos de
injeção e extrusão. Por fim, descrevendo alguns dos principais ensaios realizados no
laboratório, que é dividido em quatro laboratórios menores: o químico, o físico, o
reológico e o dimensional.
Nos ensaios descritos são abordados, a correlação dos resultados com o processo
de fabricação, seus significados físicos a influência destes sobre o produto final.
Outro tema abordado é a formulação do PVC, sendo este o teste rotineiro no
laboratório reológico, descrevendo seus aditivos, tais como estabilizantes, plastificantes,
cargas, etc.
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2. POLIMEROS
São materiais de origem natural, artificial (polímeros naturais modificados) ou
sintética, de natureza orgânica ou inorgânica, constituídos por muitas macromoléculas,
sendo que cada uma dessas macromoléculas possui uma estrutura interna em que há a
repetição de pequenas unidades (meros). A palavra polímero vem do grego,
significando muitas partes (unidades de repetição).
Quanto à forma final de utilização, os polímeros podem ser divididos em
plásticos, fibras poliméricas, borrachas (ou elastômeros), espumas, tintas e adesivos.
O termo plástico é também derivado do grego, cujo significado é “moldável”. Os
plásticos podem ser subdivididos em duas categorias, segundo seu comportamento
tecnológico diante das condições de processamento: os termoplásticos e os termofixos.
Os termoplásticos são aqueles que apresentam a capacidade de ser
repetidamente amolecidos pelo aumento de temperatura e endurecidos pelo
resfriamento. Essa alteração é, portanto, reversível. O PVC e o polietileno são exemplos
de termoplásticos, uma vez que exibem essas características.
Os termofixos ou termorrígidos são os materiais plásticos que, quando curados,
com ou sem aquecimento, não podem ser amolecidos posteriormente por meio de um
aquecimento. O processo de cura consiste em uma série de reações químicas que
promovem a formação de ligações químicas primárias (ligações covalentes) entre as
macromoléculas da resina termofixa, mediante o uso de calor, pressão, radiação ou
catalisadores, tornando-a rígida, insolúvel e infusível.
2.1. POLÍMEROS NA TIGRE
Na Tigre S/A Tubos e Conexões são utilizados diversos polímeros tanto para
injeção quanto para extrusão. Porém, durante este trabalho os principais polímeros
acompanhados nos ensaios foram o PVC, o CPVC e o Polietileno, que serão discutidos
adiante. Outros polímeros utilizados em menor escala na empresa, como Polipropileno,
Poliacetal e Poliamida não serão discutidos neste relatório.
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2.1.1. PVC
É um material plástico que não é 100% originário do petróleo. O PVC contém,
em peso, 57% de cloro (derivado do cloreto de sódio) e 43% de eteno (derivado do
petróleo). A obtenção do cloro se da a partir do sal marinho, pelo processo de eletrólise,
obtendo-se além cloro, soda cáustica e hidrogênio. Assim, a principal matéria prima do
PVC é um recurso natural praticamente inesgotável.
O petróleo passa por um caminho um pouco mais longo. O primeiro passo é uma
destilação do óleo cru, obtendo-se aí a nafta leve. Esta passa, então, pelo processo de
craqueamento catalítico (quebra de moléculas grandes em moléculas menores com a
ação de catalisadores para aceleração do processo), gerando-se o eteno. Tanto o cloro
como o eteno estão na fase gasosa e eles reagem produzindo o DCE (dicloro etano). A
partir do DCE, obtém-se o MVC (mono cloreto de vinila, unidade básica do polímero
que é formado pela repetição da estrutura monomérica). As moléculas de MVC são
submetidas ao processo de polimerização, ou seja, elas vão se ligando formando uma
molécula muito maior, conhecida como PVC (policloreto de vinila), que é um pó muito
fino, de cor branca, e totalmente inerte.
O PVC é um material leve (baixa densidade), o que facilita seu transporte e
manuseio, é resistente a maioria dos reagentes químicos, é bom isolante térmico,
elétrico e acústico, resistente a choques, impermeável a gases e líquidos, resistente a
intempéries, não propaga chamas e é auto-extinguível, reciclável e é fabricado com
baixo consumo de energia.
Podendo ser produzido em qualquer cor, de transparente a opaco e de rígido a
flexível, o PVC é um material muito versátil e com grande variedades de aplicações
sendo a principal delas na construção civil (62% de todo PVC consumido no mundo),
segmento que necessita de produtos competitivos, econômicos energeticamente e de
longa vida útil. O ciclo de vida útil dos produtos de PVC varia de 15 a 100 anos, sendo
a média superior a 60 anos.
2.1.2. CPVC
O CPVC ou policloreto de vinila clorado é o nome dado às resinas
termoplásticas produzidas pela pós-cloração de resina de PVC.
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O processo de pós-cloração é realizado através de reações via radicais livres,
tipicamente iniciadas pela aplicação de energia térmica ou ultravioleta. Em um processo
típico, gás cloro é forçado a passar em contra-corrente com a lama de resina de PVC
proveniente do reator de polimerização e, uma vez decomposto em radicais cloro,
substitui parte dos átomos de hidrogênio presentes nas cadeias do PVC, aumentando o
teor de cloro do polímero base de 56,7% para valores tipicamente entre 63% e 68%,
podendo atingir até mesmo valores tão altos quanto 73,2%, o máximo teor de cloro
teoricamente substituível no PVC.
O principal efeito do aumento do teor de cloro nas cadeias do PVC é o aumento
das forças de atração intermoleculares, promovendo assim aumento das propriedades
térmicas como o ponto de amolecimento Vicat e a temperatura de distorção ao calor
(HDT), bem como a resistência química a agentes diversos e a resistência ao fogo. A
Tabela 1 abaixo mostra as principais propriedades alteradas pelo aumento do teor de
cloro.
Tabela 1. Comparativo de resinas de PVC x resinas de CPVC. (Titow, W. V. - PVC Technology)
Propriedade
Teor de Cloro (%)
Densidade (g/cm³)
Temperatura de
transição vítrea (ºC)
Temperatura máxima de
uso em serviço contínuo (ºC)
Temperatura máxima de
uso em serviço intermitente (ºc)
PVC
(homopolímero)
56,8
1,40
80-84
CPVC
(típico)
63-68
1,52-1,59
99-123
65
90
80
110
CPVC
(máx. teor de cloro)
73,2
1,70
175
As principais aplicações do CPVC encontram-se em tubos e conexões para
condução de água quente e fluidos industriais, ou mesmo como aditivo em formulações
de compostos de PVC, substituindo parte da resina convencional, visando melhoria de
propriedades térmicas e resistência química.
Sua inércia química, aliada à resistência à temperatura, possibilita o uso do
CPVC em sistemas de combate a incêndio, tais como aqueles utilizados na alimentação
de sprinklers (chuveiros automáticos).
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2.1.3. POLIETILENO
É um termoplástico pertencente ao grupo dos polímeros poliolefínicos,
produzido e comercializado sob características distintas.
O polietileno de alta densidade (HDPE) é muito utilizado na fabricação de perfis
e tubos extrudados, revestimento de fios e cabos elétricos, além de diversos tipos de
peças injetadas. As propriedades do produto acabado são elevada rigidez, boa dureza
superficial, boa rigidez dielétrica e resistência a água em ebulição.
Comercialmente apresenta forma granulada (pellets) e seu aspecto pode ser
transparente ou opaco, incolor ou colorido em diversas cores e tonalidades, sendo que
sua cor natural é o branco leitoso. A temperatura de uso é de até 105ºC e sua densidade
a 20ºC é de 0,94 a 0,96 g/cm³.
O polietileno de baixa densidade (LDPE) tem suas principais aplicações voltadas
às construções de recipientes para utilidades domésticas e embalagens. As propriedades
do produto acabado se caracterizam pela alta flexibilidade, baixa dureza superficial, boa
rigidez dielétrica e boa resistência mecânica. Assim como o HDPE, também é
comercializado em granulado. A temperatura máxima de utilização do LDPE é de 90ºC
e sua densidade a 20ºC é de 0,92 a 0,94 g/cm³.
3. PROCESSAMENTO DE POLÍMEROS
Uma grande variedade de técnicas de processamento é empregada na obtenção
de produtos poliméricos. O método usado de conformação para um determinado
polímero depende de vários fatores, tais como se um polímero é termoplástico ou
termofixo, geometria e tamanho da peça, temperatura em que amolece e propriedades
reológicas entre outros fatores.
3.1. INJEÇÃO
A moldagem por injeção é um dos processos mais versáteis e modernos na área
de transformação de polímeros. Este processo consiste basicamente em forçar o
polímero amolecido ou fundido, através de uma rosca-pistão, para o interior da cavidade
de um molde. Após o resfriamento a peça é então extraída.
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A moldagem de injeção é um processo cíclico composto por várias etapas que se
repetem, na qual podem ser produzidas uma ou várias peças por vez. Vários produtos
podem ser fabricados através do processo de injeção, tais como: brinquedos, discos,
telefones, gabinetes de computadores e televisores, capacetes, pára-choques, dentre
outros. Este processo pode ser usado tanto para termoplásticos, elastômeros como
termofixos.
A injeção é um processo cíclico, o ciclo de moldagem em máquinas injetoras
compreende em:
1. Fechamento do molde;
2. A rosca avança e empurra o material no molde (injeção);
3. A rosca permanece avançado durante um determinado tempo mantendo
uma pressão (de recalque) para injetar mais material compensando a
contração devido ao resfriamento do material que está dentro do molde;
4. A rosca gira, empurrando material para frente e é empurrada por este
recuando para o início do seu curso. Esta etapa é chamada de dosagem, e
o volume de material na frente da rosca deve ser o volume da próxima
injeção. O molde permanece fechado para que o material seja resfriado
adequadamente durante a dosagem;
5. O molde se abre e então a peça é extraída por extratores hidráulicos,
pneumáticos ou eventualmente por um operador. O ciclo de injeção é
então repetido. Este ciclo pode ser mais facilmente compreendido com a
visualização da Figura 1.
Figura 1 - Injetora de rosca. (adaptado de Blass, Arno. 1988)
As propriedades de peças poliméricas fabricadas pelo processo de injeção estão
intimamente ligadas ao conhecimento do fluxo do fundido nos canais de um molde. As
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propriedades finais dos moldados dependem das condições do processamento. Duas
peças de um mesmo material fabricadas, em uma mesma máquina injetora e mesmo
molde, sob diferentes condições de injeção podem apresentar diferentes níveis de
encolhimento e tensões internas. Isto significa que as duas peças terão propriedades
distintas.
Desta maneira, o conhecimento de como o polímero flui dentro das partes do
molde e do estabelecimento de condições ideais de moldagem é de fundamental
importância para a determinação da qualidade de um moldado. O material polimérico
deve possuir uma viscosidade adequada para escoar e preencher totalmente o molde. Na
Tigre, este tipo de avaliação dos materiais são realizados no laboratório reológico e no
químico.
3.2. EXTRUSÃO
A palavra “extrusão” tem raiz e vai buscar significado nos vocábulos latino, em
que “ex” significa força e “tudere” significa empurrar. Pode-se definir, então, a extrusão
como o processo de obtenção de produtos com comprimentos ilimitados e seção
transversal constante, obrigando o material a passar através de um cabeçote sob
condições de pressão e temperatura controlada.
Desta maneira, a moldagem por extrusão apresenta característica essencial, que a
distingue de todos outros processos de conformação de polímeros. Esse processo é
contínuo e por isso é usado para fabricação de produtos acabados, como por exemplo:
barras, fitas, mangueiras e tubos, como também para produtos semi-manufaturados, que
devam, posteriormente, sofrer novo processamento.
A
extrusora
utilizada
para
o
processamento
de
polímeros
consiste
essencialmente de um cilindro em cujo interior gira um parafuso (rosca). O polímero, na
forma de grãos ou em pó (dry blends), é alimentado, através do funil de alimentação,
para o canhão ou cilindro que está aquecido. O movimento da rosca promove o
transporte do polímero, levando-o até o cabeçote (matriz). Durante este deslocamento, o
material é progressivamente aquecido, plastificado, homogeneizado, comprimido e
finalmente é forçado a sair, através do orifício da matriz. À medida que o polímero flui
através da matriz, o material adquire a forma da seção transversal. Desta maneira,
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quando o polímero deixa a matriz, a sua forma corresponderá aproximadamente a seção
transversal desta.
3.2.1. EXTRUSÃO DE TUBOS
O processo de fabricação de tubos inicia-se na extrusora, responsável pela
plastificação, homogeneização e controle de fluxo de material na saída da matriz. Na
saída da matriz encontra-se um calibrador a vácuo que tem a função de resfriar e
controlar o diâmetro externo do tubo. Normalmente, utiliza-se água gelada na saída do
calibrador de modo a conseguir maiores taxas de remoção de calor.
Na frente do calibrador encontra-se o puxador, o dispositivo de corte e recepção
dos tubos cortados, como ilustrado na Figura 2. A produção utilizando-se o calibrador,
o diâmetro externo do tubo é determinado pelo calibrador, enquanto que o diâmetro
interno é determinado pelo diâmetro do torpedo. A Figura 3 ilustra uma matriz típica
para a extrusão de tubos.
Figura 2 – Extrusão de tubos: técnica da matriz de calibragem (Braskem, A. R. et al.)
Figura 3 – Matriz para extrusão de tubos. (Braskem, A. R. et al.)
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4. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
As atividades durante este período de estágio se concentraram apenas no setor
do laboratório da Tigre, que é dividido em quatro outros laboratório menores: o
químico, o físico, o reológico e o dimensional.
4.1. LABORATÓRIO DIMENSIONAL
O laboratório dimensional tem a função de inspecionar as peças injetadas e
verificar algumas cotas críticas, para aprovar ou reprovar de acordo com os limites de
tolerância. Além disso também faz a verificação nas peças recebidas de terceiros, como
incertos metálicos que compões alguns dos produtos da Tigre.
A atividade restringe-se a utilização de equipamentos de metrologia, como
circômetro, relógio comparador, paquímetro, projetor de perfil e máquinas de medição
tridimensional, portanto não mais será comentada.
4.2. LABORATÓRIO QUÍMICO
No laboratório químico se faz ensaios relativos a qualidade da matéria prima,
para inspecionar e certificar se as propriedades estão de acordo com as especificadas
pelo fornecedor. Além disso, também realiza ensaios em produtos acabados para
verificar se a matéria prima sofreu alguma influência no processamento, modificando as
propriedades desejadas no produto final.
4.2.1. TEMPERATURA DE AMOLECIMENTO VICAT
Ensaio realizado para determinar a temperatura de amolecimento Vicat, que é a
temperatura na qual uma agulha de ponta chata e dimensões específicas (1 mm²) penetra
um comprimento de 1 mm em um corpo de prova, a uma taxa de aquecimento constante
padronizada de 50ºC/h, sob ação de uma carga de 5 kg.
O corpo de prova é mergulhado em óleo no dispositivo de ensaio para manter
uniforme a temperatura. Quando a agulha penetra 1 mm no corpo de prova um alarme
soa e faz-se então a leitura da temperatura.
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A temperatura de amolecimento Vicat no PVC é em torno de 80ºC, e depende da
formulação e do tamanho das moléculas da cadeia. É de importância o seu
conhecimento para assegurar as condições de uso e transporte dos produtos.
4.2.2. ÍNDICE DE FLUIDEZ
O Índice de Fluidez é definido como a taxa de fluxo mássico do polímero
através de um capilar específico em condições controladas de temperatura e pressão,
sendo determinado através de medidas da massa do termoplástico fundido que escoa
pelo capilar em um determinado intervalo de tempo.
A taxa de fluxo obtida no ensaio não é uma propriedade intrínseca do polímero,
e sim, um parâmetro empiricamente definido e influenciado criticamente pelas
propriedades físicas e pela estrutura molecular do polímero nas condições de teste.
Este método de ensaio é particularmente utilizado para indicar a uniformidade da
taxa de fluxo do polímero em um processo, sendo por isto um indicativo de outras
propriedades. Assim sendo, o índice de fluidez serve também como uma medida
indireta da massa molecular e da processabilidade, embora com ressalvas. Serve ainda
para testes no controle de qualidade de termoplásticos.
Este ensaio é geralmente realizado com a matéria prima e com pedaços de
material de tubos extrudados, a fim de comparar o índice de fluidez antes e depois do
processamento do polímero. Isto porque o índice de fluidez é um indicativo de alguma
alteração na estrutura do polímero. Na extrusão do polietileno, este se permanecer por
muito tempo a altas temperaturas pode iniciar a degradação, formando ligações cruzadas
(reticuladas), que alteram drasticamente as suas propriedades mecânicas.
4.2.3. DENSIDADE
O ensaio de densidade serve para se encontrar a massa específica (comumente
chamada de densidade) de um polímero. Para tal, pesa-se a amostra pendurada ao ar e
compara com seu peso quando submersa em um líquido de massa específica conhecida,
neste caso o álcool.
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Conhecendo-se a densidade do álcool, obtém-se a densidade do polímero através
da massa do polímero não imerso dividido pela diferença entre a massa não imersa e a
massa imersa e multiplicando esse valor pela densidade do álcool.
O ensaio de densidade serve principalmente para verificar a qualidade da matéria
prima. Se o material contém um grande volume de material reciclado, por exemplo, sua
densidade será comprometida, se for um material puro, a densidade estará bem próxima
da densidade teórica.
4.2.4. TEMPO DE OXIDAÇÃO INDUZIDA (OIT)
Ensaio realizado no DSC, que mede o tempo que um polímero demora para
oxidar sob condições controladas de temperatura e atmosfera.
A amostra passa por um aquecimento a taxa de 20ºC/min em um atmosfera
inerte de nitrogênio. Ao atingir 200ºC, a atmosfera é trocada de nitrogênio para
oxigênio e temperatura mantida. A curva de fluxo de calor versus tempo sofrerá um
pico exotérmico. A medida do tempo é tomada a partir da intersecção da reta anterior ao
momento do início da oxidação com a inclinação tangente ao ponto de inflexão no pico
da queima do material.
4.2.5. ABRASIVIDADE
O desgaste das máquinas ocorre principalmente devido a abrasividade dos
materiais inorgânicos como o carbonato de Cálcio, caulim, talco e pigmentos. Este
ensaio tem o objetivo de verificar a abrasividade destes materiais. O abrasiômetro
possui um recipiente contento uma solução aquosa do material a ser testado e uma tela
circular de latão submersa nesta solução que está em constante movimento e em atrito.
O resultado é calculado a partir da diferença entre as massas da tela antes e depois do
ensaio.
Apesar da abrasividade não afetar as propriedades dos materiais, aditivos com
alta abrasividade causam desgaste prematuro do maquinário.
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4.3. LABORATÓRIO FÍSICO
No laboratório físico são realizados testes referentes ao desempenho dos
produtos fabricados na Tigre, para aprovação dos mesmos, e também em itens recebidos
de terceiros que eventualmente fazem parte de alguma peça produzida, como borrachas
de vedação, por exemplo, e também em produtos vendidos diretos ao consumidor, como
fitas veda-rosca e adesivos para PVC.
4.3.1. ENSAIO DE TRAÇÃO
Realizado para determinação da tensão limite de escoamento e alongamento na
ruptura de um tubo, quando este submetido ao esforço de tração.
Os corpos de provas devem ter a espessura da parede do tubo, e os cortes devem
ser feitos no sentido longitudinal, equidistantes entre si e ao redor da circunferência.
Para cada amostra de tubo são cortados seis pedaços da parede que depois são
estampados em uma prensa. Por fim ficam condicionados por quatro horas no mínimo a
temperatura ambiente antes de ser ensaiados.
Durante o ensaio, os corpos de prova no formato de gravata são presos a uma
máquina universal de ensaios, e as garras da máquina se afastam a uma velocidade
constante de 50 mm/min, até que ocorra a ruptura dos corpos.
A aprovação das amostras submetidas e este ensaio depende dos valores de
tensão de esoamento e alongamento total, que devem obedecer os limites previstos pela
norma interna que rege o ensaio.
4.3.2. CLASSE DE RIGIDEZ
Classe de rigidez é o produto do módulo de elasticidade (E) do material pelo
momento de inércia (I) da seção transversal da parede do tubo por unidade de
comprimento (I/L), dividido pela terceira potência do diâmetro do tubo e determinada
medindo-se a força e a deflexão durante um ensaio de compressão de um tubo a uma
velocidade constante.
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No ensaio, o tubo é comprimido na direção longitudinal por dois pratos paralelos
com comprimento maior que o corpo de prova, e em três orientações diferentes, sendo a
principal na linha de emenda e as outras duas a 120º e 240º desta linha, respectivamente.
Os corpos de prova devem ser isentos de rebarbas e defeitos que venham a
prejudicar os resultados e dever ser climatizados por um dia antes do ensaio a
temperatura de 22ºC, podendo ser ensaiado no máximo em até 5 minutos após deixar o
local com essas condições de temperatura.
4.3.3. PRESSÃO HIDROSTÁTICA INTERNA (PHI)
Ensaio realizado em tubos de polietileno e PVC para verificar a resistência do
produto, simulando condições de uso prolongado. Consiste em vedar um pedaço de tubo
e aplicar pressão interna, mantendo-a por um determinado tempo. O tubo não deve
apresentar deformações ou fraturas após o ensaio.
De acordo com a pressão nominal, diâmetro e aplicação do tubo o ensaio tem os
parâmetros como temperatura, pressão e tempo definidos. Podem ser de longa ou curta
duração, imersos em banho quente ou frio. A curta ou longa duração é definida em um
valor de tempo diferente para cada tipo de material.
Para o polietileno, por exemplo, no PHI de curta duração a frio, a pressão é
aplicada ao tubo a 20ºC por 100 horas, no PHI de curta duração a quente são 165 horas
a 80ºC. Ainda existe ensaios mais severos para teste de desempenho, que é o caso do
PHI de longa duração, no qual os tubos ficam sob pressão a 80ºC por mil horas.
Quando o tubo se rompe ele é reprovado. Existem dois tipos de fratura típicas
deste ensaio, a frágil e a dúctil. A fratura frágil é caracterizada por uma fenda
longitudinal ao longo do tubo com estilhaços transversais, semelhante uma espinha de
peixe nos tubos de PVC ou por furos nos tubos de polietileno e pode ser causada por
impurezas, pontos duros no produto, por estrias ou pela baixa qualidade do material. A
fratura dúctil apresenta uma dilatação da parede do tubo antes de ocorrer a ruptura do
material. Pode ser causada por material com baixo limite de tensão de escoamento, por
estrias no tubo causadas geralmente por ranhuras do cabeçote ou picos de temperatura
durante o ensaio.
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4.4. LABORATÓRIO REOLÓGICO
No laboratório reológico são testadas as formulações de PVC e CPVC de toda a
linha de produção e é onde se desenvolve novos materiais (formulações) para a
constante melhoria dos produtos, e também adaptação a mercados restritos à
determinados materiais (chumbo, por exemplo) ou ainda condições climáticas
diferentes.
4.4.1. MISTURA DE COMPOSTOS
O laboratório reológico dispõe de um misturador pequeno para preparação das
misturas que são testadas.
Para a preparação, dosa-se várias formulações que serão comparadas entre si,
então coloca-se na parte superior do misturador que agita violentamente as partículas do
material fazendo com que este aqueça por atrito até uma temperatura especificada,
quando então, o material é despejado para outro recipiente onde será resfriado.
As principais formulações testadas são as que se diferenciam pelo estabilizante
térmico. O PVC é um polímero extremamente instável, sofrendo degradação facilmente,
com a liberação de HCl. Esta reação ocorre catastroficamente, ou seja, uma vez iniciada
se propaga pela cadeia muito rapidamente.
Os estabilizantes térmicos atuam no composto de PVC capturando e
estabilizando os íons cloreto formados, impedindo a propagação da reação e a
conseqüente autocatálise do processo de degradação. Desse modo, o estabilizante
térmico não atua no sentido de impedir a degradação do PVC, mas sim controla a
formação de HCl, evitando que o processo de degradação atinja um estágio que
comprometa o desempenho do produto final.
4.4.2. ANÁLISE EXTRUSIOMÉTRICA
Tem o objetivo de avaliar o comportamento reológico durante o processamento.
Consiste na extrusão do material de teste em uma extrusora especial, chamada de
extrusiômetro, que possui sensores de medição de temperatura, assim como as
extrusoras normais, mas também sensores que medem a pressão em diferentes partes da
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rosca e no bico e um medidor do torque aplicado pela rosca para manter uma rotação
constante.
Assim pode-se avaliar se um material eventualmente degradaria numa extrusora,
aumentando excessivamente o torque e danificando o equipamento de produção em
grande escala. Além de fazer um comparativo entre as amostras para saber qual exige
menos esforço, e consequentemente menor consumo de energia da máquina, qual tem
melhor estabilidade, qual mantém a coloração adequada, entre outros estudos.
A análise extrusiométrica também serve para determinar a produtividade que
cada composto deve apresentar. Medida em kg/h é semelhante a medição de uma vazão,
que indica a massa extrudada por unidade de tempo.
4.4.3. REOMETRIA DE TORQUE
O reômetro de torque é constituído por uma câmara onde há um misturador de pás
giratórias. Nesse reômetro, a amostra é colocada dentro do misturador a uma velocidade
pré-determinada. O torque necessário para fundir, misturar e homogeneizar a amostra é
então medido. Desta forma, obtém-se um gráfico de torque x tempo. A temperatura dentro
do sistema é continuamente controlada.
A amostra submetida ao cisalhamento devido ao torque aplicado pelas pás irá
fundir, e se continuarmos o ensaio depois de um certo período de tempo ela degradará.
Este ensaio tem por objetivo medir este tempo até a degradação para saber quanto
tempo o material pode permanecer dentro do cilindro aquecido nas máquinas ou apenas
promover a plastificação da amostra para posteriormente leva-la a uma prensa para produzir
amostras para avaliação colorimétrica. O resultado típico deste ensaio é um gráfico com 3
picos. O primeiro pico é logo no começo durante o carregamento, o segundo indica a fusão
do material e o terceiro bem mais adiante no eixo do tempo representa a degradação do
polímro.
4.4.4. COLORIMETRIA
A análise colorimétrica é uma medida da cor de uma superfície de uma peça. É
realizada para comparar a cor final dos produtos produzidos com diferentes tipos de
pigmentos em sua formulação.
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Para tal ensaio utiliza-se de um espectrofotômetro, que emite luz em vários
comprimentos de onda sobre a superfície da peça e analisa qual tem a maior refletância.
O valor é expresso em três números, os valores de L, a e b. L indica a luminosidade, ou
seja, o quanto cor se desloca para o branco ou para o preto. O valor de a varia entre
verde (-a) e vermelho (a), e o de b entre o azul (-b) e amarelo (b).
Neste sistema qualquer cor pode ser expressa em função de L, a e b. A Figura 2
mostra o espaço 3D onde um ponto representa um cor bem definida.
Figura 2 – Eixos coordenados para representação do resultado da colorimetria.
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5. CONCLUSÃO
Com o trabalho realizado neste período de estágio, pode-se aprender muito sobre
ensaios de laboratório. Dispondo de um moderníssimo laboratório com vários
equipamentos para ensaios de fins bem específicos ficou clara a importância de
conhecer as propriedades dos produtos fabricados e das matérias primas, principalmente
em uma empresa deste porte.
Também foi muito satisfatória a passagem pelo laboratório dimensional, que
foge um pouco do escopo acadêmico, mas que permite ao estagiário trabalhar com
equipamentos de metrologia incomuns até nos laboratórios da universidade.
Além disso, é importante o fato de que cada estágio realizado é uma
oportunidade de conhecer uma nova empresa, observando a sua logística, estrutura e
metodologia de trabalho, o que traz um ganho muito grande para o aluno de engenharia.
Apesar do período de reformas do laboratório, que ficou por três semanas quase
inativo, o estágio foi muito positivo.
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6. BIBLIOGRAFIA
CALLISTER JR., Willian D. Ciência e Engenharia de Materiais: Uma
introdução. 5.ed, Editora LTC, Rio de Janeiro. 2002.
RODOLFO JR, Antonio; NUNES, Luciano; ORMANJI, Wagner. Tecnologia do
PVC. 2ª edição revista e ampliada, Pro editores Braskem, São Paulo, 2002.
MANO, Eloísa Biasotto. Introdução a Polímeros. Editora Edgard Blücher, São
Paulo. 1985
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ANEXO A: HISTÓRICO DA EMPRESA
A Tigre S. A. nasceu da ousadia e pioneirismo do jovem empresário João
Hansen Júnior. Começou em 1941, com uma pequena fábrica de pentes de chifre de boi
chamada ‘Tigre’, localizada em Joinville. Já no ano seguinte veio a diversificação, com
a produção dos cachimbos Sawa.
Era uma época de dificuldades decorrentes da 2ª Guerra Mundial, mas também
de oportunidades, geradas por novos hábitos e novos produtos. Não demorou muito para
que uma das mais revolucionárias novidades chegasse ao Brasil: o Plástico. Ao invés de
encarar o novo material como uma ameaça ao chifre de boi, a Tigre passou a utilizá-lo
na confecção de seus produtos e logo se deu a compra da primeira injetora, que permitiu
a produção de pentes, piteiras, copos, pratos, brinquedos e leques.
Naquela época, os poucos leques que haviam eram importados e caros. Então a
oportunidade estava justamente em surpreender com a fabricação de leques plásticos e
baratos, para que todas as mulheres pudessem usar. Assim a ‘Escola de Pintura’
produzia os mais de 40 diferentes modelos de leques que foram um grande sucesso da
época.
No final dos anos 50, quando a empresa já havia progredido bastante com uma
extensagama de produtos plásticos extrudados e injetados, João Hansen acreditou que a
matéria plástica poderia ir muito além e investiu forças em um projeto ousado – um
produto absolutamente novo e fascinante para a época: Tubos e Conexões de PVC para
instalações hidráulicas.
Para muitos era uma idéia absurda, porque o plástico parecia frágil para
substituir os tubos de ferro galvanizados. E este desafio foi o grande combustível da
Tigre. A partir deste momento a empresa não parou mais de buscar o novo e usar de
criatividade e dinamismo para lançar no mercado as mais inovadoras ações. Este
pioneirismo é a marca registrada da Tigre, seu jeito de ser. E é esta marca que estará
presente em sua trajetória.
Tendo as pessoas como seu maior patrimônio, a Tigre registra ao longo de toda
sua história inúmeras ações que refletem sua crença em que são as pessoas da Tigre que
fazem a diferença. Já em 1946 contava com um ambulatório totalmente equipado para
atendimento de seus funcionários, distribuição de mantimentos a preço de custo,
programas de ensino básico e de reciclagem profissional, além de gratificações
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regulares de final de ano em um tempo em que não existia a obrigação de se pagar o
décimo terceiro salário.
A Tigre sempre foi também modelo de Assistência Técnica inovadora e
Capacitação dos profissionais de seu mercado. Desde a sua criação em 1967, as EATs,
Escolas de Aperfeiçoamento Tigre, foram um sucesso de marketing integrado da
empresa. Os formados pela Tigre passaram a ser referência no mercado, sendo a
preferência das construtoras que utilizavam tubos e conexões de PVC.
As ações realizadas pela Tigre para romper o preconceito e consolidar o uso do
PVC na construção civil ficaram para a história, sendo cada vez mais freqüentes e
criativas. Na balsa do Guarujá o rádio dizia: “Você que está na fila para o Guarujá,
experimente enferrujar um pedaço de tubo de PVC Tigre que lhe será entregue” e
também para os motoristas: “Já que você vai para a praia, experimente enferrujar este
tubo”.
No anos 70, com campanhas ousadas, a Tigre foi a primeira empresa do setor da
construção a anunciar na televisão. Joana D´Água foi um personagem inesquecível,
assim como seu parceiro Ted Tigre, ou o antecessor Zeca Diabo, personagem vivido
pelo ator Lima Duarte. Seu pioneirismo no gerenciamento da marca fez da Tigre
ganhadora de prêmios e consolidou seus esforços de comunicação como um dos mais
significativos programas de marketing integrado realizados por uma empresa nacional.
Incontestável também sempre foi a excelência operacional Tigre, que se mantém
em constante renovação tecnológica. Com consideráveis investimentos em pesquisa e
em marketing, a Tigre se manteve sempre como referência de mercado no
desenvolvimento de novos sistemas, de qualidade incontestável, que racionalizam a
obra e facilitam a vida do consumidor.
Hoje, atuando em 3 mercados nos quais é líder, e dona de uma das mais
completas linhas de Tubos e Conexões de PVC do mundo, a Tigre conta com quatro mil
funcionários, cinco Centros Operacionais no Brasil, além de unidades no exterior Argentina, Bolívia, Chile e Paraguai – tendo seus produtos presentes em mais de 35
países, de diversos continentes.
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ANEXO B: CRONOGRAMA DE ESTÁGIO
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