I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras,
Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul
Soledade, RS – 06 a 08/05/2009.
http://www.upf.br/ctpedras/sdgem
NANO MOINHO: PROJETO E PESQUISA DE NOVOS EQUIPAMENTOS
PARA A OBTENÇÃO E PROCESSAMENTO DE NOVOS MATERIAIS:
ESTUDO DE CASO DO DOMÍNIO TECNOLÓGICO DA MOAGEM
ULTRAFINA, ATRAVÉS DE MOINHO DE BOLAS PLANETÁRIO NO
DESENVOVLIMENTO DA TECNOLOGIA DO PÓ DE TURMALINA.
Edson Silva Xavier1; José Maria Leal2; Maria Bernadete Teixeira3, Mara Guerra4
1
UEMG [email protected] ; 2UEMG [email protected] ; 3UEMG [email protected] ;
4
UEMG [email protected]
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Resumo: Este artigo tem por finalidade demonstrar a importância e necessidade do domínio e equiparação tecnológica
para que países em desenvolvimento sejam capazes de realizar pesquisas e produção de novos materiais. È baseado no
processo de desenvolvimento do moinho planetário de bolas, para moagem ultrafina através de processo mecânico.
Equipamento esse em processo de patente e oriundo da tese de doutorado de Leal (2008) -, Desenvolvimento da
Tecnologia do Pó de Turmalina. Este equipamento não é o foco principal da pesquisa, mas teve de ser desenvolvido
para que a mesma pudesse ser realizada, isto, devido à inexistência de equipamento nacional do qual pudesse obter uma
moagem ultrafina. Todo o processo de desenvolvimento seguiu a metodologia abordada no design e desenvolvimento
de novos equipamentos: Testes laboratoriais, construção de protótipos, modelos e mock’ups, além da pesquisa de
sistemas mecânicos que pudessem realizar o processo de moagem. O seu projeto de produto, produção em larga escala e
análise ergonômica se deu no projeto Da Gema realizado pelo Centro Minas Design (CMD), num programa de atuação
setorial e com parceria do Centro de Design de Gemas e Jóias (CEDGEM) da universidade do estado de Minas Gerais
(UEMG).
Palavras-Chave: Design de produtos; Engenharia de produção; Engenharia de materiais; Desenvolvimento de
tecnologia; Construção de Máquinas e equipamentos.
Abstract: This paper aims to demonstrate the importance and necessity of the treatment area and technology to
developing countries are able to conduct research and production of new materials. It is based on the development
process of the planetary ball mill for ultrafine grinding by mechanical process. Equipment that in the patent process and
come from the doctoral thesis LEAL, JM, Development of Technology of tourmaline powder, Development of
Technology of tourmaline powder, 2008. This equipment is not the main focus of the research, but had to be developed
so that it could be done, that due to lack of equipment to which national could obtain an ultrafine grinding. The whole
development process followed the methodology addressed in the design and development of new equipment: laboratory
testing, construction of prototypes, models and mock'ups beyond the search for mechanical systems that could perform
the process of grinding. The design of product, large scale production and analysis in the ergonomic design was done by
Da Gema CMD, Central Minas Design, a program of action and sectoral partnership with the CEDGEM UEMG.
Keywords: Design of products, production engineering, materials engineering, technology development,
manufacture of machinery and equipment.
I Seminário sobre Design e Gemologia de Pedras, Gemas e Jóias do Rio Grande do Sul
1. Introdução
Este artigo resulta de projetos de inclusão do design de gemas e jóias no setor joalheria na região do vale do
Jequitinhonha e empresas de Belo Horizonte: Da Gema, realizado pelo CMD, Centro Minas Design, num programa de
atuação setorial. Com duração de seis meses, compostos por mestres e designers alunos do curso de Pós -graduação em
Design de Gemas e Jóias Da UEMG, Universidade do Estado de Minas Gerais, e contemplando 20 empresas da região,
gerou projetos de produtos e protótipos apresentados à Secretária de Ciência, Tecnologia e Ensino Superior do estado
de Minas Gerais em 11 de Dezembro de 2008.
O estudo teve por finalidade demonstrar a importância e necessidade do domínio e equiparação tecnológica para que
países em desenvolvimento sejam capazes de realizar pesquisas e produção de novos materiais. É baseado no processo
de desenvolvimento do moinho planetário de bolas, para moagem ultrafina através de processo mecânico. Equipamento
esse em processo de patente e oriundo da tese de doutorado de Leal (2008) - Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de
Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, 2008. Este equipamento não é o foco principal da
pesquisa, mas teve de ser desenvolvido para que a mesma pudesse ser realizada, isto, devido à inexistência de
equipamento nacional do qual pudesse se obter uma moagem ultrafina.Todo o processo de desenvolvimento seguiu a
metodologia abordada no design e desenvolvimento de novos equipamentos:Testes laboratoriais, construção de
protótipos, modelos, mock’ups, além da pesquisa de sistemas mecânicos que pudessem realizar o processo de moagem.
Culminou em uma série de cartas patentes e no domínio tecnológico de um processo e tipo de moagem só conseguida
com uso de equipamentos importados. O equipamento (protótipo funcional) se encontra no laboratório da universidade
Federal de Ouro Preto - UFOP, sendo o único de produção e tecnologia brasileira presente em laboratórios e centros de
pesquisa brasileiros. Seu projeto de design e sua adequação para a produção, em larga escala, foi realizado em parceria
com a universidade do Estado de Minas Gerais- UEMG em projeto de inserção do design em empresas de joalheria,
coordenado pelos mestres Maria Bernadete Teixeira e Adriano Aguiar Mol, pelo centro Minas Design – CMD. Esse
estudo mostra a importância de trabalhos e atividades interdisciplinares e envolveu as seguintes áreas do conhecimento:
Engenharia mecânica, engenharia de materiais e design de produtos objetivando a construção e detenção de uma
tecnologia em um campo no qual o Brasil não possui equipamentos que possam suprir a demanda das pesquisas e
empresas que necessitam desse tipo de tecnologia.
2. Metodologia
0B
O método de trabalho proposto para o projeto foi baseado em metodologia própria, e já aplicado em diversos projetos
de pesquisas desenvolvido pelo Centro de Estudos e Pesquisas em Design de gemas e jóias CEDGEM- UEMG e
adotada no desenvolvimento de máquinas e equipamentos. A Figura 1 demonstra de maneira sintética as etapas
metodológicas.
2.1 Tendo como ponto de partida um raciocínio básico: formulação > análise > síntese > geração de idéias > avaliação >
seleção > execução, foi desenvolvido o processo metodológico seguir, cada qual com sua especificidade.
2.1.1 Conceitualização do projeto
Estabelecido a partir das diretrizes indicadas pelo cliente, mediante recomendações e de desenvolvimento que
enfatiza o equipamento proposto.
2.1.2 Estudo Volumétrico, antropométrico e ergonômico.
Enfatiza o equipamento proposto em relações de proporção, usabilidade, e modularidade, estabelecendo
diretrizes de estudo onde o usuário e suas relações com o equipamento é o principal enfoque.
2.1.3 Análise crítica dos conceitos adotados e viabilidade técnica
Aborda todos os dados coletados e pesquisados nos processos anteriores. Os dados inerentes são dispostos e
adequados ao processo técnico para o início da execução matemática do modelo proposto para o equipamento.
2.1.4 Desenvolvimento dos estudos do projeto em matemática volumétrica
O equipamento proposto em sua estrutura preliminar é iniciado em modelo matemático desenvolvido em
plataforma CAD (3D), sendo então modelado verificando seu funcionamento, morfologia, montagens, processo
e materiais.
2.1.5 Desenvolvimento aplicado
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Após serem selecionadas as alternativas que melhor atendem o equipamento proposto, em seus aspectos
principais, devidamente aprovados pelo cliente, o modelo matemático e sujeito à depuração e apropriado para
geração de modelos virtuais, mock-ups ou protótipos (Ex: SLS – Sinterização seletiva a laser), adequação e
produção de ferramental etc.
2.1.6 Documentação técnica preliminar
Nesta etapa do desenvolvimento do equipamento proposto é elaborada a primeira fase da documentação técnica
para o fim de cotação dos valores de produção e auxilio aos primeiros protótipos funcionais ou cabeças de série.
2.1.7 Revisão projetual
Confeccionado os primeiros protótipos e ou cabeças de série, o projeto global é revisado. Sendo identificadas e
consideradas novas alterações, o projeto em seu conteúdo foi acertado e devidamente atualizado.
2.1.8 Documentação técnica final
Tendo em vista a revisão projetual concluída, uma nova série da documentação técnica foi elaborada atualizando
o projeto no aspecto documental. Finalizada esta etapa, o material técnico é disponibilizado para o cliente.
Figura 1. Etapas da metodologia aplicada. Fonte: CEDGEM-UEMG
3. NANO Moinho: Conceituação e Projeto da Moagem Mecânica Ultrafina Via Sistema
Planetário
Partindo da necessidade de desenvolver um equipamento com o qual fosse possível obter uma moagem ultrafina, porém
de baixo custo de produção e operação. O pesquisador e inventor do equipamento, José Maria Leal, optou por utilizar
um sistema de engrenagem dispostas em posição planetária com a polia mestra disposta no centro (sol) e alimentando
polias menores (Planetas) de forma aumentar o movimento e força fornecida pela fonte alimentadora. Solução que
possibilitou o aumento da atuação das esferas ou material abrasivo dentro dos copos de moagem. Esse sistema simples e
de grande eficiência também foi patenteado. A Figura 2 demonstra a composição descrita acima.
Figura 2. Protótipo experimental do sistema planetário de moagem ultrafina do NANO MOINHO. Fonte: cortesia José
Maria Leal
A partir dessa conceituação a equipe do projeto Da Gema trabalhou no desenvolvimento tridimensional desse
equipamento para que pudesse ser realizados diversos testes a respeito dos aspectos técnicos e ergonômicos. Assim
como sua adequação ao processo produtivo e normas vigentes, as NBR’s.
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Figura 3. Projeto, para produção em larga escala e dentro das normas NBR’s vigentes, do sistema de moagem
planetário do nano moinho. Fonte CEDGEM-UEMG
Essa definição quanto ao uso de um sistema mecânico, e de testes realizados, possibilitou o desenvolvimento de uma
estrutura de moagem de baixo custo dentro das exigências e capacidades do processo produtivo e da plataforma
tecnológica da empresa fabricante do equipamento: a GTTC- Gems Trust Trade Center de belo Horizonte. Esse sistema
tem custo de execução e operação mais acessível se comparado a outros sistemas de moagem ultrafina. Adequando se a
necessidade de obter o pó da turmalina utilizando tecnologia nacional.
4. Seleção de Novos Materiais e Processos no Desenvolvimento do Moinho Planetário de
1B
Bolas- NANO Moinho- Aspectos Técnicos e Produtivos.
Vencida a etapa de desenvolvimento de um sistema mecânico do qual se pudesse obter o pó da turmalina ou de outros
minerais na qualidade ultrafina, deparou se com o problema de falta de equipamentos e processos adequados para
produzir o sistema planetário utilizando se engrenagens de aço. A necessidade de se testar a melhor relação de
engrenagens tornaria o desenvolvimento difícil e de alto custo, isto, devido ao preço e necessidade de equipamento
especifico tais como; torno mecânico e fresadora ferramenteira, para a produção de tantas engrenagens. A solução
encontrada e o projeto desenvolvido visam usar polias para facilitar a produção, pois, as mesmas, necessitam única e
exclusivamente de um torno mecânico para sua execução. Como o tempo de produção é de cerca de cinco vezes menor,
e, aliando a escolha do náilon como matéria prima, material termoplástico com características auto lubrificante, boa
aderência e contato, ao invés do aço, permitiram solucionar problemas relativos à perda de tração da substituição de
engrenagens por polias. As figuras 4 e 5 mostram as polias de nylon.
Figura 4. Teste sobre eficiência de relação e transmissão de polias de Náilon. Fonte: Cortesia José Maria leal
Figura 5. Teste de moagem do conjunto montado do protótipo para testes. Fonte: Cortesia José Maria leal
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5. Desenvolvimento do Design do Produto: Aspectos Ergonômicos, Estético Funcional e
Produtivo do NANO Moinho - Adequação e Viabilização Produtiva do Protótipo
2B
Após etapas de viabilização técnica e tecnológica do moinho planetário de bolas, o projeto entrou na fase de adequação
e viabilização produtiva do protótipo. Nesta etapa as características ergonômicas que fornecem: segurança,
funcionalidade, facilidade de operação, transporte, limpeza e facilidade manutenção dentre outros diversos parâmetros
foram colocadas a prova. Como é comum em todas as atividades de desenvolvimento de novas tecnologias aspectos
ergonômicos e funcionais não são tão rigorosamente contemplados nas etapas primarias de desenvolvimento. Mas para
sua inserção no mercado essas tecnologias passam por testes e re-projetos que visam prever todas as possíveis variáveis
de comportamento do equipamento e seus sistemas.
Testes demonstram que o re- projeto dos copos e sistema de moagem aumentou a confiabilidade, usabilidade e
segurança do equipamento. Assim com a alça de travamento superior, Figura 3, eliminou vibrações e eventuais quebras
dos braços suportes. Fator esse que poderia inviabilizar a comercialização do equipamento. O projeto já em etapa final
procurou melhorar a eficiência do equipamento centralizando suas informações em um painel único e central.
Escolhemos uma composição estética formal que valorizasse o apelo tecnológico do equipamento, seu caráter inovador
e que além de tudo proporcionasse estabilidade para o equipamento, que por trabalhar com moagem, poderia sofrer com
grandes índices de vibração e provocar altas taxas de ruído. Esses problemas foram solucionados com o projeto de uma
carcaça que diminui a vibração do equipamento com auxilio de áreas e nervuras de alívio e sem perder seu apelo
estético. As Figuras 6 e 7 mostram o projeto e montagem do produto final.
Figura 6. Modelagem matemática e produção do produto final para comercialização. Fonte: Cortesia José Maria leal e
CEDGEM- UEMG
Figura 7. Foto Produto final para comercialização: Moinho Planetário de bolas - NANO Moinho. Fonte CEDGEMUEMG
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6. Resultados Obtidos
Equiparação tecnologia e domínio de tecnologia para obtenção de moagem ultrafina por processo mecânico;
Possibilidade de estudos de novos materiais, moagem ultrafina de minerais utilizando tecnologia nacional;
Possibilitou os testes necessários a tese de doutorado de Leal (2008) - Desenvolvimento da Tecnologia do Pó
de Turmalina, Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina;
O equipamento além de gerar patentes próprias foi responsável no desenvolvimento de novos produtos e
patentes oriundos do estudo do pó da Turmalina;
É exemplo da importância do design aplicado a atividade de desenvolvimento de novos materiais,
equipamentos e no estudo de minerais e recursos naturais nacionais;
Fomento de novos pesquisa e estudos gemológico e de aplicação de minerais;
Possibilitou ao CEDGEM UEMG atuar de maneira e integrada com outras áreas do conhecimento, que
permeiam o design de gemas e jóias.
Contribuir para o avanço da pesquisa e desenvolvimento de tecnologias no estado de Minas Gerais e no Brasil
7. Conclusão
Este estudo aborda a importância do investimento no desenvolvimento integrado de novas tecnologias, processos e
materiais. E as possibilidade que este tipo de pesquisa trás para a sociedade: seja no desenvolvimento de novos produtos
quanto no desenvolvimento de novos processos. Também alerta ao fator limitador que a falta de avanço tecnológico trás
para a sociedade. A tese de doutorado de LEAL, J.M. Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina,
Desenvolvimento da Tecnologia do Pó de Turmalina, 2008 correu o risco de não ser realizada devido à falta de
maquinário e equipamento para a realização da mesma. Atenta se para importância de pesquisas de desenvolvimento de
equipamentos e tecnologias que possam atuar como fator facilitador de outras pesquisas de forte cunho acadêmico. Este
artigo deixa registrado a importância da necessidade de investimentos em bens de capital, máquinas e equipamentos e
novas tecnologias que são pontos base e limitantes do avanço social e econômico das sociedades modernas.
8. Referências bibliográficas
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