FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA...
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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA GUILHERME ARTHUR FAISTAUER TIAGO LAZZARETTI WEBER CARACTERIZAÇÃO DE MOLDE EM PROCESSO CURA A FRIO UTILIZANDO AREIA REGENERADA EM PROCESSO TÉRMICO Orientador: Ronaldo Raupp Novo Hamburgo, setembro de 2016.
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FUNDAÇÃO ESCOLA TÉCNICA LIBERATO SALZANO VIEIRA DA CUNHA
CURSO TÉCNICO DE MECÂNICA
GUILHERME ARTHUR FAISTAUER
TIAGO LAZZARETTI WEBER
CARACTERIZAÇÃO DE MOLDE EM PROCESSO CURA A FRIO UTI LIZANDO
AREIA REGENERADA EM PROCESSO TÉRMICO
Orientador: Ronaldo Raupp
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
GUILHERME ARTHUR FAISTAUER
TIAGO LAZZARETTI WEBER
CARACTERIZAÇÃO DE MOLDE EM PROCESSO CURA A FRIO UTI LIZANDO
AREIA REGENERADA EM PROCESSO TÉRMICO
Projeto de Integração Disciplinar apresentado
ao Curso Técnico de Mecânica da Fundação
Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da
Cunha como requisito parcial para a aprovação
nas disciplinas do curso.
Orientador: Ronaldo Raupp
Novo Hamburgo, setembro de 2016.
RESUMO
Em processos de fundição, onde areias são usadas para a moldagem e macharia, essa
se torna resíduo após o processo e é descartada em aterros especializados, conforme a norma
NBR - 10004. Todavia, visando evitar o descarte excessivo e mirando também os impactos
ambientais gerados pelo descarte de areias contaminadas com resina aglomerante, foram
estudados diferentes métodos de limpeza desses grãos de areia, para que esses sejam
reutilizados em moldagem. Um desses métodos é o térmico, que utiliza um equipamento
denominado reator via Leito Fluidizado para a execução da limpeza dos grãos. O princípio de
funcionamento do sistema é baseado na fuidização de partículas e na adição de calor à elas
para que a "casca" de resina contaminante seja volatilizada. Entretanto para que se confirme a
viabilidade da reciclagem industrial das areias regeneradas, devem ser executados ensaios de
caracterização química e física nos grãos e em machos fabricados a partir de areia regenerada.
A primeira parte da caracterização, ou seja, a caracterização dos grãos de areia em si, foi
introduzida no ano de 2015, pelo pesquisador Matheus Simon, da Universidade do Vale do
Rio dos Sinos em São Leopoldo, obtendo resultados para a análise comparativa referentes à
teor de umidade dos grãos, distribuição granulométrica, microscopia ótica, massa específica e
perda ao fogo. Com isso, conclui-se que os grãos de areia estão aptos segundos os requisitos
de moldagem e macharia para a reutlização industrial. Então, a seguinte pesquisa propôs os
ensaios de caracterização de machos fabricados a partir do processo cura a frio com resina
fenólica-uretânica, sendo eles o teor de umidade e a permeabilidade, visando a confirmação,
ou não, do possível emprego de areias regeneradas pelo reator via Leito Fluidizado, em
moldagem. Os resultados obtidos nos ensaios de teor de umidade dizem que o valor de
umidade de um molde com areia nova é de 2%, enquanto o teor de umidade de um macho
feito de areia regenerada é de 2,7%. Já o coeficiente de permeabilidade da areia nova se deu
em 7,88.10-4 cm/s quando a areia regenerada apresentou o coeficiente de permeabilidade igual
à 7,65.10-4 cm/s.
Palavras-chave: Cura a frio. Regeneração Térmica. Caracterização.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Fundição em processo Pep Set .................................................................................. 9
Figura 2 - Moldagem por cura a frio. ....................................................................................... 10
Figura 3 - Areia recuperada, contaminada com resina fenólica-uretânica ............................... 12
Figura 4 - Fluidização de partículas ......................................................................................... 14
Figura 5 - Tubo fluidizador ...................................................................................................... 15
Figura 6 - Esquema representativo do regenerador térmico ..................................................... 16
Figura 7 - Ensaio de distribuição granulométrica ..................................................................... 18
Figura 8 - Gráfico da distribuição granulométrica de areia base .............................................. 19
Figura 9 - Distribuição granulométrica das areias regeneradas ................................................ 20
Figura 10 - Microscopia ótica de areias novas e regeneradas .................................................. 21
Figura 11 - Picnômetro à Hélio ................................................................................................ 22
Figura 12 - Massas Específicas ................................................................................................ 22
Figura 13 - Valores de perda ao fogo ....................................................................................... 24
Figura 14 - Permeâmetro de carga constante ........................................................................... 25
Figura 15 - Resinas parte I e parte II e catalisador ................................................................... 27
Figura 16 - Matriz para moldagem dos machos ....................................................................... 28
Figura 17 - Amostra de macho para determinação de teor de umidade ................................... 30
Figura 18 - Areia em processo de saturação ............................................................................. 31
Figura 19 - Compactação do corpo de prova no cilindro de ensaio ......................................... 32
Figura 20 - Tubo de ensaio para medição de volume de água e de temperatura ...................... 33
Figura 21 - Adição dos materiais à matriz e polimerização ..................................................... 34
Figura 22 - Exemplo de macho no formato borboleta .............................................................. 35
Figura 23 - Balança analítica para medição das massas para teor de umidade ........................ 36
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Ordem de adição para fabricação de moldes ........................................................... 29
Tabela 2 - Valores das massas do ensaio de teor de umidade .................................................. 36
Tabela 3 - Massas medidas ....................................................................................................... 37
Tabela 4 - Teores de umidade................................................................................................... 37
Tabela 5 - Valores medidos para cálculo de permeabilidade da areia nova ............................. 38
Tabela 6 - Valores de condutividade hidráulica da areia nova ................................................. 38
Tabela 7 - Valores medidos para cálculo de permeabilidade da areia regenerada ................... 39
Tabela 8 - Valores de condutividade hidráulica da areia regenerada ....................................... 39
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 7
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ........................................................................................ 8
2.1 Processo de fundição .......................................................................................................... 8
2.1.1 Processo de fundição em areia........................................................................................... 8
2.1.2 Cura a frio ........................................................................................................................ 10
2.1.3 Resina fenólica-uretânica ................................................................................................ 10
2.1.4 Catalisador para cura a frio .............................................................................................. 11
2.2 Regeneração de areias usadas em processo de moldagem para fundição ................... 11
2.2.1 Regeneração Química ...................................................................................................... 13
2.2.2 Regeneração Mecânica .................................................................................................... 13
2.2.3 Regeneração Térmica ...................................................................................................... 13
2.3 Caracterização de areias de fundição ............................................................................. 16
2.3.1 Teor de Umidade ............................................................................................................. 17
2.3.3 Geometria granular .......................................................................................................... 20
2.3.4 Massa Específica ............................................................................................................. 21
2.3.5 Perda ao Fogo .................................................................................................................. 23
2.3.6 Permeabilidade ................................................................................................................ 24
3 METODOLOGIA................................................................................................................ 26
3.1 Aquisição das areias ......................................................................................................... 26
3.2 Aquisição da resina fenólica-uretânica e catalisador Quantum 3609 .......................... 27
3.3 Confecção dos machos com resina aglomerante ............................................................ 28
3.3.1 Matriz para a moldagem dos machos .............................................................................. 28
3.3.2 Mistura das resinas com areia e cura dos machos ........................................................... 29
3.4 Ensaio de teor de umidade dos machos .......................................................................... 29
3.5 Ensaio de determinação da permeabilidade das areias ................................................ 30
4 RESULTADOS .................................................................................................................... 34
4.1 Confecção dos machos com resina fenólica-uretânica .................................................. 34
4.2 Resultados da determinação do teor de umidade dos machos ..................................... 36
4.3 Resultados das determinações de permeabilidade ........................................................ 38
5 CONCLUSÃO...................................................................................................................... 40
6 PROPOSTAS DE CONTINUAÇÃO ................................................................................. 41
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 42
ANEXO A ................................................................................................................................ 45
7
1 INTRODUÇÃO
O Curso Técnico de Mecânica da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da
Cunha propõe aos alunos de 3° e 4° a realização de um projeto de pesquisa anual, para que os
alunos busquem solucionar um problema de livre escolha dentro da área técnica, valendo 10%
da pontuação geral de todas as disciplinas do curso. O grupo, composto por dois alunos do
último ano do curso, resolveu manter a área de pesquisa abordada durante o ano anterior. Com
isso, o foco das pesquisas continuou sendo a regeneração de areias usadas em processo de
fundição, com o auxílio do NucMat (Núcleo de Caracterização de Materiais) da Universidade
do Vale do Rio dos Sinos (Unisinos), de São Leopoldo. O Nucmat é coordenado pelo Prof.
Dr. Carlos Alberto Mendes Moraes e é responsável pelo financiamento e apoio a pesquisas de
diversas áreas, entre elas a de regeneração de areias de fundição.
A regeneração térmica é um processo que vem sendo estudado pelos pesquisadores do
NucMat há muitos anos. O sistema de regeneração foi desenvolvido no ano de 2013 pelo
pesquisador Johnny Severo, e otimizado e estudado segundo as qualidades para a regeneração
de areia contaminada com resina fenólica-uretânica no ano de 2015, pelo pesquisador
Matheus Simon. O último, visando seu título de bacharel em Engenharia Mecânica, realizou
diversos ensaios na areia regenerada, para a sua comparação com a areia nova, em questão de
propriedades físicas e químicas. Entretanto, para a confirmação de que o processo de
regeneração térmica é adequado para a reciclagem de areia contaminada com resina fenólica-
uretânica e que a areia regenerada pode ser reutilizada em moldes de fundição são necessários
outros ensaios visando a obtenção de resultados para a comparação. Dessa forma, o grupo
delimitou sua área de pesquisa como sendo a continuidade das pesquisas de Matheus Simon,
que é, basicamente, a realização dos ensaios restantes, obtenção, comparação e análise de
resultados, visando a confirmação, ou não, da viabilidade de reciclagem de areias regeneradas
em processo térmico.
Assim, este trabalho tenta responder se um molde feito com areia regenerada,
aglomerado com resina fenólica-uretânica é adequado ao processo de fundição, mostrando
que o processo de regeneração térmica é viável e empregável industrialmente.
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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Este capitulo aborda os tópicos conceituais para o entendimento do tema da pesquisa e
de sua metodologia. Aqui encontram-se os principais tópicos conforme as referências
utilizadas, divididos e explicados nas seguintes fases: processo de fundição, regeneração de
areias usadas em processos de moldagem de fundição e caracterização de areias de fundição.
2.1 Processo de fundição
O processo de fundição é um método de fabricação mecânica de materiais através da
fusão. Dessa forma, o material é aquecido até se tornar líquido e vazado em um molde
correspondente ao formato negativo da peça a ser obtida. É um processo de baixo custo, e por
isso é muito presente na fabricação de diversos tipos de materiais, como aços, ferros fundidos,
alumínio, plásticos, entre outros. Embora não tenha um custo elevado, o processo é complexo
e por isso existem tantas subdivisões dentro da mesma área (MARIOTTO, 2000).
2.1.1 Processo de fundição em areia
A fundição de metais apresenta diversas subdivisões, sendo uma delas a fundição com
molde em areia. Esse processo é muito comum devido ao seu custo e sua alta capacidade de
fabricação de peças em larga escala, além de peças de geometria complexa, como por
exemplo, blocos de motores automobilisticos e virabrequins (FS, FUNDIÇÃO E SERVIÇOS,
2015).
A fundição em areia é o processo na qual o molde em que será vazado o metal líquido
é feito à base de areia. Para entender melhor, pode-se imaginar um molde como um
aglomerado de grãos. Alguns grãos se aglomeram a partir de força mecânica, devido às suas
características, e outros precisam da adição de material aglomerante. O processo de fabricação
de moldes para a fundição que utiliza areia aglomerada e compactada a partir da força
mecância é denominado areia verde. Já o processo que utiliza aglomerantes adicionados aos
grãos para a sua estruturação é chamado de areia ligada quimicamente (MARIOTTO, 2000).
Dessa forma, o metal líquido é vazado dentro do molde, exigindo da areia, suas
características. O molde feito de areia, corresponde à superfície negativa da peça a ser
produzida e é fabricado com o uso de um modelo da peça a ser fabricada. Um problema da
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fundição em areia é a incapacidade do molde de ser reutilizado. Devido ao aumento no
tamanho do grão da areia, causado pela contaminação provinda da resina aglomerante, toda
areia utilizada no molde deve ser descartada após a primeira fundição (SEVERO, 2013).
2.1.1.1 Fundição com areia aglomerada quimicamente
É o processo de fundição na qual o molde para a peça a ser solidificada é estruturado
apartir de areia ligada com resinas químicas, normalmente orgânicas. Existem diversos tipos
de resina, entre elas a fenólica-uretânica, muito empregada na industria e com características
particulares para a fabricação de moldes. Para a cura desses moldes, ou seja, o processo que
transforma o composto em sólido, normalmente é feita através da adição de um catalisador,
quando se trata de areias ligadas quimicamente. O conjunto de resinas, areia base e
catalisador, comercialmente, recebem um nome específico. Por exemplo, o conjunto que
utiliza areia de sílica, resina fenólica-uretânica e Solução de N-metil Imidazol como
catalisador é conhecido como processo de moldagem Pep Set, ou Pep Set Quantum (SIMON,
2015).
Figura 1 - Fundição em processo Pep Set
Fonte: FERRARI, 2009.
10
2.1.2 Cura a frio
Como citado anteriormente, a mistura de compostos químicos no processo de
moldagem se inicia no estado líquido, e para atingir o estado sólido, passa pelo processo
denominado cura. Segundo Siegel, existem variados tipos de cura na moldagem para
fundição. Entre eles estão a cura a quente, cura por gasagem, e a cura a frio (SIEGEL, 1975).
A cura a frio, em especial, é o processo que se caracteriza pela espera da solidificação
do molde à temperatura ambiente, ou sem a adição de calor. Isso se dá, devido à adição do
catalisador ao composto, que acelera as reações químicas entre as substâncias, ocasionando a
estruturação sólida do composto. Um exemplo de processo por cura a frio é o Pep Set
(SIMON, 2015).
Figura 2 - Moldagem por cura a frio
Fonte: SIMON, 2015.
2.1.3 Resina fenólica-uretânica
Segundo Simon, as resinas combinadas, fenólica e uretânica, usadas na moldagem
para fundição é dividida em duas partes: parte 1 (resina uretânica, cuja fórmula é
CH4N2O[CO(NH2)2]) e parte 2 (resina fenólica, cuja fórmula é C6H6O [C6H5OH]). As
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características das resinas responsáveis pela aglomeração dos grãos são as de adesão e as
coesivas. Essas características são usufruídas devido às ligações intermoleculares dos
elementos das duas resinas e dos grãos de areia (SIMON, 2015).
O processo de fabricação de molde com a resina fenólica-uretânica, em cura a frio, é
feito em etapas, de acordo com Moraes. Primeiramente mistura-se a areia base com a resina
parte 1. Em seguida, mistura-se, separadamente, o catalisador com a resina parte 2, e então,
mistura-se tudo no mesmo recipiente. A relação de proporção de quantidades, entre as resinas
parte 1 e 2 são dadas, referentes ao volume adicionado, em uma relação de 35-65%,
respectivamente (MORAES, 2009).
2.1.4 Catalisador para cura a frio
Segundo Simon, o catalisador utilizado na cura dos moldes no processo Pep Set é
comercialmente conhecido como Catalisador Quantum 3609. A composição química desse
catalisador é de natureza orgânica, e segundo a nomenclatura da IUPAC é denominado
Solução de 1-metilimidazol ou N-metil Imidazol. É obtido no estado líquido com aparência
avermelhada (SIMON, 2015).
2.2 Regeneração de areias usadas em processo de moldagem para fundição
Após o processo de fundição, ou seja, depois do vazamento do metal líquido dentro do
molde de areia e aglomerantes, a peça é obtida através da quebra da estrutura do molde. Dessa
forma, o molde torna-se torrões de grãos aglomerados, e que posteriormente, passam por uma
calha vibratória, denominada destorroador, a fim de desfazer os aglomerados e tornar a areia
granular novamente. O processo no qual o molde passa desde sua desestruturação até o
destorroador é conhecido industrialmente como recuperação, e é a primeira etapa da
regeneração da areia (MOOSHER, 2010).
Entretanto, no caso dos moldes que utilizam areia aglomerada com resina fenólica-
uretânica, após o processo de recuperação, os grãos de areia se encontram contaminados com
a resina, que forma uma "casca" de resíduo em torno de cada grão, acarretando no aumento do
seu diâmetro médio e mudando, inclusive, sua aparência visual, como mostra a Figura 3.
12
Figura 3 - Areia recuperada, contaminada com resina fenólica-uretânica
Fonte: FAISTAUER; WEBER, 2015.
Segundo a NBR-10004, Resíduos Sólidos - Classificação, que classifica os resíduos
sólidos quanto a sua periculosidade, inclusive as areias oriundas de fundição, as areias ligadas
quimicamente, em geral, são consideradas Resíduo Classe I - Perigoso (ABNT, 2004), e isso
atinge as areias contaminadas com resina fenólica-uretênica. Dessa forma, as areias
recuperadas não podem ser descartadas convencionalmente, exigindo da empresa produtora
do resíduo, um investimento em descarte adequado. Para o descarte correto do resíduo é
necessário um aterro especializado.
Então, como forma alternativa ao descarte da areia usada na moldagem, visando a sua
reciclagem, diminuindo os gastos econômicos e os impactos ambientais, são estudadas
diferentes formas de devolver as características físicas e químicas de areia nova à areia que já
foi utilizada na moldagem por cura a frio. Esse processo chama-se regeneração e consiste na
limpeza dos grãos, ou a separação da casca de resina do material granular. Os principais tipos
de regeneração de areias usadas em moldagem de fundição existente até então são: químico,
mecânico e térmico (SEVERO, 2013).
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2.2.1 Regeneração Química
De acordo com Severo, esse é o processo na qual os grãos são reciclados a partir da
oxidação da resina, no processo Fenton. Embora tenha sua altíssima qualidade comprovada,
em questão de capacidade de limpeza, a regeneração química ainda apresenta um custo muito
elevado e o descarte pós-processo não é de fácil acesso. A eficiência do processo de
regeneração química varia entre 94 e 99% de limpeza dos grãos (SEVERO, 2013).
2.2.2 Regeneração Mecânica
Esse processo utiliza a força física para que os grãos quebrem e a casca se torne
farelos. Funciona como uma continuação do destorroador e se aproveita do atrito entre os
próprios grãos e as paredes do equipamento para cumprir sua função. É o menos eficiênte em
comparação com os outros processos, porém é o mais barato e o mais empregado. Sua
eficiência é afetada pela formação de grãos "finos", causados pela quebra dos grãos. Com
isso, seu percentual efetivo varia de 75 a 88% (MOOSHER, 2010).
2.2.3 Regeneração Térmica
É o processo na qual a resina contaminante dos grãos é separada da areia através do
aquecimento. A resina possui uma característica importante para esse processo que é sua
capacidade de volatilização, dessa forma, utiliza-se calor para tornar a resina um vapor e
separar-se dos grãos, agora limpos. O equipamento responsável pela regeneração, abordado
nessa pesquisa é denominado reator via Leito Fluidizado e utiliza o princípio da troca de calor
por condução, para aquecer a areia. Sua eficiência gira em torno dos 95%, e é considerado o
processo com maior custo benefício, devido à sua alta eficiência e fácil pós-trabalho da resina
efluente (SIMON, 2015).
2.2.3.1 Reator via Leito Fluidizado
O equipamento responsável pela regeneração térmica das areia oriundas de fundição é
o reator via Leito Fluidizado. Como o nome sugere, o princípio da fluidização dos grãos é um
dos fatores mais importantes do sistema (SEVERO, 2015).
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A fluidização de partículas é um método na qual o escoamento de um fluido através
das partículas provoca a suspensão das mesmas. O fluido utilizado no reator é o ar
comprimido, e esse escoa no sentido vertical, de baixo para cima, passando por uma camada
de areia contaminada, gerando a misturação desses grãos, como ilustrado na figura 4.
Figura 4 - Fluidização de partículas
Fonte: SEVERO, 2015.
A misturação dos grãos de areia, abordado pelo regenerador térmico é referente ao
slugging da Figura 4, devido à vazão de ar comprimido escoando pelas partículas.
A função do misturador dos grãos no sistema de regenração térmica é a de uniformizar
a troca de calor entre os grãos. Como mostra a Figura 5, o sistema possui um tubo fluidizador
principal, que funciona como câmara de depósito para a areia a ser tratada. Nesse local, a
areia fica depositada em forma de camada e o ar comprimido é injetado pela sua parte inferior
gerando as bolhas na camada de material granular. Além disso, a parede do tubo está
submetida à ação das chamas de gás GLP, responsáveis por ceder o calor necessário ao
sistema. Então, com o sistema de misturação dos grãos, segundo Severo, o calor fornecido aos
grãos de areia se tornam mais uniformes, ou seja, cada partícula recebe uma quantidade de
calor proporcionalmente, e isso acaba por aumentar a eficiência do processo de limpeza dos
grãos (SEVERO, 2013).
15
Figura 5 - Tubo fluidizador
Fonte: SEVERO, 2015.
Por fim, o sistema de regeneração trabalha, ainda, com controladores de parâmetros
específicos (vazão de ar, pressão e temperatura), além da alimentação de GLP e o controlador
de dados. A Figura 6 mostra o esquema representativo do sistema de regeneração térmica a
partir do método com Leito Fluidizado, conforme projetado por Severo.
16
Figura 6 - Esquema representativo do regenerador térmico
Fonte: SEVERO, 2013.
Esse é o funcionamento do equipamento utilizado nessa pesquisa para a regeneração
térmica das areias contaminadas com resina fenólica-uretânica, oriunda do processo de
fundição.
2.3 Caracterização de areias de fundição
Caracterizar significa definir, quantitativa ou qualitativamente, os valores referentes às
suas propriedades, sendo elas de natureza física ou química. Quando se trata de materiais
granulares, mais precisamente, de areias de fundição, existem métodos específicos para sua
valorização e caracterização. A ABIFA - Associação Brasileira de Fundição - é responsável
pela elaboração das normas referentes aos ensaios de caracterização de areias para moldagem
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e macharia. Por isso, todos os ensaios executados nesse projeto foram baseados nos tópicos
das normas da Comissão de Estudos de Matérias Primas, da ABIFA.
Para a caracterização de areias regeneradas, a fim de confirmar sua utilidade em
processos de macharia e moldagem, a caracterização se divide em duas etapas. A primeira
etapa consiste na caracterização da areia como matéria-prima, a fim de checar suas
propriedades ainda como material granular. E a segunda etapa consiste na caracterização da
areia já aglomerada com a resina referente à sua regeneração, visando confirmar a sua
possível reutilização como um molde industrial (SIMON, 2015).
2.3.1 Teor de Umidade
Ensaio realizado segundo a norma da ABIFA CEMP - 105, pode ser feito em estufa ou
no determinador de umidade. O teor de umidade de um material é o percentual
correspondente à massa de água e materiais voláteis no composto. A determinação é feita a
partir da comparação entre as massas antes do material ser exposto à temperatura de 105 ºC, e
depois da exposição durante 4 horas. Caso seja utilizado uma determinadora de umidade, não
é necessária a medição posterior da massa e nem cálculos manuais, pois o equipamento libera
o valor correspondente ao teor de umidade em seu corpo. Porém, se a umidade do material for
muito pequena, deve-se utilizar uma estufa para o aquecimento. Dessa forma, será necessária
uma balança analítica para a medição da massa do resíduo e os cálculos percentuais devem ser
feitos manualmente. A fórmula a seguir corresponde ao método de cálculo do teor de
umidade.
� =���� + �� − ���� + ��
��∗ 100
No qual, U corresponde ao valor do teor de umidade em percentual, Mpf é a massa do
recipiente refratário que contém a amostra, Ma é a massa da amostra e Mr é a massa do
resíduo, ou a massa restante após a exposição da amostra ao calor.
O teor de umidade é uma propriedade importante das areias de fundição tanto para a
primeira quanto para a segunda etapa. Segundo Ziegler, os grãos de areia devem demonstrar o
teor de umidade infeiror a 0,1% (OLIVEIRA, 2007 apud ZIEGLER 1994). E segundo Simon,
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as areias de sílica nova e regenerada em processo térmico apresentam valores correspondentes
a 0,04% (SIMON, 2015).
Além disso, segundo Siegel, os machos já aglomerados com resina ou à verde,
possuem, por característica, a umidade elevada em relação à areia granular. Os valores
estimados por Siegel para a umidade de areias moldadas varia entre 4 e 8%, para areia
compactadas a verde (SIEGEL, 1975), e entre 2 e 5% para aglomerados com resina, segundo
Moraes. Isso se dá devido aos espaços preenchidos pelo aglomerante entre os grãos, e pois os
aglomerantes possuem o nível de materiais voláteis muito maior do que a areia (MORAES,
2001).
2.3.2 Distribuição granulométrica e Módulo de Finura
Esse ensaio visa determinar o tamanho médio dos grãos do material através do método
de peneiramento. Regido pela norma da ABIFA CEMP - 081, a granulometria ou distribuição
granulométrica é feita a partir de uma amostra de ± 50 gramas. Dessa forma, são separadas
peneiras com mesh ou abertura referentes ao determinado material. Para o caso das areias, são
usadas 10 peneiras, com abertura entre 0,053 e 4,8 mm. Assim, as peneiras são empilhadas
em ordem decrescente, então o material é despejado na peneira de maior abertura e exposto a
uma carga vibratório de 8 Hz durante 15 minutos, como mostra a Figura 7.
Figura 7 - Ensaio de distribuição granulométrica
Fonte: SIMON, 2015.
19
A determinação da distribuição granulométrica é dada pela relação percentual da
massa de amostra retida em cada peneira. Com isso, obtém-se um gráfico representando os
diâmetros médios dos grãos, a quantidade de grãos grosso e a de grãos finos, como mostra a
Figura 8.
Figura 8 - Gráfico da distribuição granulométrica de areia base
Fonte: SIMON, 2015.
No caso da Figura 8, 20% dos grãos apresentam diâmetros médios entre 0,1 e 0,2 mm;
60% dos grãos apresentam diâmetros médios entre 0,2 e 0,3 mm; e 20% apresentam grãos
maiores do que 0,3 mm, incluindo os grãos grossos, que são representados pela sutil curvatura
da linha no topo do gráfico. Os grãos finos são representados pela curvatura na parte inferior
da linha, e nesse caso, é praticamente ausente. Com isso, conlui-se que o diâmetro médio dos
grãos da areia base varia entre 0,1 e 0,4 mm, e não apresenta finos.
Em questões metalúrgicas, a granulometria interfere no acabamento superficial da
peça a ser fundida. Dessa forma, quanto menor o número de grãos finos e grossos, menos
impuro fica o molde, causando menos defeito à peça fundida. Além disso, os tamanhos de
diâmetros médios interferem na resistência à tração do molde fabricado (SIMON, 2015).
Conforme os ensaios de caracterização desenvolvidos por Matheus Simon, em 2015, a
areia regenerada apresenta as características de distibuição granulométrica conforme a Figura
9.
20
Figura 9 - Distribuição granulométrica das areias regeneradas
Fonte: SIMON, 2015.
No caso das areias regeneradas, percebe-se uma mudança sutil no percentual de grãos
entre 0,1 e 0,2 que apresenta um aumento em quantidade, além disso, a ausência de finos é um
fator positivo e a pequena quantidade de grãos grossos, assim como nas areias base (SIMON,
2015).
2.3.3 Geometria granular
A geometria granular é a propriedade dos grãos mostrada através de microscópio.
Segundo Cobett, os grãos podem ser arredondados, sub-angulares, angulares ou mistos. Dessa
forma, grãos angulares são impróprios para fundição, e são aqueles cujo grão apresenta
arestas com ângulos agudos entre si (COBETT, 2002).
Segundo Simon, os processos de contaminação, de recuperação e de regeneração
afetam a geometria dos grãos de areia. Dessa forma, a cada processo a areia apresenta arestas
e ângulos cada vez mais agudos, e com isso sua vida útil vai se reduzindo. A Figura 10 mostra
a comparação entre as microscopias óticas de areias novas e regeneradas, a fim de mostrar a
sutil formação de arestas nos grãos de areia regenerada (SIMON, 2015).
21
Figura 10 - Microscopia ótica de areias nova e regenerada
Fonte: SIMON, 2015.
2.3.4 Massa Específica
A determinação de massa específica de areias para moldagem de fundição não é regido
por normas específicas, por isso é feito de forma semelhante a outros resíduos sólidos e/ou
granulares. O método abordado chama-se picnometria à Hélio e utiliza o equipamento
chamado picnômetro. O princípio de funcionamento do equipamento é dado da seguinte
forma: no cadinho do sistema é adicionado uma amostra do material, de massa pré-
estabelecida. Assim, o cadinho é colocado no equipamento e seu volume é totalmente
preenchido com gás Hélio. Com isso, o equipamento mede o volume de Hélio fornecido à
amostra e o volume do cadinho. Com essas variáveis obtém-se a massa específica da amostra
através da seguinte fórmula:
�� =��
���� − �ℎ�
Na qual, Me é a massa específica; Vcad é o volume do cadinho; Vhe é o volume de
Hélio; e Mp é a massa medida da amostra.
A Figura 11 mostra o equipamento - picnômetro à Hélio - do LCVMat da Unisinos,
utilizado por Simon para a realização de seus testes.
22
Figura 11 - Picnômetro à Hélio
Fonte: SIMON, 2015.
Segundo Cobett (2002) a massa específica para uma areia a ser utiliza em moldagem e
macharia de fundição deve ser a maior possível, pois essa propriedade interfere na capacidade
térmica do material, podendo causar ou evitar defeitos à peça fabricada (COBETT, 2002).
A Figura 12 mostra, graficamente, os valores atribuídos às areias nova e regenerada,
desenvolvido por Simon em 2015. Os valores importantes para essa pesquisa são os
equivalentes à areia nova e areia "recuperada 10".
Figura 12 - Massas Específicas
Fonte: SIMON, 2015.
23
Os valores importantes para essa pesquisa, expostos no gráfico acima mostram os
valores de 2,6692 g/cm3 para a areia nova e 2,6453 g/cm3 para a areia regenerada, cujo
codinome é apresentado como "areia recuperada 10".
2.3.5 Perda ao Fogo
Essa propriedade indica a perda de massa do material quando exposto à uma
temperatura determinada. Além disso, essa característica mostra a quantidade de materiais
carbonáceos no composto. O ensaio é regido pela norma da ABIFA CEMP - 120, e é feito em
um forno e com cadinhos refratários. Primeiramente, as amostras devem ser secas em estufa e
então pesadas - a amostra de material em cada cadinho deve ser de 1 ± 0,05 gramas. Dessa
forma, as amostras são expostas à temperatura de 900 ºC ± 10 ºC. Depois de retirada do forno,
a amostra deve ser pesada novamente e obtém-se o valor da perda ao fogo a partir da seguinte
fórmula:
�� =�� − ��
��∗ 100
Assim, a perda ao fogo é obtida em percentual, na qual PF é o valor da perda ao fogo;
Ma é a massa da amostra e Mp é a massa do resíduo pós-aquecimento.
Como a resina fenólica-uretânica é um composto orgânico, esse possui uma
quantidade representativa de carbono em sua composição. Por isso, a perda ao fogo da areia
regenerada em processo térmico é quase 30 vezes menor do que a areia contaminada com
resina, caracterizando as altas eficiências do processo de regeneração térmica, conforme
concluído por Simon (2015). Segundo ele, a eficiência do processo térmico é dada pela
fórmula a seguir:
���� =��� − ���
���∗ 100
Onde Efic. é a eficiência em percentual; PFc é a perda ao fogo da areia contaminada
com resina; e PFr é a perda ao fogo da areia regenerada.
24
Como mostra a figura 13, as perdas ao fogo, segundo Simon, são proporcionais à
quantidade de carbono presentes nos compostos.
Figura 13 - Valores de perda ao fogo
Fonte: SIMON, 2015.
Por isso, a eficiência do processo térmico é tão elevada, já que o percentual de perda
ao fogo da areia regenerada é em média 0,1% e a da areia contaminada é de 2,27%.
2.3.6 Permeabilidade
Segundo Oliveira (2013), a permeabilidade é a propriedade das areias que corresponde
à sua capacidade de permitir a passagem de fluídos por entre seus espaços vazios. No caso das
areias de fundição, interessa a passagem dos gases efluentes no processo de vazamento e
solidificação do metal líquido e a capacidade dos grãos de absorver as resinas de forma
coesiva, para a cura do molde. A permeabilidade está diretamente ligada à finura dos grãos, e
com isso, ao acabamento desejado para a peça a ser fabricada. Quanto maior o tamanho do
grão, pior o acabamento superficial, porém maior a permeabilidade e quanto menor o tamanho
do grão, melhor o acabamento superficial, mas a permeabilidade é menor. Isso se dá devido
aos espaços vazios que são melhor preenchidos nos grãos finos (OLIVEIRA, 2013).
25
A determinação da permeabilidade é feita de acordo com a norma ABNT NBR
13292/1996. Para isso, utiliza-se o equipamento chamado permeâmetro, que nas dependências
da Universaidade do Vale do Rio dos Sinos encontra-se no laboratório de Mecânica dos
Solos. O equipamento utiliza o princípio da pressão de coluna d'água para efetuar o
escoamento do fluído aquoso através dos grãos de areia, como mostra a Figura 14.
Figura 14 - Permeâmetro de carga constante
Fonte: os autores.
Dessa forma, o ensaio visa a determinação do coeficiente de condutividade hidráulica
da areia, "k". Segundo Caputo, uma areia de grãos finos, o caso de uma areia a ser utilizada
em moldagem, com diâmetros médios entre 0,2 e 0,4 mm, o coeficiente de permeabilidade, ou
condutividade hidráulica, deve ser entre os valores de 10-3 e 10-7 cm/s (CAPUTO, 2003).
26
3 METODOLOGIA
Nesse capítulo encontram-se descritos os materiais e métodos usados na pesquisa,
visando a resposta do problema proposto, de confirmar, ou não, a viabilidade industrial do
emprego de areias regeneradas em processo térmico no reator via Leito Fluidizado, em
processo de fundição. O capítulo se divide nas seguintes etapas: aquisição das areias,
aquisição das resinas e catalisador, confecção dos machos, determinação do teor de umidade
dos machos e determinação da permeabilidade das areias.
3.1 Aquisição das areias
Primeiramente à qualquer outra etapa da parte prática da pesquisa, foi necessário a
aquisição do principal material dos testes: as areias. Dois tipos de areia diferentes foram
adquiridos, e ambos já estavam à disposição do grupo no Laboratório de Caracterização e
Valorização de Materiais da Unisinos, pois essas areias foram alvo de pesquisas durante todo
o ano de 2015.
A primeira delas, a areia nova, foi disponibilizada por uma empresa de Santo Ângelo
no Rio Grande do Sul, Brasil. Denominada pelo grupo, areia nova, essa areia é aquela que não
passou por nenhum tipo de contaminação por resinas aglomerantes de moldagem. Sua
finalidade nas pesquisas é ser material de comparação.
A segunda parte das areias são as areias regeneradas. Essas, que um dia estiveram
contaminadas com resina fenólica-uretânica, foram regeneradas através do processo térmico
em reator via Leito Fluidizado na Unisinos, no ano de 2015, pelo graduando Matheus Simon,
com a finalidade de obtenção de título de Bacharel em Engenharia Mecânica. As areias
regeneradas, foram fornecidas, ainda contaminadas, pela mesma empresa de fundição do
noroeste gaúcho.
Suas quantidades são respectivamente de 5 kg e 8 kg. Além disso, as areias ficaram
estocadas no LCVMat durante todo o período de pesquisas de acordo com as regras da NBR -
10004 referentes à segurança.
27
3.2 Aquisição da resina fenólica-uretânica e catalisador Quantum 3609
De forma semelhante às areias, os materiais para a confecção dos moldes foram
disponibilizados ao grupo pela empresa de fundição gaúcha, FUNDIMISA.
As resinas fenólica e uretânica foram fornecidas em estado líquido, na quantidade de
600 mL cada uma. O catalisador foi fornecido também no estado líquido e na mesma
quantidade. No processo são utilizados dois tipos de resina, parte I e parte II, sendo fornecidos
como mostra a Figura 15. Da esquerda para a direita se encontram as resina parte I e parte II e
catalisador.
Figura 15 - Resinas parte I e parte II e catalisador
Fonte: os autores.
28
3.3 Confecção dos machos com resina aglomerante
Já com as areias e resinas em mãos, o grupo, então, partiu para a próxima etapa da
parte prática: a confecção dos machos com areia nova e areia regenerada. Essa etapa é a
primeira fase da caracterização e consiste na misturação das resinas com a areia para formar a
materia prima a ser ensaiada.
3.3.1 Matriz para a moldagem dos machos
Para a confecção dos machos, o grupo utilizou uma matriz feita em alumínio, como
mostra a figura 16.
Figura 16 - Matriz para moldagem dos machos
Fonte: os autores.
A matriz foi desenvolvida por pesquisadores da Unisinos e estava guardada no
laboratório de fundição do campus. Suas dimensões e estrutura foram feitas visando o ensaio
de resistência à flexão, como sugere a norma da ABIFA. Com isso, o formato dos machos
deve ser "borboleta" como é mostrado na Figura 16. A matriz é capaz de fabricar 9 machos ao
mesmo tempo. A estrutura da matriz é feita de duas partes: fixa e móvel. A primeira delas é a
29
base, que serve como fundo, e a segunda é a parte que modela o perímetro da borboleta e é
removível para a retirada do macho depois de curado.
3.3.2 Mistura das resinas com areia e cura dos machos
A misturação das resinas com a areia foi feita de acordo com Moraes, como mostra a
Tabela 1.
Tabela 1 - Ordem de adição para fabricação de moldes
Fonte: MORAES, 2001.
Assim, primeiramente, em recipiente separado, misturou-se a resina parte I ao
catalisador e em seguida aos grãos de areia. Na sequência misturou-se a resina parte II.
Por fim, esperou-se até o macho apresentar-se sólido e impenetrável - o tempo médio
de espera foi 30 minutos. Para a cura do macho foi realizado apenas a sua exposição ao
repouso em temperatura ambiente, caracterizando a cura a frio.
3.4 Ensaio de teor de umidade dos machos
Para a determinação do teor de umidade dos machos foram utilizadas as indicações da
norma ABIFA CEMP - 105. Dessa forma, duas amostras de cada macho, de areia nova e
regenerada, foram quebrados e colocados em cadinhos refratários. Então foi feita sua pesagem
e os resultados foram anotados. A Figura 17 mostra os machos moídos a fim de serem
expostos ao calor.
30
Figura 17 - Amostra de macho para determinação de teor de umidade
Fonte: os autores.
Após essa preparação, os cadinhos foram colocados em estufa, à 105 ºC, durante
quatro horas. Depois desse tempo, as amostras foram retiradas e pesadas novamente, obtendo-
se os novos valores de massa da amostra após a sua exposição ao calor.
Por fim, para a obtenção dos valores referentes ao teor de umidade, a fórmula citada
no referencial teórico foi utilizada para a obtenção do valor característico. Como são dois
valores, o resultado final é a média aritmética dos dois, conforme a norma CEMP - 105.
3.5 Ensaio de determinação da permeabilidade das areias
Para a determinação do coeficiente de condutividade hidráulica da areia, a fim de
conferir sua capacidade de absorção das resinas e, por consequência, sua moldabilidade, foi
feito o ensaio de permeabilidade conforme a NBR 13292/1996. Dessa forma, o ensaio foi
31
realizado no laboratório de Mecãnica dos Solos, da Unisinos, utilizando o equipamento
denominado permeâmetro de carga constante, como citado anteriormente.
Primeiramente, foi feita a saturação da areia em água, para evitar a interferência no
resultado, devido à absorção de líquido pelos grãos. A saturação foi feita através da imersão
das amostras em água, como mostra a Figura 18.
Figura 18 - Areia em processo de saturação
Fonte: os autores.
O cilindro de ensaio, como mostrado na Figura 19, foi, então, preenchido com areia
até a sua máxima capacidade. Em seguida, foi feita a compactação do corpo de prova, com a
utilização de um martelete com peso definido pela norma do ensaio.
32
Figura 19 - Compactação do corpo de prova no cilindro de ensaio
Fonte: os autores.
Na sequência, o cilindro é coberto e vedado com a face superior, que possui um tubo
para a vazão de água. Então, a tubulação do permeâmetro é conectada ao cilindro coberto e a
vazão de água é liberada. Com isso, é feita a medição do volume de água que passou pelo
corpo de prova durante 60 segundos, com a utilização de uma proveta graduada e um
cronômetro. Além disso, após a medição da vazão, mede-se a temperatura da água coletada,
como uma das variáveis a constar nos cálculos posteriores. A Figura 20 mostra a proveta
usada para a coleta da água que passou através do cilindro com areia e o termômetro usado
para medir a temperatura da água coletada.
33
Figura 20 - Tubo de ensaio para medição de volume de água e de temperatura
Fonte: os autores.
Concluída a medição da temperatura e do volume da água, calcula-se o coeficiente de
condutividade hidráulica da areia conforme a especificação da norma ABNT NBR
13292/1996, e com o procedimento conforme o anexo A.
34
4 RESULTADOS
Nesse capítulo encontram-se dispostos os resultados obtidos através dos
procedimentos estabelecidos na metodologia, a partir da sua realização prática, visando atingir
o objetivo principal, que foi confirmar a viabilidade industrial do emprego de areias
regeneradas no processo de moldagem de fundição.
4.1 Confecção dos machos com resina fenólica-uretânica
O primeiro passo da parte prática da pesquisa, após a aquisição dos materiais para os
testes, foi a confecção dos machos para a análise de teor de umidade. Dessa forma, baseando-
se nos passos descritos no capítulo anterior, e usando o referencial teórico explicado, também
anteriormente, o grupo confeccionou um total de 18 machos em areia com resina fenólica-
uretânica, curados a frio. A Figura 21 mostra a adição dos materiais ao molde, feito pelos
pesquisadores, e, ao lado, o processo de polimerização que ocorre durante a cura.
Figura 21 - Adição dos materiais à matriz e polimerização
Fonte: os autores.
35
Ao todo, foram confeccionados 9 machos com cada tipo de areia, nova e regenerada.
A figura 22 mostra um exemplo de machos retirado da matriz, já com o formato borboleta e a
cura a frio completa.
Figura 22 - Exemplo de macho no formato borboleta
Fonte: os autores.
Com isso, foram obtidos os materiais necessários para o passo seguinte da pesquisa
prática, que foi a determinação do teor de umidade dos machos com resina fenólica-uretânica.
36
4.2 Resultados da determinação do teor de umidade dos machos
Foram realizados os ensaios de determinação de umidade, conforme a ABIFA CEMP -
105, em machos de areia regenerada e em machos de areia nova. Com isso, os valores
referentes às massas medidas das amostras se encontra disposto na Tabela 2.
Massa da amostra Massa + recipiente
AREIA NOVA I 20, 4729 g 63,8519 g
AREIA NOVA II 17,0983 g 62,4786 g
AREIA REG. I 10,2840 g 57,5121 g
AREIA REG. II 9,4214 g 58,7456 g
Tabela 2 - Valores das massas do ensaio de teor de umidade
Fonte: os autores.
Após o período de tempo, determinado pela norma, de exposição das amostras ao
calor, as massas foram pesadas novamente, em balança analítica, conforme a Figura 23.
Figura 23 - Balança analítica para medição das massas para teor de umidade
Fonte: os autores.
37
Os valores das massas de amostra medidos, contando com a massa dos recipientes,
estão expostos na Tabela 3.
AMOSTRA MASSA MEDIDA
NOVA I 62,6123 g
NOVA II 61,1621 g
REGENERADA I 56,0129 g
REGENERADA II 57,0895 g
Tabela 3 - Massas medidas
Fonte: os autores.
Assim, usando os método de cálculo demonstrado no capítulo anterior, os valores de
teor de umidade das amostras, em percentual, estão expostos na Tabela 4.
AMOSTRA TEOR DE UMIDADE
NOVA I 1,9%
NOVA II 2,1%
REGENERADA I 2,6%
REGENERADA II 2,8%
Tabela 4 - Teores de umidade
Fonte: os autores.
Com isso, as médias aritméticas de teor de umidade dos machos com areia nova e
regenerada, respectivamente, se dão em 2% e 2,7%.
Esse aumento do teor de umidade do macho feito de areia regenerada se dá devido à
geometria dos grãos de areia. Como a areia regenerada apresenta a formação de arestas em
seus grãos, causados pelos processos que sofre até ser reutilizada, essa apresenta uma leve
perda na capacidade de moldabilidade. Por isso, ao se unirem formando a estrutura do macho,
os grãos tendem a permitir um acúmulo maior de resina entre si, já que sua coesão foi afetada
por suas arestas. Dessa forma, a umidade do macho se aumenta pois a resina apresenta um
número muito maior de materiais voláteis em sua composição, e por estarem em maior
quantidade nos machos de areia regenerada, fazem com que seu teor de umidade suba.
38
4.3 Resultados das determinações de permeabilidade
O primeiro ensaio foi realizado na areia nova. Com isso, após a preparação do
equipamento e da amostra, conforme citado na metodologia do ensaio, os valores de volume
de água medidos pela proveta, como mostrada na Figura 20, e suas respectivas temperatura e
viscosidade, conforme a tabela da norma, estão expostos na Tabela 5.
VOLUME MEDIDO (cm³) TEMPERATURA (ºC) VISCOSIDADE (g.s/cm²)
43,5 19 10,54E-6
43,8 18,8 10,59E-6
43 19 10,54E-6
Tabela 5 - Valores medidos para cálculo de permeabilidade da areia nova
Fonte: os autores.
Dessa forma, com a utilização do procedimento conforme anexo A, e utilizando os
valores medidos e checados em tabela, conforme citado acima, o grupo obteve os valores do
coeficiente de condutividade hidráulica da areia nova, conforme a Tabela 6.
AMOSTRAS DE VOLUME MEDIDO COEFICIENTE k (cm/s)
1 7,88E-4
2 7,97E-4
3 7,78E-4
MÉDIA 7,88E-4
Tabela 6 - Valores de condutividade hidráulica da areia nova
Fonte: os autores.
Com isso, conclui-se que a permeabilidade da areia nova se adequa aos parâmetros de
fundição segundo Caputo, que em sua bibliografia sugere que o coeficiente k de areias finas
se dê entre 10-3 e 10-7. O valor do coeficiente k da areia nova, segundo os ensaios realizados
pelo grupo, é de 7,88.10-4.
39
Assim, o segundo ensaio foi feito na areia regenerada. Da mesma forma como foi feito
anteriormente, com a areia nova, mediu-se o volume de água percorrido pelo corpo de prova
em sessenta segundos, e anotados conforme a Tabela 7. Além disso, os valores de temperatura
e viscosidade também foram anotados.
VOLUME MEDIDO (cm³) TEMPERATURA (ºC) VISCOSIDADE (g.s/cm²)
42 19 10,54E-6
42 18,5 10,68E-6
42 18,6 10,65E-6
Tabela 7 - Valores medidos para cálculo de permeabilidade da areia regenerada
Fonte: os autores.
Outra vez, conforme o procedimento mostrado no anexo A, os valores expostos acima
foram utilizados para o cálculo do coeficiente k, referente à condutividade hidráulica da
amostra. Os valores obtidos nos cálculos são expostos abaixo, conforme a Tabela 8.
AMOSTRAS DE VOLUME MEDIDO COEFICIENTE k (cm/s)
1 7,61E-4
2 7,71E-4
3 7,69E-4
MÉDIA 7,65E-4
Tabela 8 - Valores de condutividade hidráulica da areia regenerada
Fonte: os autores.
Conclui-se, então, que a areia regenerada atende aos parâmetros de fundição, de
acordo com Caputo (2003), que estabelece a faixa de valores, para a areias finas, entre 10-3 e
10-7. O valor obtido pelos cálculos do grupo para a permeabilidade da areia é de 7,65.10-4.
Além disso, em questões de comparação, a faixa de valores de permeabilidade das
areias nova e regenerada se deram praticamente iguais, apenas com alguns milésimos de
variação. Por isso, conclui-se que a areia regenerada atende aos requisitos de permeabilidade
para ser empregada em processo de fundição com moldagem em areia.
40
5 CONCLUSÃO
As seguintes linhas apresentam as conclusões baseadas na análise dos resultados
práticos e teóricos obtidos pela pesquisa. O objetivo principal foi conferir a viabilidade
industrial do emprego de areias regeneradas em processo de fundição, através do processo de
regeneração térmica. A aferição foi feita por ensaios de caracterização, ao longo do ano de
2015, pelo pesquisador Matheus Simon e continuada, no ano de 2016, pelos autores desta
pesquisa.
A partir dos ensaios realizados por Matheus Simon, em 2015, sendo eles o teor de
umidade dos grãos de areia, distribuição granulométria, microscopia ótica, massa específica e
perda ao fogo, das areias nova e regenerada, a fim de compará-los, visando a certificação da
viabilidade do emprego das areias em processo de moldagem, conclui-se que as areias são
empregáveis, pois atendem aos requisitos da moldagem e macharia industriais. Com isso, o
processo de regeneração térmica é válido industrialmente para a regeneração de areias
contaminadas com resina fenólica-uretânica, segundo tais resultados.
A partir dos ensaios de caracterização realizados em 2016, expostos nesta pesquisa,
sendo eles teor de umidade de machos confeccionados com resina fenólica-uretânica e
permeabilidade, visando a certificação do possível emprego industrial das areias regeneradas,
para a moldagem de fundição, conclui-se que as areias regeneradas por processo térmico,
aglomeradas com resina fenólica-uretânica, atendem aos requisitos industriais. E com isso,
podem ser recicladas, validando o processo de regeneração térmica de areias contaminadas
com resina fenólica-uretânica através do equipamento denominado reator via Leito
Fluidizado.
A conclusão geral da pesquisa diz que o processo de regeneração térmica via Leito
Fludizado é válido, pois executa a limpeza e reciclagem dos grãos de areias contaminados
com resina fenólica-uretânica a fim de seu emprego em moldagem de fundição novamente,
evitando seu descarte residual.
41
6 PROPOSTAS DE CONTINUAÇÃO
Nesse capítulo estão expostas propostas para a continuação da pesquisa, com objetivos
distintos e metodologias a serem trabalhadas. Estão listados e explicadas a seguir as propostas
para otimização do processo de regeneração térmica e do seu emprego industrial.
• Adaptação do reator via Leito Fluidizado para escala industrial: considerando que a
capacidade do reator é de 1,5 kg de areia por regeneração, é preciso um estudo para o
redimensionamento do equipamento considerando regenerar uma quantidade maior de
areia por ciclo.
• Determinação da vida útil de areias regeneradas: considerando que ao passar por
processos de moldagem, recuperação e regeneração a geometria da areia sofre,
formando arestas cada vez mais agudas, um possível estudo pode ser baseado na
determinação de quantos ciclos a areia pode executar até se tornar imprópria para a
fundição devido à sua geometria granular.
• Ensaios de resistência à flexão e permeabilidade AFS: além dos ensaios de
caracterização expostos nessa pesquisa, esses ensaios complementariam a teoria de
que a regeneração térmica via Leito Fluidizado é própria para a reciclagem de areias
de fundição.
Esses são os principais focos de pesquisas de continuação sugerido pelo grupo que
realizou o projeto aqui exposto.
42
REFERÊNCIAS
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granulométrica e módulo de finura. Comissão de Estudos de Matérias-Primas, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO. CEMP-105: Determinação do teor de
umidade. Comissão de Estudos de Matérias-Primas, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE FUNDIÇÃO. CEMP-120: Determinação da perda ao
fogo. Comissão de Estudos de Matérias-Primas, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 10004: resíduos sólidos –
classificação. Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13292: determinação do
coeficiente de permeabilidade de solos granulares a carga constante. Rio de Janeiro, 1996.
CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. Editora Fundamentos LTC
- Livros Técnicos e Científicos Editora. 6º Ed. Rio de Janeiro, 2003.
COBETT, Tom. The ABCs of green sand. Foundry Management & Technology, v.130. n. 4,
p. 24-39, apr. 2002.
FAISTAUER, Guilherme; WEBER, Tiago Lazzaretti. Alternativa de serpentina para
sistema de regeneração de areias usadas de fundição. Fundação Escola Técnica Liberato
Salzano Vieira da Cunha, 2015.
43
FERRARI, Thomas Dias. Relatório de Estágio curricular I: Experimento com resina
furânica e Pep Set Quantum. Universidade Federal de Santa Catarina, 2009.
F.S. FUNDIÇÃO E SERVIÇOS. Fundição sob pressão. Aranda editora, ano 25. Nº 271,
julho 2015, pg. 34
MARIOTTO, C.L. Regeneração de areias: uma tentativa de discussão sistemática.
Revista Fundição e Serviços, Aranda editora, ano 10. Nº 42, março 2000, pg 33.
MORAES, Carlos Alberto Mendes. Apostila de cura a frio. Universidade do Vale do Rio
dos Sinos. São Leopoldo, 2001.
MORAES, Carlos Alberto Mendes. Apostila de fundição. Universidade do Vale do Rio dos
Sinos. São Leopoldo, 2009.
MOOSHER, L. Regeneração de areia de fundição por método termo-mecânico. In.
CONGRESSO ANUAL da ABM, 65, 2010, Rio de Janeiro. Rio de Janeiro, 2010.
OLIVEIRA, Bruno Ferraz. Fundição. Instituto Federal de Educação, Ciencia e Tecnologia de
Belém do Pará. E-Tec Brasil, 2013.
OLIVEIRA, Júlio César Dainezi de. Estudo experimental da regeneração térmica de areia
de macharia em leito fluidizado. Tese (Doutorado) - Curso de Engenharia Mecânica,
Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2007.
44
SEVERO, Johny Anderson. Dimensionamento e construção de uma bancada para
tratamento de areias fenólicas usadas de fundição via regeneração térmica em Leito
Fluidizado. Universidade do Vale dos Sinos, 2013.
SIEGEL, Miguel. Curso de Fundição. Associação Brasileira de Metais - ABM. 6º Ed. São
Paulo, 1975
SIMON, Matheus. Caracterização e regeneração térmica de areia de fundição usada no
processo de moldagem por cura a frio. TCC (Graduação) - Curso de Engenharia Mecânica.
Universidade do Vale do Rio dos Sinos, 2015.
45
ANEXO A
