Artigos Notícias Uncategorized

Influência do transporte pneumático naspropriedades da areia coberta para shell molding

Neste trabalho, buscou-se respostas para a influência do uso de transportadores pneumáticos nas propriedades da areia para shell molding. Para tanto, foi construído um sistema fechado de transporte pneumático com 6 m de comprimento, sendo realizados transportes de uma areia para shell molding por vários ciclos.

Introdução
O processo shell molding foi inventado na Alemanha por Johannes Croning. Na patente original, DRP
832.937, de 1943, foi descrito como um “processo para a obtenção de machos ocos para fundição
e moldes de fundição em casca”, com aproximadamente as mesmas espessuras de parede obtidas ao
derramar uma mistura a seco de areia, resina e catalisador dentro ou sobre um ferramental de moldagem aquecido. A parte da mistura não curada seria novamente reaproveitada.
O processo consiste em:
■ Sobre uma placa de modelo aquecida após aspersão de um desmoldante, é derramada ou soprada
uma mistura de areia e resina sintética. A resina é curada a morno, formando imediatamente uma casca em volta do modelo. Após um tempo de investimento pré-fixado, que determina a espessura de parede da casca, a areia não curada no modelo é eliminada, permanecendo uma casca de areia ligada
com resina sintética. Decorrido um tempo de cura pré-determinado, em que geralmente a parte externa da casca também está quente, pode-se extrai-la do modelo com o uso de pinos extratores. A operação pode ser reiniciada após a limpeza do modelo e pulverização do separador. A confecção do macho
em casca é feita de maneira semelhante: derrama-se ou sopra-se a areia coberta com resina na caixa
de macho aquecida. Passados alguns segundos, o excesso de areia é retirado, o macho é curado pelo
lado externo ou por ambos os lados e extraído da caixa de macho.
A areia para shell molding tem como matérias-primas principais: Areia base, resina e catalisador.

A areia de quartzo é a matéria-prima mais empregada no processo shell molding. Ela é submetida ao processo usual de classificação e eliminação da argila, sendo posteriormente secada. As características a serem observadas consistem no teor de argila (argila, feldspato, mica) e impurezas orgânicas (húmus ligados com metais). O limite de teor de argila é de cerca de 0,5%.
Até por volta de 1955, no processo shell molding foi empregada quase que exclusivamente a mistura resina em pó e areia. Uma resina novolaca finamente moída era misturada com areia de quartzo, em misturador de macho convencional. Essa mistura era vertida sobre o ferramental de moldagem aquecido.
Em meados de 1950 ocorreu um desenvolvimento significativo, com a pré-cobertura da areia. Assim, tornou-se possível reduzir pela metade a quantidade de resina, evitando a segregação.

Com isso, o processo shell molding pode ampliar seu campo de aplicação, ganhando substancial avanço
com a extensão de molde de casca para o macho em casca (machos “ocos”).
Os passos principais no processo de cobertura são:
■ liquefação da resina com solventes
■ adição de hexa (hexa metileno tetra amina, catalisador a quente)
■ mistura intensiva de resina com hexa e areia seca durante a cobertura sob aquecimento
■ escolha do tempo de mistura conforme o tipo de processo de cobertura
■ desintegração dos torrões
■ Resfriamento da areia

Transportadores pneumáticos
Os sistemas mais utilizados nas fundições são o de transporte pneumático fase densa, alta pressão e média e baixa velocidade. Geralmente usada para o transporte a curta distância de materiais de média e alta densidade e abrasividade.
A velocidade típica de transporte é de aproximadamente 5 m/s e a pressão de até 400 kPa (4 bar).
Um vaso de pressão é utilizado para alimentar o material na linha de transporte. O abastecimento de
ar comprimido a 700 kPa (7 bar) é feito por um compressor.

Durante o uso da areia para shell molding em seus processos, uma das maiores dificuldades para as fundições é o seu transporte. A areia para shell molding pode ser embalada em sacos de 25 kg ou em big bags de 50 0kg ou 1.000 kg. A utilização de big bags foi o paliativo encontrado para minimizar as dificuldades de movimentação do produto no decorrer do processo. Ainda é possível citar a utilização de
elevadores de caneca para alimentação das máquinas sopradoras e casqueiras (máquinas para fabricação de cascas). A solução adequada para o processo seria o transporte pneumático, uma vez que já é amplamente utilizado no processo de moldagem para transporte de areia base, porém questionado no transporte de areia para shell molding, chegando a se tornar um mito.
Um dos objetivos deste trabalho foi estudar a influência do transporte pneumático nas propriedades da areia para shell molding. Para isso, foi realizada a simulação do transporte desta areia, seguida da análise das suas propriedades. Outro aspecto analisado foi verificar a influência na resistência à tração, por meio do levantamento de dados consistentes justificando a possibilidade de realizar o transporte de areia para shell molding por sistema pneumático.

Desenvolvimento
Referencial teórico
Processo de precisão em fundição com areia e aglomerantes orgânicos

O processo de moldação com resina é conhecido na fundição por shell molding, assim chamado por a moldação apresentar, algumas vezes, a forma de concha de parede fina, conforme a figura 3 [Ferreira, 2004].

Materiais constituintes das moldações de shell molding
Areias utilizadas

O processo de fundição utiliza moldações construídas com areias de sílica muito fina, com um grau
de pureza superior a 98%, sem argila nem óxidos metálicos orgânicos, ou, por vezes, com areia de
zircônia ou de olivina.

Aglomerantes utilizados
A areia é aglomerada por uma resina sintética de presa térmica a quente, infusível. Estas resinas são
aplicadas em pó ou sob a forma líquida, revestindo os grãos de areia. As resinas utilizadas são constituídas por moléculas a três dimensões, isto é, por monômeros com mais de três pontos ativos, as quais são, após a mistura com a areia num teor de cerca de 7% (para areia 100 AFS), aquecidas acima
de determinada temperatura para polimerização, sofrendo primeiramente um amolecimento e, depois,
um endurecimento progressivo e irreversível, por formação de polímeros de cadeia longa.
Estes polímeros não tornam a amolecer por arrefecimento ou aquecimento, decompondo-se por queima
a temperaturas elevadas, sem voltar a fundir. Os aglomerantes mais utilizados neste processo são:
■ Resina de base fenólica, constituídas por fenol-formaldeído

■ Resina de base ureia, constituída por ureia-formaldeido

Acelerador ou endurecedor
Utiliza-se geralmente a hexametiltetramina na proporção de 1%, sob a forma de pó fino.

Moldação de shell molding
O processo de obtenção da moldação utiliza moldes metálicos, montados
em placas molde. Eles são aquecidos a uma temperatura de regime, que normalmente oscila entre 150°C e 300°C, durante intervalos de tempo da ordem de 3 a 5 min.
Os modelos metálicos são executados em ferro, cobre, bronze ou latão, formando placas molde sobre
as quais é depositada uma mistura preparada de areia termoendurecível pré-revestida com resina, a qual
aquece por condução, convecção e radiação, sofrendo um processo de polimerização que liga os grão de
areia numa determinada espessura. Isso forma uma carapaça ou shell (concha), a qual constitui parte da
moldação. As placas molde metálicas são colocadas em máquinas de moldar de ciclo automático ou semiautomático [Ferreira, 2004].
No caso da fabricação de machos

em shell molding, utiliza-se um processo semelhante ao descrito, fazendo a polimerização da areia
pré-revestida com resina, em caixas de machos metálicas aquecidas. De forma idêntica, é realizada a remoção do excesso de areia com resina termoendurecível não polimerizada, obtendo-se, normalmente, machos ocos [Ferreira, 2004].
A fidelidade de reprodução das formas obtidas depende essencialmente da precisão e rugosidade superficial do modelo metálico, o qual deve resistir ao desgaste provocado pela produção em série das “carapaças”. Ele deve ser projetado tendo em conta as dilatações e contrações que se verificam durante todo o processo de fabricação, até a obtenção das peças, e não deve sofrer distorções imprevistas sob a ação das tensões térmicas provocadas pelo seu aquecimento [Ferreira, 2004].

A permeabilidade à passagem do ar e dos gases através da moldação é boa nos casos em que a espessura da “carapaça” não excede os 5 a 6 mm, não originando defeitos nas peças vazadas por retenção de ar ou de gases [Ferreira, 2004].

Resistência ao calor

A resistência da moldação ao calor transmitido após o vazamento dos metais e ligas em fusão é bastante
limitada, devido à decomposição da resina a qual tem as temperaturas, em geral, inferiores às de fusão
desses metais e ligas. Normalmente este problema é resolvido pelo controle dos parâmetros temperatura/tempo, aos quais a “carapaça” deve resistir, mantendo as suas características de resistência mecânica. Ou seja, deve-se prever que a espessura da carapaça, ao se decompor por inflamação progressiva das resinas desde a zona de contato com o fundido até ao extremo oposto, deve resistir
o tempo necessário à formação de uma espessura de camada superficial da peça, a qual tenha resistência
mecânica suficiente para continuar a garantir a sua forma. Neste sentido, o problema é tanto
menor, quanto menor for a temperatura de fusão dos metais vazados e quanto menor for a espessura das peças a solidificar. Isso

porque mais rapidamente se formará uma “pele” de peça com espessura suficiente. Quanto à resistência às pressões metaloestáticas, o problema é tanto maior quanto maiores elas forem, o que corresponde à maior a altura das peças [Ferreira, 2004].

Resistência mecânica
O aumento da resistência mecânica das “carapaças” depende essencialmente do aumento da percentagem de resina utilizada, da diminuição da superfície específica dos grãos de areia e do aumento da espessura da carapaça. Isso, dentro de determinados limites condicionados pelo aparecimento de defeitos nas peças vazadas, em razão da diminuição da permeabilidade ao ar e aos gases ou ao aumento da rugosidade superficial da “pele” das peças, devido à diminuição da superfície específica por utilização de areias de grão mais grosso [Ferreira, 2004].


Nos casos em que a resistência mecânica das “carapaças” não é suficiente para suportar as pressões metaloestáticas, recorre-se ao seu reforço por envolvimento externo por areia ou granalha de aço, ou
faz-se uma armadura metálica, a qual se incorpora na espessura da moldação [Ferreira, 2004].

Resistência à erosão durante o vazamento
A resistência à erosão das moldações de shell molding é superior à verificada nas moldações normais em
areia verde. No entanto, no caso de areias muito finas, é preciso ter cuidado com a porcentagem de resina sintética adicionada.

Propriedades térmicas das moldações de shell molding

A rapidez de arrefecimento e solidificação dos metais e suas ligas após o vazamento neste tipo de moldações é de importância fundamental. Isso significa que devem ser calculados o poder arrefecedor da moldação ou o seu poder de congelamento. Principais fatores que influem no tempo de arrefecimento das peças vazadas em moldações de shell molding:
■ Capacidade calorífica da carapaça – Parâmetro dependente da espessura da carapaça
■Condutibilidade térmica da carapaça – Parâmetro dependente dos materiais da carapaça
■ Coeficiente de transmissão de calor da carapaça para o meio que a envolve – Parâmetro dependente
da radiação para o meio exterior, normalmente o ar, e dependente da condução térmica para a granalha metálica de aço, ou outro material se existir


Experimentalmente, verifica-se que a condutibilidade da carapaça é pequena e que o coeficiente de
transmissão de calor por condução, no caso da granalha metálica, é muito maior do que o coeficiente de transmissão por radiação no caso da carapaça estar diretamente exposta ao ar.
Em moldações com carapaças reforçadas com areia ou granalha metálica, quanto mais espessa é a
carapaça, maior é o tempo de solidificação do metal. Isso porque a pequena condutibilidade térmica
da carapaça provoca a diminuição do arrefecimento. Isto é tanto mais notável quanto mais condutor for
o material de reforço.

Pelo contrário, se a carapaça não tiver reforço de areia nem de granalha metálica, são a condutibilidade
e a capacidade térmica da carapaça que interessam, pois a transmissão de calor por radiação para o ar é
inferior aos parâmetros referidos. Neste caso, quanto menor for a carapaça, mais lenta é solidificação.
O tempo de arrefecimento da carapaça não reforçada com areia é cerca de 50% maior do que no caso
de haver reforço. Este aumento do tempo é ainda maior para o caso da metálica de aço.
O aumento do tempo de solidificação depende ainda do metal vazado, assim como da sua quantidade,
pois o coeficiente de transmissão de calor por radiação depende da temperatura. Nos metais vazados a altas temperaturas, esse pode ser de 40% para o aço. Para o alumínio vazado a uma temperatura mais baixa, temos até 80% de aumento do tempo de solidificação em relação à moldação com carapaças reforçadas com granalha metálica de aço.

Capacidades e limitações do processo

O processo de shell molding é utilizado para todos os tipos de metais e suas ligas, como por exemplo os
aços de liga, as ligas de bronze, as ligas de alumínio e até mesmo as ligas de magnésio, desde que se utilizem inibidores que impeçam a reação com a sílica da areia.
Vantagens do processo shell molding:
■ Maior precisão, permitindo a utilização de tolerâncias dimensionais mais apertadas e um maior rigor de forma nas peças vazadas
■ Menor rugosidade superficial das peças vazadas
■ Maior rapidez na fabricação e não necessita de mão de obra tão especializada
■ As moldações em shell molding são bastante leves e, portanto, fáceis de transportar
■ Redução do volume das areias de moldação utilizadas

■ Origina oficinas muito mais limpas
■ Exige menos espaço, quer para a fabricação das moldações, quer para o seu armazenamento
■ Aumenta a capacidade da oficina, não só pelo espaço de implantação, mas também pela rapidez de produção das moldações
■ Possibilidade de armazenamento das carapaças. Devido à estabilidade das resinas no tempo, as “carapaças” têm “vida” muito longa, mesmo depois de unidas para constituírem moldações completas, o que permite a fabricação em série e armazenagem para posteriores vazamentos de peças em momentos de maior necessidade de produção
■ Processo mais econômico que os em areia verde, para a produção em série de peças complexas, por

eliminação ou redução dos custos de acabamento mecânico das peças vazadas e garantindo uma maior
homogeneização de qualidade das séries de peças vazadas.
Desvantagens do processo shell molding:
■ Custo mais elevado das areias pré-revestidas com resinas, em relação às areias verdes
■ Custo mais elevado das placas modelo, exigindo séries de produção maiores, embora muito menores do que na moldação permanente em coquilha metálica
■ Limitação a peças de tamanho pequeno a médio – aconselhável até cerca de 15 kg – devido à resistência mecânica das carapaças
■ Areias não recicláveis economicamente

centenas de quilos, embora a maioria da produção incida na faixa dos 0,5 a 15 kg.
■ Volume de produção e tempos – É um processo relativamente dispendioso, porque exige a fabricação de modelos metálicos de precisão, o que obriga um longo tempo de fabricação inicial. Contudo, quando
essas ferramentas estão prontas na fundição, a produção das carapaças de shell molding pode ser muito rápida. O processo destina-se à fabricação de peças vazadas em produção, embora se possa considerar séries pequenas nos casos em que os custos de obtenção de peças vazadas de precisão sejam compensados por economias no investimento em equipamentos.
■ Réplica de detalhes – A utilização de areia fina, de modelos metálicos retificados e de ligas de grande fluidez asseguram a réplica de detalhes de forma, a qual é superior à obtida nos processos de areia verde, embora seja inferior à obtida nos processos de moldação cerâmica.
■ Acabamentos superficial – Como valor indicativo, o processo shell molding permite obter valores de
rugosidade de superfície nas peças vazadas da ordem dos 3.2 µm (os valores médios de rugosidade nos
processos de areia verde são da ordem de 12.5 µm).
■ Furos obtidos por vazamentos – Furos de diâmetros de 3 mm podem ser alcançados.
■ Precisão dimensional – É uma função das dimensões lineares das peças vazadas, como mostrado
na tabela 1. Uma tolerância complementar de ±0.25 mm pode ser considerada para direções perpendiculares.

Sistemas fluido mecânicos e particulados

As operações unitárias que envolvem o transporte de fluidos, misturas de gases e líquidos, de

sólidos, e de sólidos e fluidos, levando em consideração a interação física entre fluido/fluido, fluido/
sólido e sólido/sólido em sistemas de transporte, separação, mistura e/ou modificação de tamanho de
partículas, são chamadas operações unitárias de quantidade de movimento. Enquadram-se na categoria
de sistemas fluidomecânicos e particulados [Cremasco, 2012].

Quando um conjunto formado por máquinas e/ou dispositivos tem a função de adicionar ou extrair
energia de um fluido, diz-se que este sistema é fluidomecânico.
Desse modo, as operações unitárias ligadas a esse modelo são etapas em que estão presentes a movimentação, transporte ou agitação de fluidos ou misturas sólido/fluido.
Os dispositivos relacionados com este tipo de processo são conhecidos como máquinas de fluidos.
Eles realizam a troca de energia entre o sistema mecânico e um fluido. Bombas, sopradores e
compressores são exemplos deste tipo de máquina.

Em sistemas particulados, é necessário conhecer a interação sólido/sólido e sólido/fluido, com ou sem
o efeito de máquinas de fluidos.
As operações unitárias ligadas a este tipo de sistema são mistura, transporte, cominuição da partícula, separação, centrifugação sólido/líquido, escoamento de fluidos através de leitos móveis e fixos de
particulados, transporte hidráulico e pneumático de sólidos, entre outros [Cremasco, 2012].

Transporte de sólidos

O transporte de sólidos é uma operação unitária, que tem como objetivo movimentar sólidos granulares em regimes contínuos bem definidos no interior de áreas de produção.
O estudo desta etapa produtiva tem grande importância industrial, pois inúmeras empresas, sejam elas
de grande ou pequeno porte, exigem algum tipo de transporte de particulados.
Também é possível citar sua influência na economia dos processos, sendo que em determinados casos o custo de transporte pode atingir 80%.
Outros fatores que implicam na seleção de um sistema de transporte são a substituição contínua de maquinários por outros mais sofisticados, que não exijam grande número de operadores,
variedade de sólidos, incluindo a viabilidade, capacidade, espaço e condições de transporte.
Assim, baseado na exigência de seleção ou dimensionamento de determinado equipamento destinado ao transporte de sólidos, busca-se o estudo de variáveis que possam evidenciar tal necessidade [Gomide, 1983].

As variáveis do processo são essenciais na análise e projeto de um sistema de transporte de sólidos, como por exemplo a capacidade produtiva referente ao processo, englobando os sistemas de distribuição, armazenamento e embalagem. Isso porque alguns tipos de transportador são
adequados para grandes volumes, enquanto outros destinam-se a empresas de baixo volume produtivo.

É necessário também conhecer a distância e desnível de carga e descarga, pois existem equipamentos
que podem operar em grandes distâncias e/ou grandes desníveis. Outra variável muito importante
é a natureza do material, visto que propriedades físicas e mecânicas do particulado, bem como granulometria, diâmetro, fragilidade, umidade, dureza, aderência e densidades influenciam no momento da escolha ou no projeto de um transportador. Ao se tratar de fatores econômicos, este é um atrativo para as empresas, visto que se busca um sistema eficiente, que atenda à demanda produtiva com baixo custo inicial de instalação e menor custo de manutenção, energia e operação [Perry; Green, 2007].

Para Gomide (1983, p.111), existem duas classificações de equipamentos destinados ao transporte
de sólidos:
1°) aqueles cuja posição permanece fixa durante o transporte, muito embora possuam partes móveis;
2º) os que se movimentam com o sólido, como pás carregadoras, vagonetas, empilhadeiras, caminhões,
guinchos e guindastes.

O primeiro tipo é o mais adequado para transportes contínuos de sólidos e o mais utilizado na indústria
de processos químicos. Há também a subdivisão pelo tipo de ação que o transportador irá desenvolver:
carregadores; elevadores; arrastadores; alimentadores e pneumáticos [Gomide, 1983].

Os dispositivos carregadores são destinados a carregar continuamente o material sólido. Neste tipo
de equipamento, realiza-se o deslocamento dos particulados sobre superfícies ou dentro de tubos. Nesta
subcategoria, enquadram-se as correias, esteiras, caçambas, correntes,

sistemas vibratórios e por gravidade [Gomide, 1983].
Quando o sólido é arrastado em calhas ou dutos, tem-se os dispositivos arrastadores, os quais, de modo geral, possuem menor custo inicial de instalação, em comparação com os carregadores. Estes equipamentos são indicados para o transporte inclinado, podendo chegar a inclinações de trabalho de 45°. Porém, essa peculiaridade faz com que o custo de manutenção seja mais elevado, devido ao desgaste gerado no equipamento. Enquadram-se nos dispositivos arrastadores os transportadores de calha e helicoidal [Silva, 2008].

Em indústrias onde existe a necessidade de transportar sólidos em grandes inclinações ou verticalmente, emprega-se um dispositivo elevador. Nesta subcategoria, além do transportador de canecas,
podem-se listar equipamentos já citados, como os transportadores de calha, correia e helicoidal, os
quais também podem ser empregados como equipamentos elevadores, pois se adaptam muito bem
ao transporte inclinado ou verticalizado [Gomide, 1983].
No processamento de um material sólido e posterior necessidade de transportá-lo em regime permanente, mantendo a alimentação de determinada etapa produtiva em vazão constante, utilizam-se para os dispositivos alimentadores. Estes transportadores podem ser gravimétricos ou volumétricos. Nesta subcategoria exige-se grande estudo com relação à variabilidade das características do material particulado pois manter as vazões de alimentação constantes é uma tarefa difícil nas indústrias, em virtude da não uniformidade das partículas e sólidos granulares aderentes [Foust; Wenzel; Clump, 2013].
Já os dispositivos pneumáticos são largamente empregados na movimentação e elevação de materiais
particulados finos. A grande utilização destes equipamentos decorre da sua versatilidade de distâncias,
desde pequenas até longas, variabilidade da granulometria do material, podendo ser transportados
pós finos com tamanhos acima de 100 μm até grãos de 1 cm, e a densidade do material, que pode variar
desde 15 kg/m³ até 3 t/m³ [Gomide, 1983].


Transportadores pneumáticos

Os transportadores pneumáticos também apresentam amplo emprego em vários tipos de indústrias, pois se destacam em algumas características, como a grande versatilidade de produtos transportados, baixo custo de manutenção e operação, segurança de produtos alimentícios e flexibilidade de projetos.
O funcionamento destes equipamentos é baseado na introdução de um fluxo de gás a uma velocidade
constante. Esta corrente de fluido gasoso, responsável pela fluidização, é comumente composta de ar
ou gás inerte [Bortolaia, 2008].
É possível citar como principais vantagens de um transportador pneumático: praticidade no transporte e movimentação de sólidos particulados, limpeza, mobilidade, segurança do produto e do operador. As desvantagens deste tipo de sistema são: alto custo de energia, limitação de umidade do material e
entupimentos, devido a paradas do fluxo de ar [Nonnenmacher, 1983].
No projeto, desenvolvimento e aplicação de dispositivos pneumáticos, exige-se o conhecimento de
determinadas variáveis atuantes no sistema, como: pressão; quantidade e velocidade do fluxo de ar;
potência exigida; e características físicas do material transportador. Cada detalhe citado influencia no desempenho do equipamento [Magalhães, 2003].

Em determinados casos, nos quais o material a ser transportado é muito úmido, possui massa volumétrica muito elevada, alta temperatura do material e/ou particulados frágeis que possam sofrer alguma mudança de aspecto, não é aconselhável o emprego de dispositivos pneumáticos para o transporte [Silva, 2005].
Os dispositivos pneumáticos são compostos por diversos componentes, os quais são responsáveis
por funções específicas, onde o emprego simultâneo destes equipamentos realiza o funcionamento
pleno de um transportador pneumático [Bortolaia, 2008; Dicknow, 2013].
Principais dispositivos:
■ Válvula rotativa
■ Equipamentos geradores de pressão ou vácuo
■ Tubulações
■ Coletores
Além da configuração direta ou indireta do sistema pneumático, estes equipamentos podem operar em fase densa ou diluída. A figura 6 mostra estes dois tipos de transporte.

Os transportadores de fase densa (figura 6a) operam com altas cargas de carregamento, altas
pressões e baixas velocidades de transporte. Nestes dispositivos, é comumente utilizada uma válvula
dosadora ou vaso de pressão para introduzir o material destinado ao transporte. Para os dispositivos que operam em fase diluída (figura 6b), são empregadas baixas cargas de carregamento, fluxo de
ar de alta velocidade, baixa pressão ou vácuo. Estas características fazem com que o material
presente na linha de transporte se encontre em estado de fluidização [Dicknow, 2013].
Na indústria de fundição, para o transporte pneumático de areia, é utilizado o sistema de fase densa.

Metodologia
O presente trabalho foi realizado na unidade da Faculdade SENAI “Nadir Dias de Figueiredo” e em
um fabricante de sistemas de transporte de areia. Este estudo consiste em submeter uma areia para shell molding a ciclos de transporte pneumático de fase densa e estudar a influência dos ciclos de transporte nas suas propriedades. O transporte pneumático de areias é muito utilizado nas fundições, porém para o transporte de areia base, ou seja, areia sem cobertura.
Este tipo de transporte se popularizou no início dos anos 2000, tendo trazido enormes ganhos para o
processo, principalmente no setor de moldagem, mais especificamente na central de areia. No entanto, desde o início foi tentado, sem sucesso, utilizar o transporte pneumático também para a areia shell molding. A principal dificuldade alegada é o atrito provocado pelo arraste na tubulação, que provoca a desagregação da cobertura do grão de areia, provocando a perda da cobertura, ou seja, da resina e, consequentemente, a perda das suas propriedades.
Com o objetivo de elucidar este fenômeno, buscamos um conceituado fabricante de sistemas de transporte de areia. A empresa montou um sistema fechado de transporte pneumático de areia, para realizar os ciclos de transporte de areia para shell molding em um ambiente controlado.
O conjunto transportador pneumático apresenta as seguintes características:
■ Distância de tubulação: 12 m
■ Diâmetro da tubulação: 3”
■ Pressão da linha: 8 kgf
■ Capacidade do pulmão: 100 kg
■ Intensificadores de linha: três, instalados a cada 3 m de tubulação
Diante desta configuração de equipamento, foram adquiridos 500 kg
de areia shell molding, com as seguintes característica:
■ Granulometria: Módulo AFS: 75-100
■ Teor de resina: 2,5%

Experimento
Para a realização do experimento, foram coletadas seis amostras:
■ Areia shell nova: Retirada da embalagem, não transportada
■ Areia 1º ciclo – 1ª tomada: Após um ciclo de transporte
■ Areia 2º ciclo – 1ª tomada: Após dois ciclos de transporte
■ Areia 3º ciclo – 2ª tomada: Após um ciclo de transporte
■ Areia 4º ciclo – 2ª tomada: Após um ciclo de transporte
■ Areia 5º ciclo – 2ª tomada: Após um ciclo de transporte

Todo o transporte foi realizado nas mesmas condições de equipamento e pressão de ar comprimido, sem
variações.
As amostras coletadas foram levadas para o laboratório da unidade Faculdade SENAI “Nadir Dias de Figueiredo”, na cidade de Osasco (SP), onde foram realizados ensaios para a avaliação das propriedades. Os ensaios realizados foram:
■ Aspecto visual dos grãos de areia
■ Resistência à tração a quente – RTQ
■ Resistência à tração a frio – RTF

■ Peelback
■ Granulometria, módulo AFS, concentração e finos
Os ensaios foram realizados seguindo a metodologia das recomendações CEMP – Comissão de
Especificação de Matéria-Prima.
A realização do experimento de transporte, assim como a coleta de amostras, foram realizadas no mesmo dia. Isso possibilitou a eliminação de interferências ambientais externas, tais como de temperatura
e umidade.
Os ensaios laboratoriais também foram realizados no mesmo período, o que eliminou interferências,
como: variação de operadores e calibração de equipamentos, entre outros.
Os resultados apresentaram o aspecto visual dos grãos de areia transportados. A captura foi realizada com um estereoscópio com ampliação de 40x.
Depois foram realizados ensaios de resistência à tração a quente, seguindo a recomendação CEMP

O equipamento utilizado é apresentado na figura 11.
Os ensaios de resistência à tração a frio seguiram a CEMP 028, utilizando o equipamento mostrado
nas figuras 12 e 13.
O ensaio de peelback, apesar de ser muito utilizado, não há recomendação de realização publicado. Foram utilizadas técnicas internas do laboratório de ensaios da Faculdade SENAI, seguindo práticas do mercado e recomendações do fabricante do equipamento. Trata-se de um ensaio em que é colocada uma dada quantidade de areia para shell molding sob um cone metálico aquecido a 230°C. Aguardamos um determinado tempo após verter a placa e aguardamos 10 s para verificar a quantidade de areia que se desprendeu dela.
Realizamos ainda os ensaios de granulometria, que compreende a determinação da distribuição
granulométrica, módulo de finura e teor de finos, seguindo a CEMP 081.

Resultados

Para verificar a influência do transporte pneumático de fase densa na deformação dos grãos, realizamos
o ensaio de aspecto visual (figura 14). Como é possível notar, as características visuais dos grãos
permanecem inalteradas após os ciclos de transporte. Os ensaios foram realizados na areia antes e
após a cura.
Para evidenciar a influência do transporte pneumático no desempenho da areia para shell molding, realizamos os ensaios de RTQ e RTF. O objetivo foi verificar as propriedades ao longo dos ciclos. Os resultados estão na tabela 2.
O gráfico 1 mostra a variação de RTQ ao longo dos ciclos de transporte.
Os resultados dos ensaios de resistência à tração a quente apresentaram uma redução importante,
quando comparamos os valores da areia para shell molding nova com as areias transportadas.
Já no primeiro ciclo de transporte, ocorreu uma redução de 29%, sendo que a areia não transportada apresentou 116,63 N/cm2 , enquanto o 1º Ciclo-1ª tomada apresentou 82,82N/cm2
.
O 2º Ciclo-1ª Tomada apresentou 71,46 N/cm2 , representando 39% em comparação com a areia shell
nova.
O 3º Ciclo-2ª Tomada apresentou 70,00 N/cm2 , representando 40% quando comparado com a areia
shell nova.
O 4º Ciclo-2ª Tomada, apresentou 59,81 N/cm2 , representando 49% quando comparado com a areia
shell nova.
O 5º Ciclo-2ª Tomada, apresentou 66,23 N/cm2 , representando 43% quando comparado com a areia
shell nova.
Notou-se uma estabilização após o 4º ciclo de transporte.
O gráfico 2 mostra a variação de RTF ao longo dos ciclos de transporte.
Os resultados dos ensaios de resistência à tração a frio apresentaram uma redução importante nos valores encontrados, quando comparamos a areia shell molding nova e as areias transportadas.

Já no primeiro ciclo de transporte, há uma redução de 30%, sendo que a areia não transportada apresentou 250,17 N/cm2, enquanto o 1º Ciclo-1ª tomada apresentou 174,21 N/cm2.
O 2º Ciclo-1ª Tomada apresentou 161,19 N/cm2 , representando 36%, quando comparado com a
areia shell nova.
O 3º Ciclo-2ª Tomada apresentou 142,07 N/cm2, representando 43%, quando comparado com a
areia shell nova.
O 4º Ciclo-2ª Tomada apresentou 135,23 N/cm2, representando 46%, quando comparado com a
areia shell nova.
O 5º Ciclo-2ª Tomada apresentou 119,30 N/cm2, representando 52%, quando comparado com a
areia shell nova.
O teste de peelback e os resultados podem ser verificados na tabela 4.
O gráfico 3 ilustra a variação de RTF ao longo dos ciclos de transporte.
Os resultados dos ensaios de peelback apresentaram uma leve redução nos valores encontrados,
quando comparadas as areia shell molding nova e transportadas.
No primeiro ciclo de transporte, houve uma redução de 7%, sendo que a areia não transportada apresentou 63 g, enquanto o 1º Ciclo-1ª tomada apresentou 58,89 g.
O 2º Ciclo-1ª Tomada apresentou 57,57 g, representando 10% quando comparado com a areia shell
nova.
O 3º Ciclo-2ª Tomada apresentou 59,11 g, representando 7% quando comparado com a areia shell nova.
O 4º Ciclo-2ª Tomada apresentou 58,84 g, representando 8% quando comparado com a areia shell nova.
O 5º Ciclo-2ª Tomada apresentou 58,69 g, representando 8% quando comparado com a areia shell nova.
Notou-se uma estabilização após o 2º ciclo de transporte.
Os últimos ensaios realizados nas amostras foram os ensaios granulométricos. O objetivo era entender os impactos do transporte pneumático sobre as propriedades granulométricas da areia, para ajudar a entender a origem das reduções de desempenho encontradas nos ensaios de RTQ e RTF.
O gráfico 4 ilustra a variação de RTF ao longo dos ciclos de transporte.
Os resultados dos ensaios de granulometria apresentaram uma estabilidade na distribuição granulométrica e no módulo AFS das amostras ensaiadas. Entretanto, apresentou aumento importante
dos teores de finos, quando comparadas a areia shell molding nova e as areias transportadas.
No primeiro ciclo de transporte, nota-se um aumento de 50%, sendo que areia não transportada
apresentou 3,25%, enquanto o 1º Ciclo-1ª tomada apresentou 4,89%.
O 2º Ciclo-1ª Tomada apresentou 5,55%, representando 70%, quando comparado com a areia shell
nova.
O 3º Ciclo-2ª Tomada apresentou 4,38%, representando 35%, quando comparado com a areia shell
nova.
O 4º Ciclo-2ª Tomada apresentou 4,25%, representando 31%, quando comparado com a areia shell
nova.
O 5º Ciclo-2ª Tomada apresentou 5,57%, representando 71%, quando comparado com a areia shell
nova.
Conclusão
Após a avaliação dos resultados, constatou-se que:
■ As resistências à tração da areia para shell molding foram afetadas pelo transporte pneumático, com
quedas superiores a 30% já no primeiro ciclo de transporte.
■ As perdas se intensificaram à medida que a areia para shell molding foi submetida a mais ciclos de transportes, chegando à redução de resistência de 52% no 5º ciclo.
■ O teor de finos aumentou à medida que aumentou os ciclos de transporte. Este efeito pode estar
relacionado à perda da resina que cobria o grão de areia. No primeiro ciclo, apresentou 50% de aumento,
chegando a 71% no 5º ciclo

■ O transporte pneumático não afetou o formato dos grãos, de modo que não alterou a distribuição granulométrica, módulo AFS e aspecto dos grãos.
■ O peelback não sofreu grandes variações, o que é peculiar e deve ser estudado em trabalhos futuros.
Bibliografia
1] Callister, Willian D.; Rethwisch, David: Ciência e Engenharia de Materiais uma Introdução. 8ª. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. 78-170 p.
2] Krischer, O.; Esdorn, H.: Einfaches Kurzzeitverfahren zur gleichzeitigen Bestimmung der Warmeleitzaht, der Warmekapazitat und der Wãrmeeindringzaht fester Stoífe. VDI- Forschungsheft Nr. 450, 1955, S. 28/29.
3] Dlezek, J.: Grundeigenschaften der Quarzsande für Formsandmischungen mit organischen Bindemitteln. 41. Congres Int. de Fonderie. Liege 1974; Vortr. Nr. 18 (dt.).
4] Dinamica Air Ltda: 16 Conceitos de transporte pneumático. Página inicial. Disponível em: . Acesso em: 30 de set. de 2020.
5] Mond, T. C.: Shell Molding and Shell Molding Casting. 1ª. ed. New York: Reinhold, 1954.
6] Torre, J.: Manual prático de Fundição e Elementos de prevenção da corrosão. Tradução de Edson Bini e Marcio Pugliesi. 1ª. ed. :Hemus, 2004. (título original: Manual Moderno de Fundición).
7] Ferreira, J.M.G.C.: Tecnologia da Fundição. 2ª. ed. Lisboa :Fundação Calouste Gulbenkian, 2004. 55-65 p.
8] Gomide R.: Operações Unitárias. São Paulo: R. Gomide, v.1, 1983. Cap. 4: Transporte de sólidos, p.164-182.
9] Santos, S. M.: Projeto e montagem de unidade piloto de transporte pneumático em fase diluída para estudo da relação entre a perda de carga e a distribuição de partículas granulares na seção transversal de dutos industriais. 2009. 151f. Tese de Doutorado – Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2009.
10] Ribeiro D. S.: Transporte Pneumático – Tecnologia, projetos e aplicações na indústria e nos serviços, Artliber, 2005, 172 p.
11] Scheibel, M.: Avaliação e dimensionamento de um sistema de transporte pneumático em uma indústria de leite em pó. 2018. 72f. Trabalho de conclusão de curso (Graduação) – Universidade do Vale do Taquari, Lajeado, 2018.
12] CEMP 028, ABIFA: Resina fenólica para o processo de areia coberta para fundição – Determinação da resistência à tração a frio da mistura padrão. Disponível em: . Acesso em: 31 de dez. de 2020.
13] CEMP 027, ABIFA: Resina fenólica para o processo de areia coberta para fundição – Determinação da resistência à tração a quente da mistura padrão. Disponível em: . Acesso em: 25 de dez. de 2020.
14] CEMP 081, ABIFA: Material para fundição – Determinação da distribuição granulométrica, módulo de finura e teor de finos em materiais granulares. Disponível em: . Acesso em: 31 de dez. de 2020.
15] ICOMAT, ICM. Sopradora shell 76/76. Disponível em: . Acesso em: 31 de dez. de 2020.
16] ICOMAT, ICM. Sopradora shell MS 25×15 E/A2. Disponível em: . Acesso em: 31 de dez. de 2020. 17 Baldan, Roquemar de Lima: Fundição: processos e tecnologias correlatas. 2ª. ed. Ver. São Paulo: Ética, 2014.



SHARE
RELATED POSTS
De 11 a 13 de novembro acontece o VII Simpósio de Tecnologia e II Encontro de Soldagem do Vale do Paraíba da Fatec Pindamonhangaba
Catalogo de Cursos FATEC – SP
Facudade Gratuita!!!

Deixe seu comentário

*