Na otimização da determinação do quantitativo das variáveis % (porcentagem) de resíduo de tinta (gramas), % (porcentagem) de água (mL), tempo de mufla (min) e temperatura de mufla (oC), na confecção dos corpos-de-prova para realização dos ensaios de resistência a compressão, aplicou-se o estudo de triagem, através do método de planejamento fatorial completo com ponto central com quatro variáveis e dois níveis (24) e a matriz Doehlert (metodologia para construção de superfície de resposta), a fim de se obter uma condição otimizada de trabalho e um valor de resistência a compressão dos machos aceitáveis nas indústrias.
Para a montagem dos planejamentos e tratamento dos resultados foram utilizadas planilhas eletrônicas para cálculos de planejamentos experimentais, disponíveis no site do Laboratório de Quimiometria Teórica e Aplicada (LQTA) da Universidade Estadual de Campinas (TEÓFILO e FERREIRA, 2013).
4.2.4.1 Confecção de corpos-de-prova para ensaio de resistência a compressão
Na determinação da resistência a compressão, conforme recomendado na CEMP 060:2003, foram realizados ensaios de bancada, nos quais foram confeccionados corpos-de- prova, utilizando-se o resíduo de areia de macharia, uma pequena quantidade de água e uma pequena quantidade de resíduo de tinta em relação à quantidade de resíduo de areia, de acordo com a NBR 10611:2011 e recomendado na CEMP E -10:2004. Os corpos-de-prova para os ensaios de resistência a compressão foram confeccionados no Laboratório de Fundição do Departamento de Metalurgia e Materiais - Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP.
O procedimento foi realizado da seguinte maneira: em um béquer foi adicionado resíduo de areia de macharia em uma quantidade entre 150 e 170 g, suficiente para se obter um corpo-de-prova padronizado, de acordo com o recomendado na CEMP 060:2003, resíduo de tinta e água, nesta ordem. Depois de misturados e homogeneizados, colocou-se a mistura no molde
cilíndrico (50,0 × 50,0) mm, padronizado pela NBR 10611:2011 e recomendado na CEMP E – 010:2004. Posteriormente, ajustou-se o molde ao martelete do aparelho de
compactabilidade, Modelo MM fabricado pela TecnoFund Ltda, dando três percussões, conforme recomendado na CEMP 060:2003.
O conjunto foi levado ao Forno Elétrico de Resistência, tipo Mufla, marca Lavoisier, com controlador de temperatura digital, por períodos de tempo e temperatura determinados através dos planejamentos experimentais. Estes ensaios foram realizados no Laboratório de Tratamentos Térmicos do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais - Escola de Minas/UFOP.
4.2.4.2 Execução do ensaio de resistência a compressão
Os ensaios de resistência a compressão dos corpos-de-prova confeccionados com resíduo de areia de macharia e resíduo de tinta em pó foram realizados no Laboratório de Ensaios Mecânicos do Departamento de Metalurgia e Materiais - Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP, através do equipamento Máquina Universal de Ensaios Ansler Freres, capacidade de 2000 kgf.
Na realização do referido ensaio, colocou-se ocorpo-de-prova confeccionado na máquina de resistência aplicando-se a carga. De acordo com o recomendado na CEMP 060:2003, o resultado é expresso em N/cm2, com aproximação de 0,1.
4.2.4.3 Determinação do parâmetro de resistência a compressão
Conforme mencionado em revisão bibliográfica, segundo Brosch (1952) o controle das areias de fundição pode ser realizado através de ensaios de resistência mecânica, os quais determinam as propriedades da areia de fundição, resultando características que exprimem o seu comportamento nas condições requeridas pelo uso. Ainda segundo o autor, são padronizados os seguintes ensaios: resistência a compressão, resistência ao cisalhamento e resistência a tração, entretanto, dentre eles, o que oferece maior precisão, isto é, cujos valores resultantes apresentam menor dispersão em relação a média aritmética, é o de resistência a compressão, sendo recomendado o referido ensaio.
A fim de se obter um parâmetro de resistência a compressão de corpos-de-prova padrão, realizou-se a confecção de corpos-de-prova em uma indústria que confecciona machos para fundições, denominada Indústria Molding de Macharia, localizada no município de Cláudio/MG,
a qual utiliza areia de moldagem em casca - Shell Molding, que conforme Maciel (2005) é uma mistura industrializada de resina sintética do tipo fenol/formol (fenólicas), catalisadores e areia base, pronta para o uso em um processo de cura a quente.
Os corpos-de-prova confeccionados na fundição de Cláudio foram moldados utilizando-se moldes cilíndricos, conforme recomenda a NBR 10611:2011, sendo produzidos com areia de macharia da referida indústria de fundição – areia de macharia com 3% da mistura resina fenólica e catalisador – utilizando-se o procedimento da indústria, a qual confecciona os machos através do aquecimento do ferramental através de um maçarico a gás. Posteriormente, estes corpos-de-prova foram submetidos ao ensaio de resistência a compressão no Laboratório de Ensaios Mecânicos do Departamento de Metalurgia e Materiais - Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP.
4.2.4.4 Etapa de Triagem – Planejamento Fatorial Completo 24 com Ponto Central
A determinação das variáveis e dos níveis foi realizada através da literatura existente (PEDRO, 2013) e dos testes preliminares realizados no laboratório, adotando-se as seguintes variáveis: % (porcentagem) de resíduo de tinta (gramas), % (porcentagem) de água (mL), tempo de mufla (min) e temperatura de mufla (oC).
Para estimativa do erro foram realizados experimentos em triplicata no ponto central utilizando-se: temperatura de mufla 275 oC, tempo de mufla 9 min, resíduo de tinta (gramas) - 3% em relação ao quantitativo total de resíduo de areia de macharia e quantidade de água (mL) - 2,5% do quantitativo total de resíduo de areia de macharia. Os ensaios foram realizados de forma aleatória para que possíveis influências devido a variáveis não controláveis fossem distribuídas aleatoriamente por todo o procedimento. A Tabela 01 monstra as variáveis e níveis utilizados no planejamento fatorial completo 24.
Tabela 01 - Variáveis e níveis utilizados no planejamento fatorial completo com ponto central (24) para confecção de corpos-de-prova
Variáveis
Níveis
- 0 +
T Temperatura de mufla (oC) 250 275 300
t Tempo de mufla (min) 8 9 10
C Concentração de tinta (%) 2,00 3,00 4,00
H2O Quantidade de água (%) 2,00 2,50 3,00
Após a obtenção dos resultados de resistência a compressão através da aplicação de análise multivariada, utilizando-se o planejamento fatorial completo (24) com ponto central, avaliou-se a influência dos quantitativos das variáveis temperatura de mufla (oC), tempo de mufla (min), % (porcentagem) de resíduo de tinta (gramas) e % (porcentagem) de água (mL) na obtenção do resultado de resistência a compressão, indicando as variáveis que mais influenciam no resultado, bem como a melhor tendência para a resposta desejada.
4.2.4.5 Etapa de Otimização – Planejamento Doehlert com Ponto Central: Modelo Quadrático com Três Variáveis
Posteriormente, realizou-se o planejamento Doehlert - modelo quadrático com interações, para as três variáveis que mais influenciaram no processo, de acordo com os resultados obtidos no planejamento fatorial completo (24), sendo estas variáveis estudadas em um maior número de níveis.
Através dos resultados de resistência a compressão obtidos na aplicação deste planejamento, pode-se estabelecer a condição ótima de trabalho, bem como uma faixa de resistência a compressão equivalente ao resultado de resistência a compressão de corpos-de-prova produzidos em indústrias de fundição. A Tabela 02 mostra as variáveis e os níveis utilizados no planejamento Doehlert.
Tabela 02 - Variáveis e níveis utilizados no planejamento Doehlert – Modelo Quadrático Variáveis Níveis T Temperatura (codificado) -1 -0,5 0 0,5 1 Temperatura (oC) 280 290 300 310 320
Tinta Tinta (codificado) -0,866 -0,577 -0,289 0 0,289 0,577 0,870 Tinta (%) 3,00 3,67 4,33 5,00 5,67 6,33 7,00
t Tempo (codificado) -0,817 0 0,817
Tempo (min) 10 12 14