controle da qualidade na industria de cimento portland – cimento sergipe
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Relatório apresentado ao Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Sergipe – UFS, como requisito parcial para obtenção do título de Química Industrial. O qual descreve as atividades realizadas durante o estágio curricular no laboratório de controle da qualidade da Cimento Sergipe S/A – CIMESATRANSCRIPT
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Mônica Maria da Silva
CONTROLE DA QUALIDADE NA INDÚSTRIA DE CIMENTO
PORTLAND – CIMENTO SERGIPE S/A
São Cristóvão, 2004
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
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Mônica Maria da Silva
CONTROLE DA QUALIDADE NA INDÚSTRIA DE
CIMENTO PORTLAND – CIMENTO SERGIPE S/A
Relatório de estágio curricular apresentado ao Departamento de Engenharia Química da UFS, como requisito parcial para obtenção do curso de Química Industrial.
Supervisora / UFS: Prof.a Dra. Gisélia Cardoso
Supervisor / Cimesa: Químico Breno O. Martins
São Cristóvão, 2004
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PERFIL DA INDÚSTRIA
Razão Social CIMESA S/A
Localização Fazenda Brandão S/N – Zona Rural – Sergipe, a 26 km de
Aracaju
Data de fundação 22/11/1985
Produto Cimento
Marca produzida Poty
Funcionários 321 (média / 2004)
Situação Integrante do grupo Votorantim ;
Grupo líder no Brasil, no mercado de cimentos;
Certificada pela ISO 9001;
Início do Projeto Exportação em 2002.
Capacidade de Produção 4.500 toneladas de clínquer / dia (Abril/2004)
FONTE: Cimesa S/A (2004)
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AGRADECIMENTOS
Agradecer é o ato supremo do reconhecimento pelo apoio, confiança e contribuição
recebida. Por isso agradeço:
A Deus, que me abençoou com a vida. Pelas vezes que caí e por quando levantei. Por
tudo que acertei e pelos momentos que falhei porque estivestes sempre comigo. Sem ti nada
posso, nada sou.
Ao meu pai, irmãos, sobrinhos e cunhados pelo amor incondicional presente em
todos os momentos da minha vida.
À minha mãe, pelo exemplo de dignidade e fé. Pela dedicação aos filhos, abdicando
de sua própria vontade.
À minha irmã Magna, pela ajuda e incentivo sempre presentes para a concretização
deste sonho. Todo o meu reconhecimento.
Ao meu cunhado Herbet, pelo apoio e estímulo. Um incansável defensor da
educação.
Aos amigos conquistados na Cimesa, pelo respeito e cordialidade presentes na
equipe.
Ao amigo Wander pela atenção demonstrada a todo instante.
Aos amigos Norma, Vítor, Bruno, Mônica e Felipe pelos incontáveis momentos de
descontração que trago na memória.
Aos mestres pela convicção de que serei sempre uma “eterna aprendiz”.
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“Qualquer coisa que você possa fazer, ou sonha que possa fazer, comece a fazê-la.
A ousadia tem em si genialidade, força e magia”.
(Goethe)
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RESUMO
Relatório apresentado ao Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Sergipe – UFS, como requisito parcial para obtenção do título de Química Industrial. O qual descreve as atividades realizadas durante o estágio curricular no laboratório de controle da qualidade da Cimento Sergipe S/A – CIMESA. Essa empresa integra o grupo Votorantim, líder no Brasil no mercado de cimentos, a qual está certificada pela ISO 9001 na produção do cimento portland de marca Poty. Na produção do cimento a empresa deve assegurar o controle do processo e a inspeção do produto, em consonância com as normas técnicas expressas na ABNT, a fim de garantir a qualidade do cimento cumprindo os desejos e necessidades do mercado. Para esse fim, a Cimesa S/A possui instalado um rigoroso programa de controle da qualidade, desde a extração das matérias-primas nas jazidas até a ensacadora. Enquanto parte desse controle da qualidade, foram efetuados no laboratório, durante o estágio, ensaios de finura (peneiramento e Blaine), CaO livre, resíduo insolúvel e pérola fundida. Tais ensaios foram executados seguindo as instruções contidas no Manual de Procedimentos da ABCP – Associação Brasileira de Cimentos Portland, com a finalidade de verificar as propriedades físicas e químicas do produto acabado e compará-las com os requisitos especificados para determinar sua conformidade com a qualidade planejada. Pôde-se observar que a inspeção realizada no cimento é uma técnica limitada, visto que identifica os itens não-conformes somente após estes terem sido produzidos. Por isso, o controle químico das matérias-primas, farinha e clínquer realizado no laboratório de controle da qualidade é uma prática fundamental, uma vez que prevê as qualidades do futuro produto. A realização do estágio no laboratório de controle da qualidade, mostrou-me a importância da experiência do primeiro contato com a prática profissional para o ingresso no mercado de trabalho, pois através dela tive a oportunidade de desenvolver habilidades necessárias ao exercício eficiente da profissão, as quais não são oferecidas pela academia. A Cimesa S/A foi um valioso espaço de crescimento e aprendizagem devido à vivência com profissionais experientes da área e o treinamento no desenvolvimento de atividades da minha profissão.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 01 a Nomenclatura do cimento portland composto............................................06
Figura 01 Mina de extração de calcário......................................................................10
Figura 02 Forno de clínquer........................................................................................11
Figura 03 Moagem de clínquer...................................................................................13
Figura 04 Análises executadas pelo controle da qualidade........................................14
Figura 05 Análises executadas pelo controle da qualidade........................................15
Figura 06 Peneirador pneumático...............................................................................17
Figura 07 a Equipamento Blaine manual......................................................................18
Figura 07 b Equipamento Blaine automático................................................................19
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LISTA DE TABELAS
Tabela 01 Composição do cimento portland.................................................................19
Tabela 02 Especificação do cimento portland.............................................................. 23
Tabela 03 Software PI...................................................................................................24
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SUMÁRIO
RESUMO..................................................................................................................................iv
LISTA DE FIGURAS................................................................................................................v
LISTA DE TABELAS..............................................................................................................vi
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................................01
1.1 Conceitos............................................................................................................................01
1.2 Histórico.............................................................................................................................02
1.2.1 Origem do cimento portland...........................................................................................02
1.2.2 Implantação da Cimesa...................................................................................................03
1.3 Tipos de cimento portland produzidos na cimesa..............................................................05
1.4 Objetivos............................................................................................................................07
1.4.1 Geral................................................................................................................................07
1.4.2 Específicos......................................................................................................................07
1.5 Justificativas.......................................................................................................................07
2 REVISÃO DA LITERATURA.................................................................................... .......08
2.1 Controle da Qualidade.......................................................................................................08
2.2 Processo de fabricação do cimento portland.....................................................................10
2.2.1 Mineração.................................................................................................................. ....10
2.2.2 Clínquer................................................................................................................. .........11
2.2.3 Cimento...........................................................................................................................12
3 METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO ....................................................................14
3.1 Desenvolvimento experimental..........................................................................................16
3.1.1 Ensaios físicos.................................................................................................................16
3.1.2 Ensaios químicos.............................................................................................................21
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES.........................................................................................23
5 CONCLUSÃO......................................................................................................................25
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.....................................................................................26
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1 INTRODUÇÃO
1.1 Conceitos
Entende-se por aglomerantes ou materiais cimentícios os compostos de uma ou mais
substâncias capazes de endurecer de forma rápida ou lenta e, em conseqüência, unir materiais
heterogêneos de distintas naturezas. Podem ser de origem orgânica, como as resinas e
polímeros, ou inorgânicas, com destaque para os de composição cálcica, amplamente
utilizados na construção civil, tais como cales, gessos, cimentos naturais, cimento portland e
outros cimentos industrializados [1].
Esses aglomerantes podem ser classificados como hidráulicos e não hidráulicos. Os
primeiros são aqueles que não só endurecem através de reações com água, como também
formam um produto resistente à água. Os aglomerantes não hidráulicos geram produtos de
hidratação não resistentes à água.
O cimento portland pode ser definido especificamente como o aglomerante
hidráulico obtido pela moagem do clínquer portland ao qual se adiciona quantidade adequada
de uma ou mais formas de sulfato de cálcio necessária para controlar o endurecimento inicial
do cimento, quando em contato com a água. Outros materiais como escória de alto-forno,
materiais pozolânicos e filer calcário podem complementarmente compor o cimento portland,
dependendo do tipo de cimento produzido.
O principal constituinte do cimento portland é o clínquer portland, material
sinterizado e paletizado, resultante da calcinação até aproximadamente 14500C de uma
mistura dosada de calcário e argila e, eventualmente, de componentes corretivos de natureza
silicosa, aluminosa ou ferrífera, empregados de modo a garantir o quimismo da mistura dentro
de limites específicos e resultar em clínquer de ótima qualidade.
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1.2 Histórico
1.2.1 Origem do cimento portland
A palavra CIMENTO é originada do latim CAEMENTU, que designava na velha
Roma espécie de pedra natural de rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento remonta
há cerca de 4.500 anos. Os imponentes monumentos do Egito antigo já utilizavam uma liga
constituída por uma mistura de gesso calcinado. As grandes obras gregas e romanas, como o
Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de solos de origem vulcânica da ilha grega
de Santorino ou das proximidades da cidade italiana de Pozzuoli, que possuíam propriedades
de endurecimento sob a ação da água.
O grande passo no desenvolvimento do cimento foi dado em 1756 pelo inglês John
Smeaton, que conseguiu obter um produto de alta resistência por meio de calcinação de
calcários moles e argilosos.
Considerando a falta de organização da época, no que se refere à troca de
informações cientificas, as descobertas feitas na Inglaterra não foram conhecidas por outros
países. Assim, as revelações anunciadas por Smeaton em 1756 foram redescobertas no início
do século XIX Bogue.
Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela
mistura de componentes argilosos e calcários. Ele é considerado o inventor do cimento
artificial. Em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras
calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após
secar, tornava-se tão dura quanto às pedras empregadas nas construções. A mistura não se
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dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento
Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez
semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland [2].
No Brasil, a primeira tentativa de aplicar os conhecimentos relativos à fabricação do
cimento Portland ocorreu aparentemente em 1888, quando o comendador Antônio Proost
Rodovalho empenhou-se em instalar uma fábrica em sua fazenda em Santo Antônio, Estado
de São Paulo. Posteriormente, várias iniciativas esporádicas de fabricação de cimento foram
desenvolvidas.
Assim, chegou a funcionar durante três meses em 1892 uma pequena instalação
produtora na ilha de Tiriri, na Paraíba. A usina de Rodovalho operou de 1897 a 1904,
voltando em 1907 e extinguindo-se definitivamente em 1918. Em Cachoeiro do Itapemirim, o
governo do Espírito Santo fundou, em 1912, uma fábrica que funcionou até 1924, sendo então
paralisada, voltando a funcionar em 1936, após modernização.
Todas essas etapas não passaram de meras tentativas que culminaram, em 1924, com
a implantação pela Companhia Brasileira de Cimento Portland de uma fábrica em Perus,
Estado de São Paulo, cuja construção pode ser considerada como o marco da implantação da
indústria brasileira de cimento. As primeiras toneladas foram produzidas e colocadas no
mercado em 1926. Até então, o consumo de cimento no país dependia exclusivamente do
produto importado.
1.2.2 Implantação da Cimesa
O interesse do Grupo Votorantim pela área de cimento, data desde a década de 60,
quando em janeiro de 1967, funcionou na cidade de Aracaju, o primeiro forno produzindo
clínquer, com capacidade nominal de 200 t/dia, utilizando-se o processo por via úmida e
tecnologia da F.L. Smidth. Esta fábrica funcionou até março de 1984, com o nome de
Companhia de Cimento Portland de Sergipe, tendo seu forno desativado em virtude do
iv
crescimento populacional [3].
Estudaram várias alternativas para a instalação de uma fábrica nova, e finalmente
escolheu-se o município de Laranjeiras, pelo fato da existência de reservas de calcário, fato
que se tornou viável a implantação da indústria de cimento, além de facilitar o seu
escoamento através das rodovias BR-101 e BR-235, ferrovia, e em virtude da topografia da
região, plana e quase sem impactos ambientais.
A nova companhia recebeu o nome de Cimento Sergipe S/A – Cimesa e atualmente
comercializa o cimento de marca Poty, trazendo para o Estado de Sergipe e para a Região
Nordeste um crescimento econômico acentuado, com uma tecnologia de primeira geração e
sistemas automatizados, através do processo por via seca e uma capacidade de 4500 t/dia de
clínquer.
A Votorantim Cimentos (VC) líder no mercado interno visando expandir seus
negócios busca mercados fora do país. Por isso, iniciou no ano passado sua estratégia de
exportação. Depois de fortes investimentos em melhorias internas, a Cimesa, maior fábrica da
VC no Nordeste, será a base das exportações brasileiras da companhia [4]. Esta fábrica foi
estrategicamente escolhida para as exportações, pois seu produto escoar de um porto
localizado mais próximo da América do Norte e da Europa, em relação aos principais portos
de outras regiões brasileiras.
No ano passado, a VC construiu um terminal de abastecimento, específico para o
envio de cimento e clínquer no porto de Barra dos Coqueiros, em Aracaju, que é atualmente a
porta de saída do cimento da companhia para a América do Norte. Por enquanto, a companhia
desembarca o cimento brasileiro em mercados como os Estados Unidos e Canadá, por meio
de uma trade norte-americana, o volume de cimento exportado em 2003 chegou a
aproximadamente 280 mil toneladas. O faturamento com as exportações de cimento da
Votorantim chegaram a US$ 1,2 bilhão [5].
A fim de manter a estratégia de crescimento no mercado internacional, a Cimesa
ampliará suas instalações neste ano com a construção da terceira linha. O início da operação
da terceira linha – que faz conexão de todo o processo produtivo, da mineradora à ensacadora
iv
– vai ampliar a sua produção para 340 mil toneladas por mês.
1.3 Tipos de cimento portland produzidos na Cimesa
Antigamente havia no Brasil, praticamente, um único tipo de cimento portland. Com
a evolução dos conhecimentos técnicos sobre o assunto, foram sendo fabricados novos tipos
de cimento portland definidos por norma, diferentes entre si, principalmente em função de sua
composição. Os principais tipos de cimento definidos pela NBR, exceto cimento exportação,
disponibilizados no mercado pela Cimesa são:
a) Cimento portland composto
Atualmente este tipo de cimento é o mais encontrado no mercado, respondendo por
aproximadamente 70% da produção brasileira; são utilizados na maioria das aplicações usuais
como: argamassas de revestimento, assentamento de tijolos e azulejos, concreto armado, pré-
moldados de concreto e solo-cimento. A Figura 01 apresenta a nomenclatura técnica para este
tipo de cimento.
b) Cimento portland para poços petrolíferos
Constitui um tipo de cimento portland de aplicação bastante específica, o consumo
desse tipo de cimento é pouco expressivo quando comparado ao dos outros tipos de cimentos
normalizados no país. Na sua composição não observam outros componentes além do
clínquer e do gesso para retardar o tempo de pega. No processo de fabricação do cimento para
poços petrolíferos são tomadas precauções para garantir que o produto conserve as
propriedades reológicas (plasticidade) necessárias nas condições de pressão e temperatura
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elevadas presentes a grandes profundidades, durante a aplicação nos poços petrolíferos.
c) Cimento portland exportação
Por ser um produto tipo exportação, foi desenvolvido obedecendo às normas ASTM
e algumas exigências do mercado consumidor internacional. É composto somente por
clínquer e gesso.
d) Cimento portland pozolânico
Também conhecido como cimento portland resistente aos sulfatos – que tem a
propriedade de oferecer resistência aos meios agressivos sulfatados, tais como os encontrados
nas redes de esgotos de águas servidas ou industriais, na água do mar e em alguns tipos de
solos.
Figura 01 (a): Nomenclatura técnica do cimento portland composto.
Cimento
Portland
Grupo II
Adição de Filler
32 Mpa à 28 dias CPIIF - 32
iv
Tabela 01: Composição do Cimento Portland.
FONTE: Laboratório de Controle da Qualidade da Cimesa (Ano 2004).
As adições são outras matérias-primas que, misturadas ao clínquer na fase de
moagem, permitem a fabricação dos diversos tipos de cimento portland hoje disponíveis no
mercado. Essas outras matérias-primas são o gesso, as escórias de alto-forno, os materiais
carbonáticos e os materiais pozolânicos. Os aditivos contribuem em geral para melhorar
algumas propriedades e características específicas de aplicação do cimento portland. A Tabela
01 indica a composição em massa destas adições.
1.4 Objetivos
1.4.1 Objetivo geral
Dar suporte em atividades no laboratório de controle da qualidade da Cimesa –
Cimento Sergipe S/A.
1.4.2 Objetivo específico
Avaliar a qualidade dos produtos obtidos;
Tipo de Cimento Portland
Sigla Classe Clínquer + Sulfato de cálcio (%)
Material Pozolânico
(%)
Material Carbonático
(%)
Composto CP II-F 32 94-90 - 6-10
Poços
Petrolíferos
CPP 32 100 - -
Exportação CP I/II 32 100 - -
Pozolânico CP-IV 32 70-75 26-30 -
iv
Verificar o atendimento das normas técnicas.
1.5 Justificativas
Na produção do cimento é uma obrigação do produtor assegurar que as propriedades
do cimento sejam mantidas constantes em certo nível e com variações tão pequenas quanto
possível para atender as demandas expressas nas normas técnicas, cumprindo os desejos e
necessidades do mercado.
O cimento, ainda que produto é também matéria-prima na obtenção do concreto para
obras de engenharia civil e industrial, argamassas industrializadas, artefatos de cimento e
peças pré-moldadas. Por isso, torna-se importante assegurar a qualidade desde o processo de
fabricação até a sua estocagem. Sendo o controle da qualidade responsável pelos parâmetros
de controle e pela avaliação da qualidade do cimento, será dada ênfase sobre as atividades e
funções desenvolvidas no laboratório da fábrica de cimento Cimesa, incluindo análises física
e química do produto acabado.
2 REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Controle da qualidade
A qualidade do cimento portland é avaliada através da sua performance durante o
processo de hidratação e inclui propriedades como o comportamento do cimento em relação à
pega, o desenvolvimento das resistências mecânicas, o calor de hidratação liberado, a
estabilidade de volume e durabilidade. Grande parte desse desempenho depende da qualidade
de seu principal constituinte, o clínquer portland.
A transformação da farinha em clínquer envolve um grande número de etapas no
processo industrial que devem estar em harmonia de modo a permitir a obtenção de um
produto de qualidade, homogêneo e com custos de processo otimizados. Para a obtenção
desse desempenho, torna-se necessário definir os principais parâmetros de influência e a
maneira mais adequada de controle da qualidade.
iv
A Cimesa tem instalado em seu processo de produção – desde a extração do calcário
na jazida, até o ensacamento do cimento no final da linha – um complexo sistema de controle
da qualidade, de modo que as exigências feitas pelas normas brasileiras aos cimentos portland
sejam cumpridas.
O controle da qualidade é definido como sendo um sistema amplo e complexo; que
abrange todos os setores de uma empresa, em um esforço comum e cooperativo; tendo em
vista estabelecer, melhorar e assegurar a qualidade da produção, em níveis econômicos, para
satisfazer aos desejos dos consumidores [6]. Praticar o controle da qualidade é gerenciar os
processos de forma a mantê-los sob controle, atuando-se na eliminação e bloqueio da causa
fundamental dos problemas.
O procedimento de controle da qualidade mais comum entre as fábricas de cimento
abrange quatro tarefas relacionadas entre si: (1) começa antes de se iniciar a produção; (2) em
seguida vem a verificação, na recepção, do material a ser utilizado na produção; (3) depois, o
controle se exerce durante o processo de fabricação, e (4), realiza-se, enfim, no produto
acabado.
O controle da qualidade iterativamente se exerce, em fases sucessivas, mas o ponto
crítico destas fases se observa durante o processo de fabricação. O principal parâmetro de
controle deste processo nas fábricas de cimento é o controle químico das matérias-primas,
farinhas e clínquer. Estando a farinha no início do processo de produção, seu controle químico
e de suas matérias-primas é fundamental para o sucesso das etapas subseqüentes.
Naturalmente, a técnica de controle do processo interessa especialmente ao produtor e é
exercido durante todo processo produtivo, com o objetivo de manter a qualidade do futuro
produto dentro dos limites de uniformidade indicados na especificação de fabricação.
A última tarefa do procedimento de controle da qualidade é a inspeção de qualidade,
realizada em produto já existente, através de observância das normas da ABNT. A inspeção
possui como objetivo verificar se a qualidade dos produtos apresentados atende à faixa de
especificação. Esta inspeção interessa especialmente ao consumidor e constitui
responsabilidade exclusiva do fabricante.
iv
A utilização do sistema de controle da qualidade em qualquer setor industrial é
prática vital para a manutenção da qualidade dos produtos obtidos e para perfeita operação
dos equipamentos. Sua adoção gera resultados como a redução dos custos de fabricação,
redução das perdas, resíduos e refugos; diminuição da reelaboração e do desperdício em geral
e redução das paradas nas linhas de produção [6].
2.2 Processo de fabricação do cimento portland
O processo de fabricação do clínquer portland mais comum hoje em dia é o via seca,
preferido ao processo via úmida devido ao seu consumo energético específico
significativamente inferior. Nele, a matéria-prima entra no forno na forma de uma farinha
muito fina, enquanto que o processo via úmida se utiliza de uma pasta (farinha + água). O
processo de sinterização do clínquer é uma operação complexa que consiste na extração e
britagem das matérias-primas com posterior queima. Na cimesa, são definidas 3 principais
unidades produtivas:
2.2.1 Mineração
As principais matérias-primas utilizadas no processo de fabricação do cimento são
calcário, argila e minério de ferro que advêm da mineração. As etapas da unidade de
mineração podem ser resumidas em:
iv
Figura 01: Mina de extração de calcário no município de Laranjeiras/SE.
a) Extração em minas de calcário e argila: o material é extraído em blocos de vários tamanhos
e transportado até britadores, onde sofrem redução para dimensões centimétricas. A Figura 01
mostra a mina de calcário localizada em terreno da fábrica.
b) Britagem e moagem da matéria-prima: após redução de tamanho, o calcário é empilhado
para pré-homogeneização e depois conduzido ao moinho de matérias-primas; após devida
dosagem com argila e materiais corretivos, é moído até granulometria micrométrica.
2.2.2 Clínquer
Esta unidade começa com a adição das matérias-primas fornecidas pela unidade de
mineração para serem moídas na obtenção do cru, produzindo a farinha, que é armazenada em
silos de homogeneização e usada para alimentar o forno de produção do clínquer.
iv
a) Aquecimento em ciclones pré-aquecedores e pré-calcinadores: O produto intermediário
farinha é transportado por esteiras até um silo de homogeneização. A farinha é transportada
Figura 02: Forno de clínquer da Cimesa.
para o alto dos trocadores de calor (torre de ciclones), onde entra em contato com os gases
provenientes do forno de clínquer e sofre pré-aquecimento. Fornos modernos contam com
instalação de pré-calcinador que se compõe de queimadores secundários e câmaras de
combustão, nos quais até 60% do combustível é consumido.
b) Queima em forno rotativo de clínquer: a farinha desce pelos ciclones e entra no forno, que
gira a uma rotação de 1 a 4 rpm em torno de seu eixo, com inclinação aproximada de 3 a 4 o ,
de forma que o material atravessa o cilindro por efeito da rotação e da gravidade, a Figura 02
indica o forno de clínquer instalado na Cimesa S/A. Ao atingir a região mais baixa, o material
encontra a chama de um maçarico, posicionado longitudinalmente, que produz o calor
necessário à clinquerização. O maçarico é alimentado por diferentes tipos de combustíveis ou
uma mistura deles. A temperatura atingida pelos materiais processados é de cerca de 1450oC,
que se deslocam através da zona de queima por 10 a 15 minutos. É nesta fase que ocorre a
transformação completa da farinha em clínquer.
iv
c) Resfriamento do clínquer: o material passa pelos resfriadores, que são intercambiadores de
calor para reduzir, o mais rápido possível, a temperatura do material que sai do forno,
impedindo a reconversão das fases mineralógicas formadas durante a sinterização. Os gases
provenientes dos resfriadores retornam ao sistema.
2.2.3 Cimento
A unidade de cimento começa na moagem do clínquer juntamente com aditivos –
calcário de baixo teor, gesso e pozolana para obtenção dos diversos tipos de cimento
produzidos pela fábrica. O produto é então estocado em silos de cimento e enviado
posteriormente para expedição onde será comercializado tipo granel ou ensacado.
a) Moagem final com introdução de adições: o clínquer, juntamente com 3 a 6% de sulfato de
cálcio, eventuais adições ativas (escória de alto forno ou materiais pozolânicos) e filler
calcário em teores variados, é submetido a processo de moagem, normalmente em moinhos de
bolas de aço, a Figura 03 ilustra o moinho da unidade de cimento da Cimesa S/A. A moagem
transforma o clínquer e demais adições em um pó ultrafino denominado de cimento portland.
iv
Figura 03: Moagem de clínquer na Cimesa (Ano 2004).
b) Condicionamento para venda e expedição: o cimento é transportado para silos de
armazenamento que asseguram a integridade físico-química do produto. A comercialização é
efetuada com o produto ensacado ou granel, dependendo da solicitação do cliente.
iv
3 METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO DE ATIVIDADES
Figura 04: Análises executadas no laboratório de controle da qualidade das unidades de mineração e clínquer.
O laboratório de controle da qualidade possui funções pré-estabelecidas dentro de
todas as etapas de fabricação do cimento, enfim, é um prestador de serviços dentro dos setores
de produção da Cimesa. Dentre suas principais atividades e funções de rotina, pode-se
destacar:
Avaliar a qualidade dos produtos adquiridos pela fábrica e matérias-primas;
Controlar a confecção da farinha;
Acompanhar o processo de produção;
Mineração Pré-Homogeneização Moagem de cru
Calcário (pó de furação)
Argila
Calcário Retomado
Análises Químicas
Análises Físicas
Calcário Empilhado
Análises Químicas
iv
Avaliar a qualidade dos produtos obtidos;
Verificar o atendimento das normas;
Dar suporte aos trabalhos de otimização do processo;
Apoio comercial.
O laboratório realiza ensaios físicos e químicos desde a extração de calcário nas
jazidas até o produto final, por isso a rotina de controle da qualidade é absolutamente
fundamental para garantir o atendimento às normas de controle e fabricação. As Figuras 04 e
05 demonstram resumidamente a atuação do controle da qualidade nos diferentes segmentos
de produção do cimento portland.
Figura 05: Análises executadas pelo laboratório de controle da qualidade das unidades de clínquer e cimento.
iv
3.1 Desenvolvimento experimental
Dentre a rotina de atividades do laboratório são executadas análises diárias em todos
os tipos de cimento portland a fim de verificar sua qualidade após a última etapa de produção.
Esta verificação é de suma importância, pois quando o cimento não atende às normas
técnicas, suas propriedades como comportamento de pega, desenvolvimento de resistência,
desenvolvimento de calor, estabilidade volumétrica (expansibilidade) e durabilidade ficam
comprometidas de forma a pesar na possibilidade de aplicação usual do produto.
Durante o período de estágio foi prestado suporte dentro do laboratório de controle
da qualidade na execução de análises físicas e químicas do cimento produzido [7].
.
As amostras do produto foram coletadas e fornecidas pela unidade de cimento e suas
médias preparadas pelo analista físico do laboratório.
3.1.1 Ensaios Físicos
a) Determinação de Finura por Peneiramento
Este ensaio tem por objetivo determinar a porcentagem em massa, de cimento cujas
dimensões de grãos são superiores a 45µm e 75µm (fração retida).
O grau de moagem exerce influência sobre a rapidez de hidratação dos grãos de
cimento e conseqüentemente, sobre o desenvolvimento de calor, retração e aumento de
resistência com a idade. Um elevado grau de finura torna os concretos mais sensíveis ao
fissuramento.
A) Execução do ensaio
1) Utiliza-se peneiras de # 200 e # 325, tomando-se 20 e 10g de amostras,
respectivamente;
iv
2) Efetua-se o peneiramento através de um peneirador pneumático que opera com
pressão negativa gerando vácuo de 200 mmHg em intervalo de tempo pré-determinado;
3) No final da operação de peneiramento, faz-se uma limpeza na peneira para
retirada de todo material presente em sua malha;
4) Pesa-se a fração retida na peneira;
5) Cálculo:
)1.(E 10 (%) qFxmfinuradeÍndice
Onde:
m = massa de fração retida;
F = fator da peneira.
iv
Figura 06: Peneirador pneumático de cimento e matérias-primas instalado no laboratório de controle da qualidade da Cimesa.
b) Determinação de Finura pelo Permeabilímetro de Blaine Manual
No método de Blaine a finura do cimento é determinada como a superfície
específica, observando-se o tempo requerido para uma determinada quantidade de ar fluir
através de uma camada de cimento compactada, de dimensões e porosidade especificadas.
Sob condições normalizadas, a superfície especificada do cimento é proporcional a t, onde t é
o tempo para determinada quantidade de ar atravessar a camada compactada de cimento.
O número e a faixa de tamanho dos poros individuais em uma camada especificada
são determinados pela distribuição dos tamanhos das partículas de cimento, que também
determina o tempo para um dado fluxo de ar. As Figuras 07 (a) e (b) mostram equipamentos
de Blaine manual e automático instalados no laboratório de controle da qualidade,
respectivamente.
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Figura 07 (a): Equipamento de blaine manual
Figura 07 (b): Equipamento de blaine automático.
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A) Execução do ensaio
1) O ensaio é executado com uma preparação prévia da amostra. Para tanto, o disco
coloca-se o disco perfurado no fundo da célula e sobre ele um disco de papel de filtro.
Determinada quantidade de cimento é colocada na célula com leves pancadas para nivelar e
um segundo disco de papel de filtro é colocado sobre o cimento nivelado;
2) O êmbolo é então introduzido e pressionado até que a face inferior da cápsula
esteja em contato com a célula, retirado vagarosamente e novamente pressionado até que a
camada esteja compactada e pronta para o ensaio;
3) A célula é então inserida no topo do manômetro, assegurando-se sua
estanqueidade, e o topo do cilindro é fechado com um tampão. O registro é aberto e por meio
de aspiração deve-se levantar o nível do líquido manométrico para a marca mais alta.
Fechando o registro, se houver estanqueidade, o nível deve permanecer constante;
4) Após isto deve-se remover o tampão do topo do cilindro e o líquido manométrico
começará a fluir, devendo-se marcar os tempos decorridos até que o líquido atinja a segunda e
terceira posições;
5) Cálculo:
Finura (cm2/g) = t (s)1/2 . K Eq. (2)
Onde:
t = tempo requerido para deslocar o fluido;
K = constante.
3.1.2 Ensaios Químicos
a) Resíduo Insolúvel (R.I)
Determina a fração residual ao ataque ácido no cimento portland. Este ensaio é
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regido pela dissolução dos compostos do clínquer (silicatos e aluminatos) em ácido clorídrico.
A maior parte dos insolúveis advém provavelmente do sulfato de cálcio (gesso) e do aditivo
adicionado no final do processo.
Execução do ensaio
1) Toma-se (1g ± 0,001g) de amostra e dissolve-se com HCl concentrado;
2) Acrescenta-se água e aquece a solução por alguns minutos;
3) Filtra-se a solução com papel de filtro de filtração média;
4) Após a filtração, macera-se o papel de filtro num béquer contendo solução de
NaOH e leva-se para aquecer;
5) Adiciona-se algumas gotas de indicador vermelho de metila e acidifica com HCl;
6) Filtra-se à quente em papel de filtração média com NH4NO3;
7) Coloca-se o resíduo insolúvel em um cadinho tarado (m1) e calcina-se a 9500 C;
8) Após arrefecimento, pesa-se o cadinho (m2).
9) Cálculo:
)3.( 100 .% 12 Eqxm
mmIR
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Onde:
m = massa tomada para ensaio (g);
m1 = massa do cadinho tarado (g);
m2 = massa do cadinho tarado + resíduo calcinado (g).
b) Determinação de CaO Livre
Este método objetiva determinar o óxido de cálcio que não se combinou durante a
formação da fase líquida do clínquer. É baseado na dissolução do CaO pelo etileno glicol à
quente.
Execução do ensaio
1) Transfere-se (1g ± 0,001g) de amostra para um erlenmeyer e adiciona-se etileno
glicol;
2) Aquece-se a solução com agitação por 30 minutos;
3) Num funil de Buchnner, realiza-se a filtração e recolhe-se o filtrado;
4) Em seguida, titula-se com solução de HCl até mudança de cor;
5) Cálculo:
)4.(E % qm
FxVlivreCaO
Onde:
F = fator do HCl;
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V = volume de HCl gasto na titulação (mL);
m = massa de amostra tomada para ensaio.
c) Pérola Fundida
Este ensaio promove a fusão do material à alta temperatura em forma de pastilha,
que através de leitura no espectrômetro de raios-x é possível determinar a composição
química do cimento portland.
Execução do ensaio
1) Calcina-se (4g ± 0,001g) de amostra e toma-se 1,6700g do material calcinado;
2) Pesa-se os fundentes apropriados e junta-se a amostra dentro do cadinho Pt-Au;
3) Seleciona-se o programa adequado no equipamento para executar a fusão do
material;
4) Encaminha-se a pastilha a sala de raios-x para leitura no espectrômetro
iv
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os ensaios físicos e químicos geram dados da qualidade do produto para serem
comparados com sua especificação, que consiste em um documento que estabelece os
requisitos com os quais o produto ou serviço tem de estar conforme. É baseada nas normas de
fabricação do cimento portland, veja Tabela 02.
Tabela 02 : Especificação do cimento portland.
FONTE: Laboratório de controle da qualidade, Cimesa (Ano 2004)
Após esta comparação, os dados do produto tanto em estado de concordância entre a
qualidade real produzida e a qualidade alvo (planejada), ou em discordância com os requisitos
especificados - são registrados no software de apoio PI, conforme se observa na Tabela 03.
Este programa possui um sistema de gerenciamento de dados utilizado para armazenar e
avaliar dados de processo e qualidade permite que as informações cheguem oportunamente
1 Faixas de Especificação
Tipos de cimento
portland
# 325
(%)
# 200
(%)
2 Blaine
(cm2/Kg)
CaO livre
(%)
R.I.
(%)
CP II -F 32 15,0 1,5 3,5 1,5 3650 300 < 2,3 1,60 0,75
CPP 19,0 1,5 5,0 1,0 3 2800 300
≤ 1,9 ≤ 0,75
CP I/II 3,0 1,0 - 3900 200 - ≤ 0,75
CP - IV 8,0 2,0 1,5 1,0 ≥ 4200 ≤ 1,5 22,5 2,5
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aos centros de decisão da fábrica.
Além do programa PI, existe o registro de não conformidade interna para o produto
não-conforme. O objetivo é rastrear o agente principal que afeta as características da
qualidade ou os resultados de um processo (efeito), consiste em eliminar problemas
restabelecendo o estado de conformidade e o pleno atendimento da qualidade.
Tabela 03 : Software PI para registro de dados da qualidade do produto na indústria.
O laboratório utiliza painéis para divulgação da situação do controle da qualidade
sob forma de gráficos, estes contêm resultados alcançados na semana anterior ou mesmo no
dia anterior. Essa informação visa apresentar estímulo para a melhoria da qualidade e da
produtividade em geral.
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5 CONCLUSÃO
Através do estágio na fábrica Cimesa S/A foi possível observar, estudar e analisar as
etapas de fabricação do cimento a partir do controle da qualidade, instalado em todas as suas
unidades de produção.
O controle da qualidade possui quatro tarefas dentro da fábrica e ao longo do período
de estágio, prestou-se suporte no controle do produto acabado. Este controle foi realizado pela
inspeção no cimento através de ensaios físicos e químicos.
Pode-se concluir, que essa inspeção é uma estratégia limitada, pois identifica itens
não-conformes após estes terem sido produzidos, e os separa dos itens conformes. Por isso, o
controle químico das matérias-primas, farinha e clínquer realizado pelo laboratório de
controle da qualidade tornam-se importantíssimos, uma vez que prevê as características da
qualidade do produto acabado.
A Cimesa S/A produz quatro tipos diferentes de cimento e apesar da complexidade
inerente à necessidade de adequação dos processos, dificilmente seu produto apresenta-se fora
de especificação, chegando ao mercado consumidor um cimento de qualidade, apto às
diversas aplicações.
A realização do estágio na Cimesa mostrou-me a importância da experiência do
primeiro contato com a prática profissional para o ingresso no mercado de trabalho, pois
através dela tive a oportunidade de desenvolver habilidades necessárias para o exercício
eficiente da profissão, as quais não são oferecidas na academia. A Cimesa S/A foi um valioso
espaço de crescimento e aprendizagem devido à vivência com profissionais experientes da
área e o treinamento no desenvolvimento de atividades inerentes à minha profissão.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] CENTURIONE, Sérgio Luiz. A mineralização do clínquer portland e seus benefícios
tecnológicos. Tese de doutorado – Programa de pós-graduação em Mineralogia e Petrologia,
São Paulo: Universidade de São Paulo, 1999, (2,10,11, p).
[2] http://www.abcp.com.br. Acesso em: 05 abril de 2004.
[3] Cimesa S/A. Programa trainee 2004, Sergipe, 2004. CD-ROM.
[4] Jornal Visão Comum, Ano 5, no 25, 2003.
[5] http://www.crbca. Acesso em: 10 jan. 2004.
[6] FILHO, Ruy de C. B. Lourenço. Controle estatístico de qualidade. Rio de Janeiro: Livros
Técnicos e Científicos, 1985, (13-21, 35, 81 p).
[7] ABCP, Manual de Procedimentos, análises químicas de cimentos e matérias-primas. São
Paulo: Associação Brasileira de Cimento Portland, 2001 (13, 78 p).