PROCESSOS DE PRODUÇÃO DO ALUMÍNIO - PARTE 1

PROCESSOS DE PRODUÇÃO DO ALUMÍNIO Laminação

É um processo de transformação mecânica que consiste na redução da seção transversal por compressão do metal, por meio da passagem entre dois cilindros de aço ou ferro fundido com eixos paralelos que giram em torno de si mesmos. Esta seção transversal é retangular e referem-se a produtos laminados planos de alumínio e suas ligas, compreendendo desde chapas grossas com espessuras de 150 mm, usadas em usinas atômicas, até folhas com espessura de 0, 005 mm, usadas em condensadores. Existem dois processos tradicionais de laminação de alumínio: laminação a quente e laminação a frio. Atualmente, a indústria também se utiliza a laminação contínua.

FIGURA 1 - Processo de laminação do alumínio

Os principais tipos de produtos laminados são: chapas planas ou bobinadas, folhas e discos. Esses semimanufaturados têm diversas aplicações em setores como transportes (carrocerias para ônibus, equipamentos rodoviários, elementos estruturais, etc.), construção civil (telhas, fachadas, calhas, rufos, etc.), embalagens (latas, descartáveis e flexíveis) e bens de consumo (panelas, utensílios domésticos, etc.).

Laminação a Quente

Promove reduções da seção transversal com o metal a uma temperatura mínima de aproximadamente 350°C (igual à temperatura de recristalização do alumínio). A ductilidade do metal a temperaturas desta ordem é máxima e, nesse processo ocorre à recristalização dinâmica na deformação plástica. O processo transcorre da seguinte forma:

1º - Uma placa (matéria-prima inicial), cujo peso varia de alguns quilos até 15 toneladas, é produzida na refusão, por meio de fundição semicontínua, em molde com seção transversal retangular. (Este tipo de fundição assegura a solidificação rápida e estrutura metalúrgica homogênea). A placa pode sofrer uma usinagem superficial (faceamento) para remoção da camada de óxido de alumínio, dos grãos colunares (primeiro material solidificado) e das impurezas provenientes da fundição.     2º - Posteriormente, a placa é aquecida até tornar-se semiplástica.     3º - A laminação a quente se processa em laminadores reversíveis duplos (dois cilindros) ou quádruplos (dois cilindros de trabalho e dois de apoio ou encosto). 4º - O material laminado é deslocado, a cada passada, por entre os cilindros, sendo que a abertura dos mesmos define a espessura do passe. A redução da espessura por passe é de aproximadamente 50% e depende da dureza da liga que está sendo laminada. No último passe de laminação, o material apresenta-se com espessura ao redor de 6 mm, sendo enrolado ou cortado em chapas planas, constituindo-se na matéria-prima para o processo de laminação a frio.

FIGURA 2 - Processo de laminação a quente do alumínio

Concepções mais modernas do processo de laminação a quente podem apresentar em linha, após o desbastamento, em um laminador reversível, uma cadeia de vários laminadores, denominada de "tandem", que reduz a espessura do material para cerca de 2 mm.

Uma unidade de laminação a quente contém: laminador, refusão (unidade de fundição de placas), fornos de pré-aquecimento para placas, tratamentos térmicos de homogeneização (distribuição mais homogênea dos elementos micro constituintes químico-metalúrgicos), tesouras rotativas e guilhotinas para cortes laterais e longitudinais do material laminado, serras para cortes das extremidades e faceadeira para usinagem das superfícies. 

Fonte: ABAL

Características físico-químicas do Alumínio

Características físico-químicas

Propriedades Mecânicas As propriedades mecânicas são determinadas por ensaios rotineiros de amostras selecionadas como sendo representativas do produto. Estes ensaios mecânicos são normalmente destrutivos de modo que não devem ser efetuados em produtos acabados, pois alteram suas condições de funcionalidade. Obtêm-se corpos de prova de amostras que tenham sido elaboradas do mesmo modo que o produto, exceto no caso de peças fundidas e forjadas. Os ensaios de peças fundidas são feitos em corpos-de-prova do mesmo vazamento do metal da peça fundida e elaborados ao mesmo tempo. Com as peças forjadas, os ensaios, geralmente, são feitos em pedaços cortados do mesmo metal da peça. Os valores das propriedades mecânicas podem dividir-se em dois grupos:     - Valores garantidos:  Parâmetros mínimos estabelecidos pelas especificações;    - Valores típicos: Obtidos por meio de dados estatísticos propiciados por ensaios rotineiros, que garantem que o material obedece às especificações.  Limite de Resistência a Tração É a máxima tensão que o material resiste antes de haver sua ruptura. Calcula-se dividindo a carga máxima (em quilogramas) aplicada durante o ensaio, pela seção transversal em milímetros quadrados do corpo-de-prova. Para o alumínio puro recozido, essa razão é de aproximadamente 48 MPa (4,9 kg/mm2). O valor aumenta em função da liga, do trabalho a frio e do tratamento térmico (quando possível). Limite de Escoamento Consiste na tensão em que o material começa a deformar-se plasticamente e que para o alumínio é de 0,2% do comprimento original medido em um corpo-de-prova normal. É importante definir este grau de deformação permanente porque as ligas de alumínio não possuem limite de escoamento tão pronunciado como a maioria dos aços. O limite do alumínio puro é de aproximadamente 12,7 Mpa (1,3 kg/mm2). Alongamento O alongamento é expresso em porcentagem relativamente ao comprimento original medido em um corpo de prova normal e é calculado pela diferença entre os pontos de referência, antes e depois do ensaio de tração. Esse alongamento indica a ductilidade do metal ou da liga. Quanto mais fino o corpo-de-prova, menor será o alongamento e vice-versa. Dureza Define-se como a medida da resistência de um metal à penetração. Existem várias maneiras de se determinar a dureza de um material. Para os metais, os mais comuns são os métodos de Brinell, Vickers e Rockwell. Não existe uma relação direta entre o valor da dureza e as propriedades mecânicas das várias ligas de alumínio. Os elementos de liga aumentam em muito sua resistência com o alumínio, assim como o tratamento térmico e o endurecimento pelo trabalho a frio. Entretanto a dureza é significativamente mais baixa do que a maioria dos aços. Módulo de Elasticidade O módulo de elasticidade do alumínio é de 7030 kg/mm2. A adição de outros materiais nas ligas não altera esse valor consideravelmente, que pode chegar a até 7500 kg/mm2. Portanto, o índice do alumínio representa um terço do módulo de elasticidade do aço. Essa propriedade dá ao alumínio a vantagem de dar às estruturas de alumínio uma elevada capacidade de amortecer golpes e reduzir as tensões produzidas pela variação da temperatura. Tensão de Fadiga Quando uma tensão oscilante é aplicada por certo número de vezes sobre um mesmo material, mesmo que os impactos tenham força inferior ao seu limite de resistência à tração, é previsível uma falha por fadiga. Em muitas ligas de alumínio não há um limite inferior de tensão abaixo do qual a fadiga nunca possa ocorrer, mas quanto menor a tensão, maior o número de ciclos necessários para produzir a falha. No alumínio, em testes normais, o limite de resistência chega a 50 milhões de inversão de tensão e pode variar de 25% a 50% da tensão de ruptura, conforme a liga. Limites de Temperatura O alumínio puro funde a 660ºC e várias ligas possuem um ponto de fusão inferior a esse. O metal puro e muitas ligas perdem um pouco a sua resistência, ficando sujeito a uma lenta deformação plástica, chamada de fluência, se permanecer sob tensão por longos períodos em temperaturas acima de 200ºC. Por outro lado, ligas feitas para serviços em altas temperaturas, como às usadas em pistões, retêm suas propriedades adequadamente, funcionando satisfatoriamente dentro da faixa de temperatura de trabalho requerida. Quando exposto a temperaturas abaixo de zero, o alumínio não se torna frágil. Sua resistência aumenta sem perder a ductilidade. Esta é a característica que leva uma liga de AlMg ser escolhida para a construção de tanques soldados para armazenamento de gás metano liquefeito, em temperaturas de –160ºC. Saiba mais sobre o Alumínio!

Alumínio - Introdução

O alumínio, apesar de ser o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, é o metal mais jovem usado em escala industrial. Mesmo utilizado milênios antes de Cristo, o alumínio começou a ser produzido comercialmente há cerca de 150 anos. Sua produção atual supera a soma de todos os outros metais não ferrosos. Esses dados já mostram a importância do alumínio para a nossa sociedade. Antes de ser descoberto como metal isolado, o alumínio acompanhou a evolução das civilizações. Sua cronologia mostra que, mesmo nas civilizações mais antigas, o metal dava um tom de modernidade e sofisticação aos mais diferentes artefatos. O minério de alumínio predominante é a bauxita, a qual é constituída essencialmente de um óxido hidratado – Al2 O3 H2O – contando ainda óxido de ferro, sílica, óxido de titânio e pequenas quantidades de outros compostos. Nos minérios utilizados na produção de alumínio, o teor de Al2 O3 varia de 40 a 60% (CHIAVERINI, 1986). Descoberto em 1825, o alumínio é produzido em quantidades maiores que qualquer outro metal não ferroso utilizado na indústria. Embora seja abundante na crosta terrestre, não é fácil extraí-lo, pois ocorre na forma de compostos (substância formada por dois ou mais elementos químicos). Prateado, o alumínio é resistente e leve, pouco suscetível à corrosão e amplamente reciclável. Dos seus compostos, o óxido (coridon) é o mais duro dos metais depois do diamante (MOHS), o sulfato é utilizado nas indústrias de papel e o cloreto é importante catalisador em química orgânica e na fabricação de óleos lubrificantes. A têmpera, na hora da fabricação, é um fator primordial da qualidade das peças. É de difícil soldagem, quando se consegue soldar, perde 50% de suas propriedades mecânicas, pois destempera. Para superar esse inconveniente surgiram no mercado colas sintéticas especiais, mas que perdem a resistência a temperaturas elevadas e que não têm boa coesão na tração (BAUER, 2005). O alumínio e suas ligas são caracterizados por uma densidade relativamente baixa (2,7 g/cm³, em comparação com uma densidade de 7,9 g/cm³ para o aço), condutividade elétrica e térmica elevadas e uma resistência à corrosão em alguns ambientes comuns, incluindo a atmosfera ambiente. Muitas dessas ligas são conformadas com facilidade em virtude das suas elevadas ductilidades; isso fica evidente em virtude das finas folhas de papel alumínio nas quais o material relativamente puro pode ser laminado. Uma vez que o alumínio possui estrutura cristalina cúbica de face centrada - CFC, sua ductilidade é mantida até mesmo em temperaturas reduzidas. A principal limitação do alumínio está na sua baixa temperatura de fusão (600 ºC), o que restringe a temperatura máxima em que o alumínio pode ser utilizado  (CALLISTER, 2002). Hoje, os Estados Unidos e o Canadá são os maiores produtores mundiais de alumínio. Entretanto, nenhum deles possui jazidas de bauxita em seu território, dependendo exclusivamente da importação. O Brasil tem a terceira maior reserva do minério no mundo, localizada na região amazônica, perdendo apenas para Austrália e Guiné. Além da Amazônia, o alumínio pode ser encontrado no sudeste do Brasil, na região de Poços de Caldas (MG) e Cataguases (MG). A bauxita é o minério mais importante para a produção de alumínio, contendo de 35% a 55% de óxido de alumínio (CHIAVERINI, 1986).

 

Termodinâmica Aplicada

• Termodinâmica: Parte da física que estuda a transformações da energia em trabalho através da variação da temperatura do sistema.
• Entalpia: Conteúdo total de energia de um sistema.
• Entropia: Energia incapaz de realizar trabalho.

• Leis

1ª Lei da Termodinâmica

A energia não pode ser criada ou destruída apenas transformada.

2ª Lei da Termodinâmica

Espontaneamente, a energia é transferida do corpo com maior conteúdo energético para o corpo com menor conteúdo energético.

Termodinâmica Aplicada

Para que haja troca de calor é necessário que haja variação da energia nos corpos que compõem o sistema.

Toda troca de calor envolve transferência de energia.

O calor sensível ocorre quando a transferência de energia implica em variação da temperatura dos corpos.

Corpos que estejam em temperatura diferentes trocam calor, os de maior temperatura cedem calor para os de menor temperatura.

O calor latente ocorre quando a transferência de energia implica em variação no estado de agregação das moléculas do corpo, sem ocorrer alteração na temperatura do sistema.

Revista Nature - Notícias sobre a Produção de Grafeno

• A revista Nature, em sua edição de hoje (25/11/2010) anuncia uma promissora notícia sobre produção comercial de extensas folhas de grafeno - a estrutura de uma única camada atômica de carbono em arranjos hexagonais, que valeu o Prêmio Nobel de Física de 2010 a André Geim e Konstantin Novoselov. 
• A novidade vem de experimentos realizados pelo grupo de pesquisas liderado por J.M Tour da Rice University – Texas/EUA, em que uma extensa área de grafeno de alta qualidade pode ser produzida com espessura controlável a partir de diferentes fontes de carbono sólido. 
• Os pesquisadores depositaram as camadas em um substrato catalisador metálico mantido em temperaturas abaixo de 800 °C. Foram produzidas camadas tanto de grafeno puro quanto o grafeno combinado com outros elementos. 
• O Grafeno é um material promissor pois apresenta propriedades condutoras, mecânicas e estruturais excepcionais. Trata-se de um material bidimensional que é mais resistente que o diamante, e agora é considerado o material mais resistente do mundo. 
• O Grafeno é uma forma de carbono e altamente condutor, que em breve será usado em computadores e eletrônicos em geral. O material foi descoberto através do uso de uma fita adesiva e um pedaço de grafite, onde conseguiram obter um floco de carbono com a espessura de um único átomo. 
• Esse material é tão bom quanto o cobre, como condutor de calor, superando qualquer material conhecido. Ele é transparente, mas ao mesmo tempo extremamente denso, onde nem mesmo o hélio, que é o menor dos átomos gasosos, consegue atravessá-lo. A descoberta desse material irá contribuir muito para o desenvolvimento de transistores e telas sensíveis a toque. 
• Assista ao vídeo que mostra mais informações sobre o grafeno:

O que é Tribologia?

• Para se ter uma completa compreensão do fenômeno do desgaste, é preciso que sejam considerados outros dois aspectos, isto é, a fricção e a lubrificação. Assim, define-se a palavra tribologia, do grego tribo (fricção, atrito), que é a ciência e tecnologia da interação de superfícies em movimento relativo, sendo que esta incorpora o estudo da fricção, lubrificação e desgaste.
• Em muitos casos, baixa fricção é desejável. A operação satisfatória de articulações, como a do quadril humano, por exemplo, demanda uma baixa força de fricção. Contudo, baixa fricção não é necessariamente benéfica em todos os casos. Em sistemas mecânicos, como os freios e embreagens, fricção é essencial.
• Uma alta força de fricção também é desejável entre o pneu de um veículo e a superfície do pavimento, assim como é importante entre o calçado e o piso durante a marcha. O mundo em que vivemos seria completamente diferente se não houvesse a fricção entre os corpos ou se esta fosse menos intensa.
• Sempre que duas superfícies se movimentarem, uma em relação à outra, ocorrerá o desgaste, sendo que este pode ser definido como um prejuízo mecânico a uma ou as duas superfícies, geralmente envolvendo perda progressiva de material. Em muitos casos, o desgaste é prejudicial, levando a um aumento contínuo da folga entre as partes que se movimentam ou a uma indesejável liberdade de movimento e perda de precisão.
• A perda por desgaste de pequenas quantidades relativas de material pode ser suficiente para causar a completa falha de máquinas grandes e complexas. Entretanto, assim como na fricção, altas taxas de desgaste são algumas vezes desejáveis, como em operações de lixamento e polimento.

• Um método de reduzir a fricção e, frequentemente, o desgaste, é a lubrificação das superfícies. Ainda assim, mesmo que um lubrificante artificial não seja adicionado ao sistema, componentes da atmosfera (especialmente oxigênio e vapor d’água) têm um importante efeito e precisam ser considerados em qualquer estudo da interação de superfícies.

Sistemas de Unidades de Medidas

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (SI)

Sistema MKS Giorgi
Comprimento M			Massa K			Tempo s s (segundo)
	m (metro)			Kg (quilograma)

Na Mecânica aplicam-se dois outros sistemas conforme mostram as tabelas a seguir:     

Sistema CGS
Comprimento C	Massa G	Tempo s
cm (centímetro)	g (grama)	s (segundo)

Sistema MK*S ou MKS Técnico
Comprimento M	Força K*	Tempo S s (segundo)
m (metro)	kgf (quilograma-força)

Outras Unidades

Nome	Símbolo	Fator de Multiplicação
Exa	E	1018 = 1 000 000 000 000 000 000
Peta	P	1015 = 1 000 000 000 000 000
Tera	T	1012 = 1 000 000 000 000
Giga	G	109 = 1 000 000 000
Mega	M	106 = 1 000 000
Quilo	k	103 = 1000
Hecto	h	102 = 100
Deca	da	10
Deci	d	10-1 = 0,1
Centi	c	10-2 = 0,01
Mili	m	10-3 = 0,001
Micro	p.	10-6 = 0,000 001
nano	n	10-9 = 0,000 000 001
pico	p	10-12 = 0,000 000 000 001
femto	f	10-15 = 0,000 000 000 000 001
atto	a	10-18 = 0,000 000 000 000 000 001

Nome da Unidade	Símbolo	Valor do SI
angstrom	A	10-10 m
atmosfera	atm.	101325 Pa
bar	bar	105 Pa
barn	b	10-28 m2
*caloria	cal	4,1868 J
*cavalo-vapor	cv	735,5 W
curie	ci	3,7 x 1010 Bq
gal	Gal	0,01 m/s2
* gauss	Gs	10-4 T
hectare	ha	104 m2
* quilograma-força	kgf	9,80665 N
* milímetro de Hg	mmHg	133.322 Pa (aproxima- do)
milha marítima		1852 m
nó		1852/3600 m/s milha marítima por hora
* quilate rad		2 x 10-4 kg não confun- dir com ligas de ouro 0,01 Gy

 

Vídeo Aulas: Número de Coordenação na Célula Unitária

Todo sólido cristalino tem um arranjo ordenado de empacotamento de seus átomos nos três eixos cartesianos. Esta estrutura tridimensional é chamada retículo cristalino. Na natureza existem 14 possíveis retículos cristalinos (redes de bravais), os quais podem ser agrupados em 7 sistemas. Aqui será tratado apenas o sistema cúbico, que possui três possíveis retículos (veja figura), nos quais se empacotam os átomos dos metais cristalinos.                                                   

Os três tipos de células unitárias cúbicas

Na fila de cima aparecem os pontos de rede de cada célula. Na fileira de baixo os pontos são ocupados por esferas que representam os átomos ou íons da rede. Todas as esferas representam átomos ou íons idênticos, centrados nos pontos de rede. Observe que as esferas nos vértices dos cubos de corpo centrado ou de face centrada não se tangenciam. Na célula de corpo centrado, o átomo de cada vértice é tangente ao átomo central, e na célula de face centrada é tangente as três esferas centradas nas faces adjacentes.

Modelo de Fluxograma - Recebimento de Mercadorias

Estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC)

Centro de um átomo em cada vértice e nos centros das faces do cubo (célula).

Direção de empacotamento: diagonal de cada face.

Exemplos: cobre, alumínio, prata e ouro.

4 átomos em cada célula.

NC = 12

FEA = 0.74 (alto)

Relação aresta da célula / Raio atômico:

a² + a² = (4R)²     a = 2 R (2)^1/2                                                 







Exemplo:

Determinar o volume da célula unitária da estrutura cristalina CFC.

a² + a² = (4R)²

Logo: a = 2R(2)^1/2

Vc = a³ = [2R(2)^1/2]³ = 2³ R³ [(2)^1/2]³ = 16 R³ (2)^1/2

Calcular o FEA para estrutura cristalina CFC.

FEA = Vol. Átomos na célula = V_E
            Vol. Total da célula       V_C

Vol. Da esfera =   4PI * R³
                                 3

Para a estrutura CFC temos 4 átomos na célula unitária, logo:

VE = 4 *  4 PI * R³ = 16 PI * R³
                 3                    3

Portanto: FEA =  16/3 * PI * R³  =   PI           =      3.14      = 0.74
                              16 R³ (2)^1/2            3 (2)^1/2             4.24
 

Exercício Resolvido: Esboce dentro de uma célula unitária cúbica os seguintes planos 

Exercício resolvido: Esboçar uma célula unitária para o composto inter metálico...  

Qual seria a diferença entre uma barra de Ferro com estrutura CFC e outra de CCC?  

Estrutura cristalina dos metais

Metais: ligação metálica

· Ligação não direcional;

·  Normalmente um único elemento (mesmo raio atômico);

·  Poucas restrições em relação à quantidade e posição dos átomos vizinhos;

·  Muitos vizinhos próximos;

·  Alto grau de empacotamento;

Três estruturas cristalinas para os metais:

·  Cúbica Simples: CS

·  Cúbica de face centrada: CFC

·  Cúbica de corpo centrado: CCC

·  Hexagonal compacta: HC

Estrutura cristalina cúbica simples (CS):

Estrutura rara. A direção de empacotamento são as bordas do cubo

Baixa densidade de empacotamento.

Somente o Po (Polônio) tem esta estrutura.

Número de coordenação (NC):

Número de átomos vizinhos (ou em contato) de cada átomo.

Para CS temos NC = 6.

Fator de empacotamento atômico (FEA):

Soma dos volumes das esferas de todos átomos no interior de uma célula dividido pelo volume total da célula.

FEA = Volume dos átomos na célula =  VE_

           Volume total da célula              VC

Para estrutura CS temos:

Relação Raio atômico R e aresta a:

R = 0.5  a

Volume da esfera:

Vesfera = 4 * PI * R³

                  3

FEA = 0.52 para estruturas CS.

Carro Transparente no Salão de Automóveis 2010

O automóvel foi construído artesanalmente em perspex — material semelhante ao acrílico —, através do qual é possível visualizar retrovisores, marcha, volante, portas e todos os outros componentes de um carro real. A ideia de criar esse modelo transparente foi permitir ao consumidor observar no comercial como o lubrificante Shell Helix age no interior do motor, garantindo a lubrificação dos componentes e a limpeza do motor.

Galeria de Fotos - Salão do Automóvel 2010

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26º Salão Internacional do Automóvel

Data: 27 de outubro a 7 de novembro

Local: Anhembi - São Paulo/SP

Horários:

27/10 - das 14h às 22h (entrada até 21h)

28/10 a 06/11 - das 13h às 22h (entrada até 21h)

07/11 - das 11h às 19h (entrada até 17h)

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