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Cerâmicas, Polímeros e Utilização na Indústria de Petróleo

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO - Campus São Mateus Centro Universitário Norte do Espírito Santo ENGENHARIA DE PETRÓLEO

CERÂMICAS, POLÍMEROS E SUAS UTILIZAÇÕES NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO

Gabriel Oliveira Pena Layz Queiroz Kruschewsky Pedro Moreira Chaves

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Gabriel Oliveira Pena Layz Queiroz Kruschewsky Pedro Moreira Chaves

CERÂMICAS, POLÍMEROS E SUAS UTILIZAÇÕES NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO

Trabalho apresentado à Faculdade Federal do Espírito Santo, como requisito obrigatório para obtenção de crédito na disciplina de Ciência dos Materiais.

Orientador: Prof José Rafael Cápua Proveti São Mateus Outubro de 2010

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Agradecimento às professoras Patrícia Fontes e Christiane Mapheu Nogueira pelo suporte e auxílio na execução do trabalho.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software SUMÁRIO 1 ? INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------------------------- 07

2 ? CERÂMICAS ---------------------------------------------------------------------------------------------- 11 2.1 ? Estruturas Cerâmicas ------------------------------------------------------------------- 12 2.1.1 ? Estruturas Cristalinas ---------------------------------------------------------- 12 2.1.2 ? Estruturas dos Silicatos ------------------------------------------------------- 14 2.1.3 ? Estrutura do Carbono --------------------------------------------------------- 17 2.1.4 ? Imperfeições das Cerâmicas ------------------------------------------------- 18 2.1.5 ? Difusão em Compostos Iônicos --------------------------------------------- 20 2.1.6 ? Diagrama de Fases das Cerâmicas ----------------------------------------- 20 2.2 ? Propriedades Mecânicas das Cerâmicas ------------------------------------------ 24 2.2.1 ? Fratura Frágil -------------------------------------------------------------------- 24 2.2.2 ? Deformação Plástica das Estruturas em Camadas --------------------- 26 2.2.3 ? Deformação Viscosa do Vidro ----------------------------------------------- 27 2.2.4 ? Comportamento Tensão-Deformação ------------------------------------ 28 2.3 ? Tipos e Aplicações das Cerâmicas --------------------------------------------------- 30 2.3.1 ? Cerâmicas Vermelhas --------------------------------------------------------- 30 2.3.2 ? Materiais de Revestimento -------------------------------------------------- 31 2.3.3 ? Cerâmicas Brancas ------------------------------------------------------------- 31 2.3.4 ? Materiais Refratários ---------------------------------------------------------- 32 2.3.5 ? Isolantes Térmicos ------------------------------------------------------------- 32 2.3.6 ? Abrasivos ------------------------------------------------------------------------- 34 2.3.7 ? Vidros ----------------------------------------------------------------------------- 35 2.3.8 ? Vitrocerâmicos ------------------------------------------------------------------ 35 2.3.9 ? Cimento Portland -------------------------------------------------------------- 36 2.3.10 ? Cerâmicas Avançadas -------------------------------------------------------- 37 2.4 ? Processamento e Fabricação das Cerâmicas ------------------------------------- 39

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.1 ? Preparação da Matéria-Prima ----------------------------------------------- 39 2.4.2 ? Preparação da Massa ---------------------------------------------------------- 40 2.4.3 ? Formação de Peças ------------------------------------------------------------ 40 2.4.3.1 ? Colagem ou Fundição --------------------------------------------- 41 2.4.3.2 ? Prensagem ----------------------------------------------------------- 41 2.4.3.3 ? Extrusão -------------------------------------------------------------- 42 2.4.3.4 ? Torneamento -------------------------------------------------------- 42 2.4.4 ? Tratamento Térmico ----------------------------------------------------------- 42 2.4.4.1 ? Secagem -------------------------------------------------------------- 42 2.4.4.2 ? Queima --------------------------------------------------------------- 43 2.4.5 ? Acabamento --------------------------------------------------------------------- 43 2.4.6 ? Esmaltação e Decoração ------------------------------------------------------ 44 2.4.6.1 ? Tipos de Esmaltes -------------------------------------------------- 44 2.4.6.2 ? Preparação de Esmaltes (Vidrados) ---------------------------- 45 2.4.6.3 ? Aplicação do Esmalte ---------------------------------------------- 45 2.4.6.4 ? Corantes -------------------------------------------------------------- 45 2.4.6.5 ? Decoração ------------------------------------------------------------ 46

3 ? POLÍMEROS ---------------------------------------------------------------------------------------------- 47 3.1 ? Estrutura Polimérica -------------------------------------------------------------------- 49 3.1.1 ? Forças Moleculares em Polímeros ----------------------------------------- 49 3.1.2 ? Funcionalidade ------------------------------------------------------------------ 49 3.1.3 ? Peso Molecular ----------------------------------------------------------------- 50 3.1.4 ? Forma Molecular --------------------------------------------------------------- 51 3.1.5 ? Estrutura Molecular ----------------------------------------------------------- 51 3.1.5.1 ? Polímero Linear ----------------------------------------------------- 51 3.1.5.2 ? Polímero Ramificado ---------------------------------------------- 51 3.1.5.3 ? Polímero em Rede ------------------------------------------------- 52 3.1.6 ? Configurações Moleculares -------------------------------------------------- 52

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.6.1 ? Encadeamento ------------------------------------------------------ 52 3.1.6.2 ? Taticidade ------------------------------------------------------------ 53 3.1.6.3 ? Isomeria Cis-Trans em Dienos ----------------------------------- 54 3.1.7 ? Copolímero ---------------------------------------------------------------------- 54 3.1.7.1 ? Aleatório ------------------------------------------------------------- 54 3.1.7.2 ? Alternado ------------------------------------------------------------ 54 3.1.7.3 ? Em Bloco ------------------------------------------------------------- 55 3.1.7.4 ? Enxertado ------------------------------------------------------------ 55 3.1.8 ? Cristalinidade do Polímero --------------------------------------------------- 55 3.1.8.1 ? Polímero Amorfo --------------------------------------------------- 55 3.1.8.2 ? Polímero Cristalino ------------------------------------------------ 55 3.1.8.3 ? Polímero Semi-cristalino ----------------------------------------- 55 3.1.8.4 ? Fatores que influenciam na cristalinidade do polímero -- 56 3.2 ? Propriedades Mecânicas e Características dos Polímeros ------------------- 57 3.2.1 ? Divisão dos Polímeros --------------------------------------------------------- 57 3.2.1.1 ? Termoplásticos ----------------------------------------------------- 58 3.2.1.2 ? Termorrígidos (Termofixos) ------------------------------------- 58 3.2.1.3 ? Elastômeros (Borrachas) ----------------------------------------- 58 3.2.2 ? Viscoelasticidade dos Polímeros -------------------------------------------- 59 3.2.2.1 ? Viscoso ---------------------------------------------------------------- 59 3.2.2.2 ? Elástico ---------------------------------------------------------------- 59 3.2.2.3 ? Viscoso Intermediário --------------------------------------------- 60 3.2.3 ? Características da Fratura ---------------------------------------------------- 60 3.2.4 ? Polimerização ------------------------------------------------------------------- 60 3.2.4.1 ? Polimerização por Adição ---------------------------------------- 61 3.2.4.2 ? Polimerização por Condensação ------------------------------- 63 3.2.5 ? Aditivos para Polímeros ------------------------------------------------------ 65 3.3 ? Aplicações Diversas --------------------------------------------------------------------- 66 3.3.1 ? Revestimentos ------------------------------------------------------------------ 66

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.3.2 ? Adesivos -------------------------------------------------------------------------- 66 3.3.3 ? Películas -------------------------------------------------------------------------- 67 3.3.4 ? Espumas -------------------------------------------------------------------------- 67 3.3.5 ? Tubulações e Conexões Hidrosanitárias ---------------------------------- 67 3.3.6 ? Aditivos Químicos -------------------------------------------------------------- 68 3.4 ? Polímeros e o Meio Ambiente ------------------------------------------------------- 69 3.4.1 ? O PVC e o Ambiente ----------------------------------------------------------- 70

4 ? IMPORTÂNCIA E UTILIZAÇÃO DE POLÍMEROS E CERÂMICAS NA INDÚSTRIA DE PETRÓLEO ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 71 4.1 ? Cimentação de Poços de Petróleo -------------------------------------------------- 72 4.2 ? Fluidos de Perfuração ------------------------------------------------------------------ 73 4.3 ? Restauração de Poços de Petróleo ------------------------------------------------- 74 4.4 ? Recuperação de Óleos nos Poços de Petróleo ----------------------------------- 75 4.5 ? Filtro de Cerâmica ----------------------------------------------------------------------- 76 4.6 ? Fibra Ótica --------------------------------------------------------------------------------- 77

5 ? CONCLUSÃO --------------------------------------------------------------------------------------------- 78

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS -------------------------------------------------------------------------- 80

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 1 ? INTRODUÇÃO

Engenharia de materiais é o ramo da engenharia voltado para a pesquisa de materiais e de novos usos industriais para os materiais já existentes. O engenheiro, portanto, pesquisa e cria materiais, como resinas, plásticos, cerâmicas e ligas metálicas, além de aperfeiçoar suas propriedades e estabelecer novas combinações, que resultam em processos inéditos.

A Ciência dos Polímeros é multidisciplinar com grande colaboração da Química, Física e das Engenharias. A Química de Polímeros é a parte desta ciência que cuida da síntese, caracterização e estudo das propriedades dos polímeros. No Brasil, há diversos grupos de pesquisa nesta área e existe até uma associação: a Associação Brasileira de Polímeros (ABPol).

Polímeros são compostos orgânicos e reações de difícil execução em laboratório, tanto que, até a primeira metade do século XIX acreditava-se na chamada Teoria da Força Vital. Até o século XIX somente era possível utilizar polímeros produzidos naturalmente, pois não havia tecnologia disponível para promover reações entre os compostos de carbono. Isso caracteriza a 1ª fase da história dos polímeros. Na 2ª fase, a teoria da Força Vital é derrubada. Com essa derrubada as pesquisas sobre química orgânica se multiplicam. A 3ª Fase, período entre 1920 e 1950 foi decisivo para o surgimento dos polímeros modernos.

O primeiro polímero a ser sintetizado em laboratório foi o polietileno, em uma indústria na Inglaterra, mas esse polímero só ficou conhecido anos depois durante a Segunda Guerra Mundial. Nessa época desempenhou um importante papel: como isolante elétrico de radares militares. Tais equipamentos foram muito importantes durante a guerra, pois, por meio deles, era possível perceber não só a chegada de inimigos, como também situar as tropas de controle.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Na tentativa de substituir a seda, descobriu-se a fibra de nylon (New York London, em referência aos dois maiores mercados consumidores da época). Posteriormente, surgiram vários tipos de polímeros, que permitiram uma modificação muito grande nos costumes do mundo atual.

Além dos polímeros sintéticos, que invadiram o cotidiano do homem moderno, existem os naturais que o homem convive há muito mais tempo e que agora também encontram novas aplicações devido ao desenvolvimento da ciência dos polímeros. A celulose, usada tradicionalmente na indústria de papel, por exemplo, pode ser modificada quimicamente e adquirir diversas outras aplicações.

Muitas outras áreas se beneficiaram com a ciência de polímeros. Hoje, num consultório odontológico, por exemplo, se faz cura de resina com luz ultravioleta em restaurações dentárias. Isto é ciência de polímeros que se transformou em aplicação. Uma indústria de tintas usa materiais poliméricos de diversos tipos. A indústria de cosmético tem incorporado o uso de polímeros em diversas de suas formulações. A indústria automobilística tem reduzido o peso dos veículos e, portanto, o consumo de combustível, pela substituição de peças metálicas por ?plásticos de engenharia?.

Nossos descendentes, no futuro, talvez se refiram à nossa época como sendo a era dos plásticos. Embora o primeiro polímero sintético só tenha sido obtido em 1907, hoje os plásticos já estão onipresentes em nosso cotidiano. Muitos dos utensílios domésticos, automóveis, embalagens e até mesmo roupas, são feitas com polímeros.

Entretanto, foi a partir da década de 1960, com o início do processo de modernização das embalagens utilizadas para produtos industrializados, que os problemas começaram a surgir. Pelas características de serem descartáveis, alguns materiais poliméricos, como as garrafas PET de refrigerante, acarretam problemas ambientais. Embora biodegradáveis, estes polímeros obtidos de derivados do petróleo não são biopolímeros, designação consagrada para polímeros biodegradáveis obtidos a partir de fontes renováveis e que muito recentemente têm conhecido uma enorme expansão, e então são acumulados no ambiente, conservando por muitos anos suas propriedades físicas, já que possuem elevada resistência.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Os polímeros ou plásticos mais comuns são obtidos a partir de monômeros extraídos diretamente do petróleo, como o etileno, propileno e butadieno, originando assim os materiais tecnicamente conhecidos como polietileno, polipropileno e polibutadieno respectivamente.

?A arte, a ciência e a tecnologia de fabricação de compostos sólidos, que são formados pela aplicação de calor, e algumas vezes calor e pressão, constituídos em grande parte por materiais inorgânicos, não metálicos, são denominados materiais cerâmicos? (KINGERY BARSOUM).

A procura por segurança e durabilidade para as edificações conduziu o homem à experimentação de diversos materiais aglomerantes. Os romanos chamavam esses materiais de "caementum", termo que originou a palavra cimento. A cerâmica é, portanto, o material mais antigo produzido pelo homem, existindo há cerca de dez a quinze mil anos. É um material de imensa resistência, sendo frequentemente encontrado em escavações arqueológicas.

Ela nasceu no momento em que o homem começou a utilizar-se do barro endurecido pelo fogo. Desse processo de endurecimento, obtido casualmente, multiplicou-se e evoluiu até os dias de hoje.

Além de sua utilização como matéria-prima constituinte de diversos instrumentos domésticos, da construção civil e como material plástico nas mãos dos artistas, a cerâmica é também utilizada na tecnologia de ponta, mais especificamente na fabricação de componentes de foguetes espaciais, justamente devido a sua durabilidade. Na medicina, vem sendo utilizada na prótese de ossos e dentária, na pecuária australiana, reveste os chips que injetados dentro do animal, possibilitam uma contagem mais precisa e segura, é ainda o material mais utilizado quando existe a necessidade de um produto resistente a altas temperaturas, como é o caso do trem bala no Japão, onde a cerâmica é colocada nos trilhos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software O setor industrial da cerâmica é bastante diversificado e pode ser dividido e setores que possuem características bastante individualizadas e com níveis de avanço tecnológico distintos: cerâmica vermelha, materiais de revestimento, materiais refratários, louça sanitária, isoladores elétricos de porcelana, louça de mesa, cerâmica artística (decorativa e utilitária), filtros cerâmicos para uso doméstico, cerâmica técnica e isolantes térmicos. No Brasil existem todos estes segmentos, com maior ou menor grau de desenvolvimento e capacidade de produção.

Corpos cerâmicos são usados em diversas etapas na indústria do petróleo. Seu uso é tão abrangente que engloba desde os testes de laboratório, tais como os de caracterização de poços, extração e refino do óleo, diversos processos de separações até vários tratamentos de descarte de resíduos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2 ? CERÂMICAS

As cerâmicas representam alguns dos materiais mais antigos e mais ambientalmente duráveis para a engenharia. Elas também representam alguns dos materiais mais avançados, sendo desenvolvidos para a indústria aeroespacial e eletrônica.

As cerâmicas são compostos formados entre elementos metálicos e não-metálicos, ligados quimicamente entre si fundamentalmente por ligações iónicas e/ou covalentes; na maioria das vezes, elas consistem em óxidos, nitretos e carbetos. Por exemplo, alguns dos materiais cerâmicos mais comuns incluem o óxido de alumínio (ou alumina, Al2O3), o dióxido de silício (ou sílica, SiO2), o carbeto de silício (SiC), o nitreto de silício (Si3N4) e, ainda, o que alguns referem como sendo as cerâmicas tradicionais, aquelas que são compostas por minerais argilosos, assim com o cimento e o vidro. Em relação ao comportamento mecânico, os materiais cerâmicos são relativamente rígidos e resistentes (a rigidez e a resistência são comparáveis àquelas dos metais). Adicionalmente, as cerâmicas são tipicamente muito duras. Por outro lado, devido à existência de planos de deslizamento independentes, ligações iônicas e/ou covalentes e ordem a longa distância, elas são extremamente frágeis (ausência de ductilidade) e altamente suscetíveis à fratura.

Devido a ausência de elétrons livres esses materiais são tipicamente isolantes à passagem de calor e eletricidade e são mais resistentes a altas temperaturas e a ambientes severos do que os metais e os polímeros, graças as suas altas temperaturas de fusão. Em relação às suas características ópticas, as cerâmicas podem ser transparentes, translúcidas ou opacas e algumas à base de óxidos exibem comportamento magnético.

A imagem das cerâmicas é usualmente associada a objetos de arte, pratos, vasos, etc. Evidentemente são produtos cerâmicos, mas eles fornecem uma idéia muito ínfima sobre a dimensão e o universo da indústria de cerâmica nos dias atuais, já que é quase impossível abrir os olhos sem ver um produto cerâmico ou um produto que depende de um engenheiro ou cientista cerâmico para sua existência.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1) ESTRUTURAS CERÂMICAS

A maioria das estruturas cerâmicas pode ser pensada como composta de íons carregados eletricamente, no lugar dos átomos, já que a ligação atômica em materiais cerâmicos é parcialmente ou totalmente iônica. Os cátions (íons metálicos) são carregados positivamente, pois eles cederam seus elétrons de valência aos ânions (íons não metálicos) que são carregados negativamente. As cerâmicas são formadas por pelo menos 2 elementos e suas estruturas cristalinas são geralmente mais complexas do que as de metais.

2.1.1) Estruturas Cristalinas Duas características dos íons componentes em materiais cerâmicos cristalinos influenciam a estrutura do cristal: a magnitude da carga elétrica em cada um dos íons componentes e; os tamanhos relativos dos cátions e dos ânions.

Devido a importância da carga elétrica na estrutura do cristal, ele deve ser eletricamente neutro, isto é, com todas as cargas positivas dos cátions em contrabalanceamento com as cargas negativas dos ânions. A fórmula química de um composto indica a razão entre o número de cátions e o número de ânions ou a composição que atinge esse balanço de cargas. No fluoreto de cálcio, por exemplo, cada íon cálcio possui uma carga elétrica +2 (Ca+2), enquanto a cada íon flúor está associada uma única carga negativa (F-). Dessa forma, devem existir duas vezes mais íons F- do que íons Ca2+, o que pode ser observado na fórmula química para esse composto: CaF2.

O segundo critério influencia uma vez que os elementos metálicos cedem elétrons quando ficam ionizados, os cátions são extremamente menores do que os ânions, devido

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software a isso, a ração [raio_cátion / raio_ânion] é menor do que a unidade. Os cátions necessitam de quantos ânions vizinhos for possível, e vice-versa.

Estruturas cerâmicas cristalinas estáveis se formam quando os ânions que circundam um cátion estão em contato com este cátion, afetando assim na estabilidade da estrutura.

Uma razão crítica ou mínima é estipulada para que o contato entre os ânions e o cátion seja estabelecido, dependendo do número de coordenação, através de considerações puramente geométricas.

? Estruturas cristalinas binárias do tipo AX: Alguns dos materiais cerâmicos usuais são aqueles que existem números iguais de cátions e ânions que mantêm a neutralidade elétrica, onde o A representa o cátion e o X o ânion. Ex: NaCl, CsCl, ZnS.

? Estruturas cristalinas binárias do tipo AmXp: Este tipo de estrutura ocorre quando as cargas dos cátions diferem entre si. E o índice m e/ou p diferem da unidade. Ex: CaF2, Li2O, SiO2, Al2O3.

? Estruturas cristalinas ternárias do tipo AmBnXp: Indicando compostos com mais de A densidade das estruturas cristalinas é obtida através da seguinte equação:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Onde: n? = o número de fórmulas unitárias dentro da célula unitária

?AC = a soma dos pesos atômicos de todos os cátions na fórmula unitária

?AA = a soma dos pesos atômicos de todos os ânions na fórmula unitária

VC = o volume da célula unitária NA = número de Avogadro, 6,023 x 10²³ fórmulas unitárias/mol

2.1.2) Estruturas dos Silicatos Muitos materiais cerâmicos contêm silicatos, em parte, porque os mesmos são abundantes e baratos e, em parte, porque possuem certas propriedades distintas que são úteis para o engenheiro. Provavelmente, o silicato mais conhecido é o cimento ?portland?, o qual tem a grande vantagem de poder formar um ligante hidráulico nos agregados rochosos, Muitos outros materiais de construção tais como tijolos, telhas, vidro, vidrados, são também feitos de silicatos, Entre outras aplicações dos silicatos se incluem isolantes elétricos, materiais de laboratório e fibras de vidro.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Unidades tetraédricas silicato: A unidade estrutural dos silicatos é o tetraedro ?SiO4?, no qual um átomo de silício é cercado, tetraedricamente, por quatro oxigênios.

? Unidades tetraédricas duplas: A segunda das formas de superar a deficiência de elétrons produz uma unidade tetraédrica dupla. Um dos oxigênios é compartilhado por dois tetraedros obtidos de átomos metálicos adjacentes.

? Estruturas em cadeia: Imediatamente se percebe que, se um dos átomos de oxigênio pode ser compartilhado por dois tetraedros adjacentes, isso também é possível para os demais. Podendo ter, em teoria, comprimentos infinitos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Estruturas em camadas: O arranjo das unidades tetraédricas segundo um plano, ao invés de segundo uma linha, torna possível as estruturas de muitos minerais cerâmicos tais como argilas, micas e talcos.

? Estruturas tridimensionais: A repetição das unidades tetraédricas nas três direções produz uma estrutura tridimensional. Nessas estruturas, cada oxigênio está compartilhado por dois tetraedros adjacentes e, obviamente, cada silício cercado por quatro oxigênios.

? Estruturas vítreas: O vidro é um silicato vítreo. Da mesma forma que um líquido, é um material amorfo, mas ao contrário dos líquidos mais comuns, o vidro tem uma estrutura tridimensional contendo ligações covalentes. Consequentemente é mais rígido que a maior parte dos líquidos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1.3) Estrutura do Carbono

O carbono é o sexto elemento da tabela periódica, ele possui dois isótopos estáveis (com números de massa 12 e 13) e 4 radioativos (números de massa 10, 11, 14 e 15). Na natureza, há formas menos puras de carbono, como o coque e o negro-de-fumo e duas formas alotrópicas puras: o diamante e a grafite, diferindo entre si quanto à organização cristalina em que se apresentam.

? Diamante: É extremamente duro e forma cristais altamente refrativos. A dureza do diamante resulta da sua estrutura cristalina covalente, na qual, cada átomo de carbono está ligado covalentemente e muito próximo a quatro outros, situados nos vértices de um tetraedro, criando uma macromolécula tridimensional.

? Grafite: Ocorre naturalmente e também pode ser obtida pelo processo de Acheson, que envolve o aquecimento de coque com argila para formar carbeto de silício, SiC, que perde o silício a 4150°C, ficando o grafite. No grafite, os átomos de carbono estão arranjados em camadas e cada átomo está circundado por outros três, com os quais forma ligações simples ou duplas. As camadas são mantidas juntas por forças fracas de Van der Waals. O grafite é um bom condutor de calor e eletricidade ao longo das camadas. Tem várias aplicações incluindo contatos elétricos, equipamentos para altas temperaturas e lubrificantes sólidos. Grafite misturado com argilas constitui a mina dos lápis.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Fulereno: Forma alotrópica do Carbono descoberta em 1985. Existe como moléculas discretas que formam uma estrutura oca com 60 átomos de carbono. A estrutura molecular lembra uma bola de futebol e é constituída de 20 hexágonos e 12 pentágonos arranjados de modo que entre dois pentágonos não haja uma aresta comum. O material C60 no estado sólido está arranjado numa estrutura cúbica de faces centradas, resultando num material mole e com baixa condutividade elétrica.

2.1.4) Imperfeições das Cerâmicas As propriedades dos materiais são profundamente influenciadas pela presença de imperfeições, devido a isso, é necessário o estudo dos tipos de imperfeições existentes.

Todos os materiais possuem um grande número e vários tipos de defeitos ou imperfeições, muitas propriedades dos materiais são influenciadas pelos desvios da

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software cristanilidade perfeita. As propriedades dos materiais nem sempre são prejudicialmente influenciadas, características específicas podem ser introduzidas pela adição controlada de uma determinada imperfeição. As imperfeições cristalinas geram irregularidades na rede em uma ou mais direções com dimensões na ordem de um diâmetro atômico.

A classificação das imperfeições cristalinas está relacionada com a dimensão ou a forma destas. Podendo ser classificadas em: Imperfeições cristalinas pontuais;

Nas cerâmicas os defeitos pontuais ocorrem de maneira similar aos metais, entretanto, como os materiais cerâmicos possuem no mínimo 2 tipos de íons (cátions e ânions), os defeitos pontuais podem aparecer para cada um desses tipos.

Eletroneutralidade é o estado que ocorre quando há um número igual de cargas positivas e negativas dos íons, em conseqüência disso, os defeitos nos materiais cerâmicos nunca ocorrem sozinhos. Neste caso, a compensação de carga leva à formação de vazios, para manter o composto neutro.

Outros tipos de imperfeições são os Defeitos Frenkel e Schottky, aquele é um tipo de defeito que envolve uma vacância catiônica e um par de cátions intersticiais, este é um defeito causado por um par de vacâncias, uma catiônica e outra aniônica.

Vale saber que a não-estequimetria pode alterar a eletroneutralidade do mateiral, ela ocorre quando o íon possui mais uma carga de valência e gera um excesso de cargas elétricas localizadas, podendo causar algum tipo de defeito.

A deformação plástica é muito rara nas cerâmicas, já que o escorregamento causa a aproximação das coroas eletrônicas que são repelidas impedindo a deformação plástica, sem contar os poucos planos de escorregamento existentes. As poucas cerâmicas que possuem escorregamento, são monocristais, onde o escorregamento ocorre a curta distância logo refazendo a ordem cristalina e são em cerâmicas do tipo sal de rocha ou do tipo fluorita, com pouca importância em aplicações estruturais.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.1.5) Difusão em Compostos Iônicos

A difusão nas cerâmicas, por serem compostos formados por íons, ocorre geralmente através de um mecanismo por lacunas, com o objetivo de manter a neutralidade das cargas do material. As lacunas de íons ocorrem em pares, se formam em compostos não-estequiométricos, e são criadas por íons de impurezas substituicionais que possuem estados de carga diferentes daquelas dos íons hospedeiros. Uma transferência de carga elétrica está associada ao movimento de difusão de um único íon. Para manter a neutralidade desejada no local das cargas na vizinhança desse íon em movimento, é necessário que uma outra espécie com uma carga igual e oposta acompanhe o movimento de difusão do íon.

2.1.6) Diagramas de Fases das Cerâmicas Como os materiais cerâmicos não são fabricados por fusão, nem sofrem deformação a altas temperaturas a importância dos diagramas é limitada quando comparada aos metais, no entanto para os cerâmicos refratários e em alguns casos específicos como em misturas de materiais cerâmicos podem ser importantes. Assim como os metais a maioria dos materiais cerâmicos não é pura, contém impurezas ou adições que resultam em soluções sólidas fases não cristalinas ou fases multi-cristalinas.

Através dos diagramas de fases, é possível: se determinar a temperatura de fusão de cada composto puro; a influência da temperatura de fusão quando dois compostos são misturados; a presença ou não e o grau das soluções sólidas; interação de dois compostos formando outros compostos, como por exemplo, SiO2 + Al2O3 formando a mulita; a temperatura onde ocorre troca de estrutura cristalina (polimorfismo); a quantidade e a

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software composição das fases para determinada temperatura e composição; e determinar parâmetros e variáveis para a sinterização.

Alguns exemplos de diagramas de fases de materiais cerâmicos:

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? MgO + Al2O3

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? SiO2 + Al2O3

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.2) PROPRIEDADES MECÂNICAS DAS CERÂMICAS

Com exceção de uns poucos materiais como, por exemplo, a argila, os materiais cerâmicos são caracterizados pela alta resistência ao cisalhamento e baixa resistência à tração. Consequentemente, eles comumente não apresentam fratura dúctil.

2.2.1) Fratura Frágil O arranjo de coordenação nos metais é o mesmo antes e após a ocorrência de uma etapa completa de escorregamento. Uma etapa semelhante em um cristal biatômico produziria novos vizinhos com forças de atração e repulsão diferentes. Esse novo arranjo só seria atingido através da ruptura de ligações fortes entre os íons. As duas etapas de escorregamento, necessárias para se atingir uma estrutura semelhante à original, teriam de se realizar passando por uma situação de alta energia, resultante das repulsões de íons negativos versus íons negativos e de íons positivos versus íons positivos. Na maioria dos materiais cerâmicos, esse motivo é suficiente para que o escorregamento seja extremamente restrito.

A ausência praticamente total de escorregamento nos materiais cerâmicos tem muitas conseqüências: estes materiais não são dúcteis; podem ser solicitados por tensões de compressão muito elevadas, desde que não se tenha poros presentes; e existe a possibilidade teórica de se ter um limite de resistência à tração elevado. Na prática, frequentemente, o limite de resistência à tração não é alto, Qualquer tipo de irregularidade produz concentração de tensões no material; essa irregularidade pode ser uma fissura, um poro, um contorno de grão ou mesmo um canto vivo interno do componente ou peça. Nos matérias dúcteis, essas concentrações podem ser aliviadas por deformação plástica. Entretanto, nos materiais frágeis, esse mecanismo de alívio de

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software tensões não pode ocorrer e, ao invés disso, ocorrerá a fratura, desde que a concentração de tensões supere o limite de resistência à tração do material, Uma vez iniciada a fratura se propaga facilmente sob tensão, pois a concentração de tensões é aumentada conforme a fratura progride. Por outro lado, sob compressão, um defeito do tipo fissura não é autopropagante; as solicitações podem ser transferidas através da fissura, sem que isso provoque um aumento nas tensões.

Essa vantagem marcante sobre os metais é, parcialmente, uma conseqüência da impossibilidade de se ter escorregamento. Alguns ceramistas consideram que um fator adicional é a ausência quase completa de defeitos estruturais na superfície da fibra de vidro. É possível também que a resfriamento rápido, durante o estiramento da fibra, seja, em parte, responsável pelo aumento na resistência.

A relação entre a resistência à tração e à compressão dos materiais cerâmicos é importante para o engenheiro de projetos. Usualmente, os materiais cerâmicos são muito mais resistentes à compressão que à tração e essa característica tem de ser levada em conta na seleção de materiais de construção. O concreto, tijolos e outros materiais cerâmicos são basicamente usados em locais sujeitos à compressão. Quando é necessário submeter materiais, tais como o vidro, à flexão (e, portanto à tração), em geral, necessita- se de um aumento em certas dimensões. Por exemplo, o vidro da tela de um televisor pode ter até 1,8 cm de espessura.

Como os materiais cerâmicos são mais resistentes à compressão que à tração, o vidro ?temperado? é usado para portas de vidro, vidros para automóveis e outras aplicações semelhantes que exigem uma grande resistência à tração. A fim de produzir vidro temperado, a placa de vidro é aquecida a uma temperatura suficientemente alta, de forma a permitir o ajustamento à tensões, através de movimentos atômicos; em seguida, é resfriada rapidamente ou mergulhando-se em óleo ou através de um sopro de ar. A superfície se contrai em virtude da queda de temperatura e se mantém rígida enquanto o centro ainda está suficientemente quente, de forma a ajustar suas dimensões às

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software contrações da superfície. Quando, logo em seguida, o centro se esfria e contrai, criam-se tensões de compressão na superfície (e tensões de tração no centro). Antes que se consiga desenvolver tensões de tração na superfície, uma carga considerável deve ser aplicada, a fim de ?anular? o estado de compressão da mesma; dessa forma, aumenta0se sensivelmente o valor da solicitação, necessária para produzir tensões de tração, de tal forma que seja possível o aparecimento de fissuras, já que as mesmas começam na superfície.

2.2.2) Deformação Plástica das Estruturas em Camadas As argilas e os outros materiais com estruturas lamelares foram especificamente excluídos da generalização de que os materiais cerâmicos têm maior resistência ao escorregamento que os metais. Embora os cristais lamelares das argilas, micas e outros minerais semelhantes apresentam fortes ligações ao longo das camadas, estas são apenas fracamente ligadas entre si. Consequentemente, aplicando-se tensões de cisalhamento adequadamente alinhadas, pode-se provocar facilmente o escorregamento entre as camadas.

O escorregamento ao longo dos planos cristalinos pode ser acentuado pela adsorção de água (ou outra pequena molécula) na superfície das camadas do cristal. A adsorção é possível em virtude da polarização da estrutura interna da camada. O resultado é que uma argila úmida se torna uma massa tão plástica que pode ser conformada com cargas muito pequenas. Embora essa característica das argilas seja indesejável, se o engenheiro está interessado somente em resistência, a plasticidade resultante é extremamente útil na moldagem de materiais de construção utilizáveis.

Durante qualquer processo de extrusão, os cristais se tornam orientados de forma a permitir o escorregamento de uma camada sobre outra.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Após a secagem da água adsorvida, há um aumento na resistência ao escorregamento; o filme superficial ?lubrificante? foi removido e as atrações de Van der Waals entre as camadas se tornam mais efetivas. Dessa forma, a argila em um tijolo seco, ou um leito rodoviário estabilizado ou em um molde de fundição em areia, possui resistência suficiente para os fins a que se destina.

2.2.3) Deformação viscosa do vidro O escorregamento plástico, que é comum aos metais e as argilas, implica no escorregamento de um plano cristalino sobre outro. Como um grande número de átomos deve se mover simultaneamente de posições de baixa energia quando ocorre o escorregamento, torna-se necessário a aplicação de uma tensão inicial.

Entretanto, nos líquidos e nos sólidos amorfos não se tem planos ou outras regularidades de longa distância; portanto, muitas distâncias interatômicas não correspondem à posição de menor energia de um átomo em relação a seus vizinhos.

Apenas uma tensão de cisalhamento muito pequena já é suficiente para romper a maior parte das ligações altamente tensionadas e provocar um rearranjo que resulta em uma pequena deformação permanente. Esse movimento, denominado escoamento viscoso, não necessita de uma tensão inicial mensurável.

O escoamento viscoso pode ser ilustrado pelo comportamento do vidro em altas temperaturas. No vidro, a aplicação inicial de tensões de cisalhamento para iniciar o escoamento viscoso provoca a ruptura apenas daquelas ligações que já estão deformadas.

O rearranjo resultante permite um movimento gradual que submete outras ligações a tensões mais elevadas e essas tensões de cisalhamento intensificadas provocam novos rearranjos e mais movimentos. A velocidade de escoamento viscoso está diretamente relacionada com a tensão de cisalhamento aplicada.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Tem-se também uma maior probabilidade de que as ligações tensionadas sejam rompidas quando se superpões às tensões de cisalhamento vibrações térmicas intensas provocadas por temperaturas altas; desta forma, necessita-se de forças externas menos intensas para iniciar o escoamento. Por exemplo, a viscosidade dos líquidos (por exemplo, asfalto e alcatrão) diminui conforme os mesmos são aquecidos, e a fluidez do vidro e de outros sólidos amorfos aumenta com a elevação na temperatura. A velocidade de escoamento do vidro em temperatura ambiente é extremamente pequena.

2.2.4) Comportamento Tensão-Deformação O comportamento tensão-deformação das cerâmicas frágeis não é geralmente avaliado através de um ensaio de tração, por três razões: a dificuldade de preparar e testar amostras que possuam a geometria exigida; em segundo lugar é difícil prender materiais frágeis sem fraturá-los; e finalmente as cerâmicas falham após uma deformação de apenas aproximadamente 0.1%, o que exige que os corpos-de-prova de tração estejam perfeitamente alinhados para evitar a presença de tensões de flexão. Assim, na maioria das vezes, um ensaio de flexão transversal é aplicado, onde um corpo-de-prova na forma de uma barra com seção transversal circular ou retangular é flexionado até a fratura, utilizando uma técnica de carregamento em três ou quatro pontos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software No ponto de aplicação da carga, a superfície superior do corpo-de-prova é colocada em um estado de compressão, enquanto a superfície inferior está sob tração. A tensão é calculada a partir da espessura do corpo-de-prova, do momento fletor e do momento de inércia da seção transversal. A tensão de tração máxima atua na superfície inferior do corpo-de-prova, diretamente abaixo do ponto de aplicação da carga. Uma vez que os limites de resistência à tração dos materiais cerâmicos valem aproximadamente um décimo de suas resistências à compressão e considerando que a fratura ocorre na face do corpo-de-prova sob tração, o ensaio de flexão é um substituto razoável para o ensaio de tração.

O comportamento tensão-deformação elástico para os materiais cerâmicos usando esses ensaios de flexão é semelhante aos resultados apresentados pelos ensaios de tração em metais; existe uma relação linear entre a tensão e a deformação.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.3) TIPOS E APLICAÇÕES DAS CERÂMICAS

São tão diversos os produtos cerâmicos hoje utilizados em aplicações técnicas sofisticadas que fica difícil uma perfeita classificação deles. Geralmente esses materiais são individualmente projetados para servir a uma aplicação específica de modo a otimizar um conjunto particular de propriedades requeridas. Muitas dessas cerâmicas técnicas modernas exibem propriedades que nunca antes sonhadas pelos ceramistas do passado.

Em geral, a maioria desses produtos sofisticados é feita a partir de matéria prima de alta pureza (muitas delas sintéticas e por isso mesmo caras), geralmente utilizando novas técnicas de conformação, tratamento especiais de sinterização e freqüentemente requerem extensivos acabamentos e testes antes de serem colocados em uso. Para distinguir essas cerâmicas técnicas de cerâmicas mais tradicionais, o termo cerâmicas avançadas, e simplesmente novas cerâmicas têm sido usados.

2.3.1) Cerâmicas Vermelhas A Revolução Industrial trouxe a produção em massa de tijolos. As pequenas oficinas que produziam tijolos desapareceram para dar lugar a grandes fábricas, com fornos enormes, que tornavam a produção de tijolos mais rápida e barata. O uso do tijolo foi generalizado; por toda a Europa apareciam novas fábricas que precisavam ser erguidas e a indústria dos tijolos expandiu-se largamente.

Os tijolos podem ser maciços ou furados, constituem a base da construção civil e podem ser fabricados ou feitos a partir de argila, argila xistosa, silicato de cálcio ou cimento e cinzas volantes.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.3.2) Materiais de Revestimento

São componentes produzidos a partir de argilas e/ou matérias-primas inorgânicas, conformadas através da extrusão ou prensagem e sintetizadas por meio de processo térmico, sendo utilizados como componente principal da camada mais externa de pisos, paredes e fachadas. As placas cerâmicas podem ser esmaltadas ou não esmaltadas.

Possuem diversas matérias-primas, entre elas: argilas plásticas, calium, argilas fundentes, filitos, fundentes feldspáticos, talco, entre outros.

São resistentes: ao aumento de volume de água congelada nos poros, ao atrito provocado por materiais com diferentes durezas, à variações bruscas de temperatura, ao desgaste das superfícies, à manchas e à ataques de agentes químicos.

2.3.3) Cerâmicas Brancas A massa é constituída de argilas plásticas de queima branca, caulins, quartzo e fundentes em geral. Outra classificação comum baseia-se no teor em peso da água absorvida pelo corpo cerâmico. São dividas em: ? Porcelanas: Absorção nula. Fabricadas com massas constituídas a partir de argilominerais, quartzo e feldspato. Porosidade próxima a zero.

? Grés: Baixíssima absorção. É feito a partir de matérias-primas menos puras, podendo incluir rochas cerâmicas como granito pegmatito e filito como fundentes, ao invés de feldspato puro. Baixa porosidade.

? Louça: Alta absorção. Compostos de massas semelhantes ao grés, mas usualmente podem incorporar, diferentemente da composição do grés, fundentes carbonáticos, portadores de metais calcita e dolomita. Maior porosidade.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.3.4) Materiais Refratários

Grupo que compreende produtos com finalidade de suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Para suportar estas solicitações, foram desenvolvidos inúmeros tipos de produtos, a partir de diferentes matérias-primas ou mistura destas. Assim podemos classificar os produtos refratários quanto à matéria-prima ou componentes químicos principais. O desempenho de uma cerâmica refratária depende em grande parte da sua composição. Para muitos materiais comerciais, os ingredientes brutos consistem tanto em partículas grandes, quanto em partículas finas, as quais podem possuir composições diferentes.

Mediante o cozimento, as partículas finas estão normalmente envolvidas na formação de uma fase de ligações ou colagem, que é responsável pela maior resistência do tijolo; essa fase pode ser predominantemente vítria ou cristalina. A temperatura de serviço é normalmente inferior àquela em que o material foi cozido.

A porosidade é uma variável microestrutural que deve ser controlada para produzir um tijolo refratário adequado. A resistência, a capacidade de suportar uma carga e a resistência ao ataque por materiais corrosivos aumentam em função de uma redução na porosidade. Ao mesmo tempo, as características de isolamento térmico e a resistência a choques térmicos são diminuídas.

2.3.5) Isolantes Térmicos Os isolantes tradicionais (não refratários) são aqueles que chamamos de isolantes de massa, como a espuma de poliuretano, lã de vidro, lã de rocha e outros que isolam as

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software áreas do calor transferido por condução. Os isolantes tradicionais são normalmente instalados na parte interna das coberturas e/ou paredes, e absorvem o calor vindo por condução da superfície externa dos materiais utilizados na construção civil como metal, fibrocimento, concreto, e outros que em geral absorvem entre 90% e 95% da irradiação solar, fazendo com que estas atinjam altíssimas temperaturas. A medida que o fluxo de calor penetra através da massa do isolante, este vai perdendo gradualmente a temperatura; quanto mais eficiência quisermos obter no isolante de massa, maior espessura teremos que usar, fazendo com que muitas vezes o custo do isolamento saia maior que a economia obtida. Pode ser aplicada do lado interno, além do isolamento térmico, o isolante de massa não agrega nenhum outro benefício à cobertura ou superfície tratada.

O isolante cerâmico é aplicado sempre do lado externo e devido a sua alta refletividade impede que 85% do calor da irradiação solar penetre pela cobertura e/ou parede e passe para dentro do ambiente. Os 15% do calor absorvido pela camada protetora do isolante térmico é fácil e rapidamente dissipado devido a sua alta emissividade térmica. Em comparação com os isolantes de massa e outros, a superfície do isolante cerâmico será sempre mais fria e irá absorver 70% a 80% menos calor que os demais, com a vantagem que o pouco calor absorvido será irradiado ou devolvido com maior rapidez.

Quando falamos de cobertura, o fator peso passa a ser de grande importância principalmente se a cobertura já existe, pois o aumento da carga além da calculada para a estrutura pode comprometer a segurança de toda cobertura e de todos aqueles que trabalham sob ela. Neste quesito poderíamos dizer que o isolante cerâmico é insuperável, pois devido a sua reduzida espessura seu peso é de aproximadamente 250 gramas. É importante destacar que ambos têm suas qualidades e aplicações e nem sempre um deve substituir o outro. Em muitos casos podem ser aplicados em conjunto agregando seus benefícios em um só sistema.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.3.6) Abrasivos

As cerâmicas abrasivas são usadas para desgastar por abrasão, esmerilhar ou cortar outros materiais que sejam necessariamente mais moles. Portanto, a exigência principal para esse grupo de materiais é a dureza ou resistência ao desgaste; além disso, um elevado grau de tenacidade é essencial para assegurar que as partículas abrasivas não sejam fraturadas com facilidade. Ademais, podem ser produzidas altas temperaturas a partir das forças abrasivas de atrito, de modo tal que são desejáveis algumas propriedades refratárias.

entretanto, eles são relativamente caros. Os materiais cerâmicos abrasivos mais comuns incluem o carbeto de silício, o carbeto de tungstênio, o óxido de alumínio e a areia de sílica. Óxidos de alumínio são mais tenazes que de caberto de silício e deterioram mais lentamente, porém não são tão duros quanto os de carbeto de silício. Carbeto de silício são mais duros e são utilizados de maneira mais satisfatória com materiais mais duros.

Os materiais abrasivos são usados de várias formas, colados a rodas de esmerilhamento, na forma de abrasivos revestidos, e como grão soltos. No primeiro caso, as partículas abrasivas estão coladas a uma roda por meio de uma resina cerâmica vítrea ou orgânica. A estrutura da superfície deve conter alguma porosidade; um escoamento contínuo de correntes de ar ou de refrigerantes líquidos dentro dos poros que envolvem os grãos do material refratário irá prevenir o aquecimento excessivo.

Os abrasivos revestidos são aqueles onde um pó abrasivo reveste algum tipo de material à base de papel ou tecido; a lixa de papel é provavelmente o exemplo mais familiar. As madeiras, os metais, as cerâmicas e os plásticos são geralmente lixados e polidos utilizando essa forma de abrasivo. As rodas de esmerilhamento, as lixas e o polimento com disco empregam, com freqüência, grãos soltos de material abrasivo, os quais são colocados em contato com o material através de algum tipo de veículo à base de

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software água ou de óleo. Os diamantes, o coríndon, o carbeto de silício e o rouge (um óxido de ferro) são usados na forma solta, ao longo de uma ampla faixa de tamanhos de grãos.

Devido às exigências de mercado como a racionalização dos processos e automação, mudanças para máquinas de controle numérico resultaram em demanda por abrasivos mais confiáveis, de qualidade constante e com elevadas produções, como os superabrasivos (diamantes sintéticos, nitrito cúbico de boro) e os materiais cerâmicos de alta performance, a base de óxido de alumínio. Os abrasivos de cerâmica possuem a vantagem de gerarem uma quantidade baixíssima de resíduos, além de proporcionarem alto rendimento e economia, devido a sua taxa de desgaste muito pequena.

2.3.7) Vidros Consistem em silicatos não-cristalinos que também contêm outros óxidos, notavelmente Cão, Na2O, K2O e Al2O3, os quais influenciam as suas propriedades (dureza, cor). Os materiais vítreos, ou não cristalinos, não se solidificam do mesmo modo que os materiais cristalinos. Mediante o resfriamento, um vídeo se torna continuamente mais e mais viscoso; não existe uma temperatura definida na qual o líquido se transforma em sólido, como corre com os materiais cristalinos. O volume diminui continuamente em função de uma redução na temperatura.

2.3.8) Vitrocerâmicos A maioria dos vidros inorgânicos pode ser transformada de um estado não- cristalino para um estado cristalino mediante um tratamento térmico apropriado a alta temperatura ? devitrificação ? material policristalino com grãos finos: vitrocerâmica.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Apresentam características peculiares que os fazem interessantes para aplicações industriais e estas indicam que os materiais vitrocerâmicos são muito adequados, em particular, para a preparação de vidrados para pisos e azulejos, uma vez que podem suportar o desgaste e tensões mecânicas elevadas.

2.3.9) Cimento Portland Material inorgânico finamente moído que, quando misturado a água, forma uma pasta que endurece devido a reações e processo de hidratação e que depois do endurecimento, conserva a sua resistência mecânica e estabilidade. Os constituintes fundamentais são: a cal, a sílica, a alumina, óxido de ferro, magnésia, anidrido sulfúrico. A obtenção do clinker se deve a mistura das matérias-primas que são finamente pulverizadas e homogeneizadas, e aquecidas até a temperatura de fusão incipiente.

Formação de silicato tricálcico, silicato bicálcico, aluminato tricálcico e ferro aluminato tetracálcico.

A densidade do cimento é um valor variável, aumenta com o tempo à medida que progride o processo de hidratação (retração). A noção relacionada com o tamanho dos grãos do produto é chamada de finura, que é definida pelo tamanho máximo do grão e pelo valor da superfície específica. O tempo de pega é um fenômeno definido como o momento em que a pasta adquire certa consistência que a torna imprópria para o trabalho. A resitência do cimento é determinada pela ruptura à compressão de corpos-de- prova realizados com argamassa. A segregação da pasta de cimento é chamada de exsudação, os grãos de cimento movimentam-se para baixo e o excesso de água aflora na superfície. A característica ligada à expansão volumétrica indesejável após o endurecimento é chamada de estabilidade. O calor de hidratação é definido como o calor gerado nas reações de hidratação durante o processo de endurecimento. A resistência aos agentes agressivos existe, pois a água e a terra podem conter substâncias químicas que

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software reajam com constituintes do cimento. E finalmente a Reação Álcali-Agregado se dá pela formação de produtos gelatinosos acompanhada de expansão de volume.

2.3.10) Cerâmicas Avançadas A necessidade de aprimoramento de tecnologia em diversas áreas, como aeronáutica e eletrônica, passaram a exigir cerâmicas como matérias primas mais sofisticadas, daí surgiu as cerâmicas avançadas. A principal diferença entre a cerâmica avançada e a comum é a maior exigência. Quando se usa as cerâmicas avançadas, deseja- se reduzir o número de variáveis envolvidas com o material: trabalhando com matérias- primas relativamente puras, processos rigorosamente controlados e sofisticadas técnicas de caracterização.

Fundamentalmente, as cerâmicas avançadas e as tradicionais são iguais, as duas podem ser aplicadas para o mesmo fim, porém, o número de variáveis e a faixa de variação no processamento de cerâmicas tradicionais é maior do que em cerâmicas avançadas. Isso faz com que muitas vezes os sistemas utilizados em cerâmicas tradicionais sejam tão complexos que inviabilizam a aplicação precisa das teorias de cerâmicas avançadas. Sob esse aspecto pode-se afirmar que as cerâmicas tradicionais são mais complexas que as cerâmicas avançadas.

As conseqüências são propriedades não tão boas como poderiam ser e há variações das propriedades das cerâmicas tradicionais, de uma peça para outra, que é consideravelmente maior. Entretanto, as aplicações que se destinam as cerâmicas tradicionais são compatíveis com essas propriedades.

As principais demandas de cerâmicas avançadas provém da industria automobilística e aeroespacial. Elas apresentam algumas vantagens sobre as ligas metálicas, tais como: capacidade de suportar maiores temperaturas de operação, o que

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software menores perdas por atrito; possibilidade de operação sem um sistema de refrigeração; e menor densidade que resulta na diminuição do peso total do motor.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4) PROCESSAMENTO E FABRICAÇÃO DAS CERÂMICAS

Os processos de fabricação empregados pelos diversos segmentos cerâmicos assemelham-se parcial ou totalmente. O setor que mais se diferencia quanto a esse aspecto é o do vidro, embora exista um tipo de refratário (eletrofundido), cuja fabricação se dá através de fusão, ou seja, por processo semelhante ao utilizado para a produção de vidro ou de peças metálicas fundidas. Esses processos de fabricação podem diferir de acordo com o tipo de peça ou material desejado. De um modo geral eles compreendem as etapas de preparação da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento. No processo de fabricação muitos produtos são submetidos à esmaltação e decoração.

2.4.1) Preparação da Matéria-Prima Grande parte das matérias-primas utilizadas na indústria cerâmica tradicional é natural, encontrando-se em depósitos espalhados na crosta terrestre. Após a mineração, os materiais devem ser beneficiados, isto é desagregados ou moídos, classificados de acordo com a granulometria e muitas vezes também purificados. O processo de fabricação, propriamente dito, tem início somente após essas operações. As matérias- primas sintéticas geralmente são fornecidas prontas para uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste de granulometria.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.2) Preparação da Massa

Os materiais cerâmicos geralmente são fabricados a partir da composição de duas ou mais matérias-primas, além de aditivos e água ou outro meio. Mesmo no caso da cerâmica vermelha, para a qual se utiliza apenas argila como matéria-prima, dois ou mais tipos de argilas com características diferentes entram na sua composição. Raramente emprega-se apenas uma única matéria-prima.

Dessa forma, uma das etapas fundamentais do processo de fabricação de produtos cerâmicos é a dosagem das matérias-primas e dos aditivos, que deve seguir com rigor as formulações de massas, previamente estabelecidas. Os diferentes tipos de massas são preparados de acordo com a técnica a ser empregada para dar forma às peças. De modo geral, as massas podem ser classificadas em: ? Suspensão: também chamada barbotina, para obtenção de peças em moldes de gesso ou resinas porosas;

? Massas secas ou semi-secas: na forma granulada, para obtenção de peças por prensagem;

? Massas plásticas: para obtenção de peças por extrusão, seguida ou não de torneamento ou prensagem.

2.4.3) Formação de Peças Existem diversos processos para dar forma às peças cerâmicas, e a seleção de um deles depende fundamentalmente de fatores econômicos, da geometria e das características do produto. Os métodos mais utilizados compreendem: colagem, prensagem, extrusão e torneamento.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.3.1) Colagem ou Fundição Consiste em verter uma suspensão (barbotina) num molde de gesso, onde permanece durante certo tempo até que a água contida na suspensão seja absorvida pelo gesso; enquanto isso, as partículas sólidas vão se acomodando na superfície do molde, formando a parede da peça. O produto assim formado apresentará uma configuração externa que reproduz a forma interna do molde de gesso.

Mais recentemente tem se difundido a fundição sob pressão em moldes de resina porosa.

2.4.3.2) Prensagem Nesta operação utiliza-se, sempre que possível, massas granuladas e com baixo de teor de umidade. Diversos são os tipos de prensa utilizados, como fricção, hidráulica e hidráulica-mecânica, podendo ser de mono ou dupla ação e ainda ter dispositivos de vibração, vácuo e aquecimento. Para muitas aplicações são empregadas prensas isostática, cujo sistema difere dos outros. A massa granulada com praticamente 0% de umidade é colocada num molde de borracha ou outro material polimérico, que é em seguida fechado hermeticamente e introduzido numa câmara contendo um fluido, que é comprimido e em conseqüência exercendo uma forte pressão, por igual, no molde.

No caso de grandes produções de peças que apresentam seções pequenas em relação ao comprimento, a pressão é exercida somente sobre a face maior para facilitar a extração da peça, como é o caso da parte cerâmica da vela do automóvel, isoladores elétricos e outros. O princípio da prensagem isostática também está sendo aplicado para obtenção de materiais de revestimento (placas cerâmicas), onde a punção superior da prensa é revestida por uma membrana polimérica, com uma camada interposta de óleo, que distribui a pressão de modo uniforme sobre toda a superfície ou peça a ser prensada.

Outra aplicação da prensagem isostática que vem crescendo, é na fabricação de determinadas peças do segmento de louça de mesa.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.3.3) Extrusão A massa plástica é colocada numa extrusora, também conhecida como maromba, onde é compactada e forçada por um pistão ou eixo helicoidal, através de bocal com determinado formato. Como resultado obtém-se uma coluna extrudada, com seção transversal com o formato e dimensões desejadas; em seguida, essa coluna é cortada, obtendo-se desse modo peças como tijolos vazados, blocos, tubos e outros produtos de formato regular.

A extrusão pode ser uma etapa intermediária do processo de formação, seguindo- se, após corte da coluna extrudada, a prensagem como é o caso para a maioria das telhas, ou o torneamento, como para os isoladores elétricos, xícaras e pratos, entre outros.

2.4.3.4) Torneamento Como descrito anteriormente, o torneamento em geral é uma etapa posterior à extrusão, realizada em tornos mecânicos ou manuais, onde a peça adquire seu formato final.

2.4.4) Tratamento Térmico O processamento térmico é de fundamental importância para obtenção dos produtos cerâmicos, pois dele dependem o desenvolvimento das propriedades finais destes produtos. Esse tratamento compreende as etapas de secagem e queima.

2.4.4.1) Secagem Após a etapa de formação, as peças em geral continuam a conter água, proveniente da preparação da massa. Para evitar tensões e, conseqüentemente, defeitos nas peças, é necessário eliminar essa água, de forma lenta e gradual, em secadores intermitentes ou contínuos, a temperaturas variáveis entre 50°C e 150°C.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.4.2) Queima Nessa operação, conhecida também por sinterização, os produtos adquirem suas propriedades finais. As peças, após secagem, são submetidas a um tratamento térmico a temperaturas elevadas, que para a maioria dos produtos situa-se entre 800°C a 1700°C, em fornos contínuos ou intermitentes que operam em três fases: ? Aquecimento da temperatura ambiente até a temperatura desejada;

O ciclo de queima compreendendo as três fases, dependendo do tipo de produto, pode variar de alguns minutos até vários dias. Durante esse tratamento ocorre uma série de transformações em função dos componentes da massa, tais como: perda de massa, desenvolvimento de novas fases cristalinas, formação de fase vítrea e a soldagem dos grãos. Portanto, em função do tratamento térmico e das características das diferentes matérias-primas são obtidos produtos para as mais diversas aplicações.

2.4.5) Acabamento Normalmente, a maioria dos produtos cerâmicos é retirada dos fornos, inspecionada e remetida ao consumo. Alguns produtos, no entanto, requerem processamento adicional para atender a algumas características, não possíveis de serem obtidas durante o processo de fabricação. O processamento pós-queima recebe o nome genérico de acabamento e pode incluir polimento, corte, furação, entre outros.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 2.4.6) Esmaltação e Decoração

Muitos produtos cerâmicos, como louça sanitária, louça de mesa, isoladores elétricos, materiais de revestimento e outros, recebem uma camada fina e contínua de um material denominado de esmalte ou vidrado, que após a queima adquire o aspecto vítreo. Esta camada vítrea contribui para os aspectos estéticos, higiênicos e melhoria de algumas propriedades como a mecânica e a elétrica.

As composições dos esmaltes (vidrados) são inúmeras e sua formulação depende das características do corpo cerâmico, das características finais do esmalte e da temperatura de queima.

2.4.6.1) Tipos de Esmaltes Os esmaltes (vidrados) podem ser classificados em cru, de fritas ou uma mistura de ambos: ? Esmalte cru: constitui-se de uma mistura de matérias-primas numa granulometria bastante fina, que é aplicada, na forma de suspensão, à superfície da peça cerâmica. Na operação de queima a mistura se funde e adere ao corpo cerâmico, adquirindo o aspecto vítreo durante o resfriamento. Esse tipo de vidrado é aplicado em peças que são queimadas em temperaturas superiores a 1200°C, como sanitários e peças de porcelana.

? Esmalte de fritas: os esmaltes de fritas diferem dos crus por terem em sua constituição o material denominado de frita. Esta pode ser definida como composto vítreo, insolúvel em água, que é obtida por fusão e posterior resfriamento brusco de misturas controladas de matérias-primas. O processo de fritagem é aquele que implica na insolubilização dos componentes solúveis em água após tratamento térmico, em geral, entre 1300°C e 1500°C, quando ocorre a

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software fusão das matérias-primas e a formação de um vidro. Os esmaltes contendo fritas são utilizados em produtos submetidos a temperaturas inferiores a 1200°C.

2.4.6.2) Preparação de Esmaltes (Vidrados) A preparação do esmalte consiste basicamente das seguintes etapas: ? Dosagem das matérias-primas fritadas ou não fritadas ou ambas;

Durante a preparação do esmalte são introduzidos na suspensão um ou mais produtos químicos com a finalidade de proporcionar ou corrigir determinadas características. Entre eles podemos citar ligantes, plastificantes, defloculantes, fluidificantes, anti-espumantes, etc.

2.4.6.3) Aplicação do Esmalte Os esmaltes podem ser aplicados no corpo cerâmico de diferentes maneiras e que dependem da forma, do tamanho, da quantidade e da estrutura das peças, incluindo também os efeitos que se deseja obter na superfície esmaltada. Entre eles podemos citar: imersão, pulverização, campânula, cortina, disco, gotejamento e aplicação em campo elétrostático. Em muitas indústrias e dependendo do segmento cerâmico o setor da esmaltação é totalmente automatizado.

2.4.6.4) Corantes Para conferir coloração aos esmaltes, são adicionados materiais denominados corantes. A formação da cor nos materiais vítreos pode ocorrer de três maneiras: ? Por solução de íons cromóforos, geralmente, metais do grupo de transição (Cr, Cu, Fe, Co, Ni, Mn, U e V).

? Por dispersão coloidal de metais ou metalóides ou composto químico (Ouro, Prata e Cobre).

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software O processo de fabricação dos pigmentos cerâmicos compreende as etapas: ? Pesagem, mistura e moagem das matérias-primas (óxidos e outros compostos químicos);

? Calcinação das caixas em fornos intermitentes, túnel ou rotativo em temperaturas que variam de 1200°C a 1300°C;

Enquanto que os óxidos corantes são pouco estáveis em temperaturas elevadas e no meio em que se encontram imersos, gerando cores pouco constantes ou reprodutíveis, os pigmentos cerâmicos são estruturas inorgânicas, as quais são capazes de desenvolver a cor e estabilizá-la em altas temperaturas e aos agentes químicos, resistindo os ataques agressivos causados pelos vidrados devido a ação fundente de seus componentes, em outras palavras são compostos insolúveis ou que sua solubilidade não é significativa.

2.4.6.5) Decoração Muitos materiais também são submetidos a uma decoração, a qual pode ser feita por diversos métodos, como serigrafia, decalcomania, pincel e outros. Nestes casos são utilizadas tintas que adquirem suas características finais após a queima das peças.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3 ? POLÍMEROS

A palavra polímero origina-se do grego poli (muitos) e mero (unidade de repetição). Assim, um polímero é uma macromolécula composta por dezenas de milhares de unidades de repetição denominadas meros, ligadas por ligação covalente. A matéria- prima para produção de um polímero é o monômero, isto é, uma molécula com unidade de repetição. Dependendo do tipo do monômero, do número médio de meros por cadeia e do tipo de ligação covalente, os polímeros podem ser divididos em: naturais e sintéticos.

Os polímeros que ocorrem naturalmente, aqueles que são derivados de plantas e animais, tem sido usados por muitos séculos pelo homem. Esses materiais incluem a madeira, a borracha, o algodão, a lã, o couro e a seda. Outros polímeros naturais, como as proteínas, as enzimas e os amidos e a celulose, são importantes em processos biológicos e fisiológicos, nas plantas e nos animais.

Já os polímeros sintéticos, são fabricados pelo homem a partir de moléculas simples. Dentre eles estão o nylon, o polietileno, o PVC etc. No setor de fibras têxteis, além de falarmos em fibras naturais (algodão, seda, juta etc) e artificiais (nylon, poliéster etc), falamos também em fibras artificiais ou modificadas, como, por exemplo, o rayon.

Sua fabricação já parte de uma macromolécula, que são as fibras naturais do algodão; a seguir, por meio de várias reações químicas, purifica-se a macromolécula e no final faz-se uma nova fiação.

Os materiais sintéticos podem ser produzidos de maneira barata, e as suas propriedades podem ser administradas num nível em que muitas delas as superiores às suas contrapartes naturais.

Materiais poliméricos são geralmente leves, isolantes elétricos e térmicos, flexíveis e apresentam boa resistência à corrosão e baixa resistência ao calor.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Muitas propriedades físicas são dependentes do comprimento da molécula, isto é, sua massa molar. Como polímeros normalmente envolvem uma larga faixa de valores de massa molar, é de se esperar grande variação em suas propriedades. Alterações no tamanho da molécula, quando esta é pequena, provocam grandes mudanças nas suas propriedades físicas. Essas alterações tendem a ser menores com o aumento do tamanho da molécula, sendo que para polímeros as diferenças ainda existam, mas são pequenas.

Isso é vantajosamente usado, produzindo-se comercialmente vários tipos de polímeros, para atender às necessidades particulares de uma dada aplicação ou técnica de processamento.

Nem todos os compostos de baixa massa molar geram polímeros. Para sua síntese é necessário que monômero se liguem entre si para formar a cadeia polimérica. Assim, cada monômero deve ser capaz de se combinar com outros dois monômeros, no mínimo, para ocorrer a reação de polimerização.

A utilização comercial de um novo produto depende de suas propriedades e principalmente de seu custo. O custo de um polímero resulta basicamente de seu processo de polimerização e disponibilidade do monômero. Assim, os principais fornecedores de matérias-primas para a produção de monômeros, e depois polímeros, constituem os produtos naturais, a hulha ou carvão mineral e petróleo.

Os tipos de polímeros mais consumidos atualmente são os polietilenos, polipropilenos, poliestirenos, poliesters e poliuretanos. Outras classes de polímeros, como os poliacrilatos, policarbonatos e fluorpolímeros tem tido uso crescente.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1) ESTRUTURA POLIMÉRICA

3.1.1) Forças moleculares em polímeros Uma cadeia polimérica é uma macromolécula, formada a partir de unidades de repetição unidas por ligações primarias fortes. Estas são chamadas de intramoleculares, pois dizem respeito às ligações dentro de uma mesma molécula, normalmente do tipo covalente. Entretanto, as distintas cadeias poliméricas ou segmentos de uma mesma molécula se atraem por forças secundárias fracas, ditas intermoleculares.

3.1.2) Funcionalidade A ligação entre os monômeros é feita através de pontos reativos, isto é, átomos ou grupos de átomos do monômero, capazes de efetuar uma nova ligação química, seja pelo rompimento de insaturações ou pela eliminação de moléculas simples (H2O, NH3 etc).

Para que uma molécula de baixo peso molecular produza polímero, é necessário que a sua funcionalidade seja pelo menos igual a dois. Se existirem três ou mais pontos reativos no monômero, o polímero será tridimensional.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.3) Peso Molecular

Como uma cadeia de polímero é formada pela adição de uma grande quantidade de monômeros, durante a polimerização, cadeias com diferentes comprimentos serão formadas, e portanto, uma distribuição de comprimentos de cadeia será obtida.

Consequentemente, uma distribuição de pesos moleculares também existirá, não sendo possível obter um valor único e definido para o peso molecular do polímero. Sendo que este deve ser calculado baseado numa média dos pesos moleculares da distribuição de pesos moleculares e representação dos pesos moleculares médios.

As principais medidas do peso molecular médio do polímero são:

Mn ? Peso Molecular Médio Numérico Mw ? Peso Molecular Médio Ponderal

ci = peso total das moléculas de comprimento de cadeia i Mi = peso do polímero de comprimento de cadeia i

Embora a estrutura química do polímero seja igual, pesos moleculares diferentes podem mudar completamente as propriedades do polímero (propriedades físicas, mecânicas, térmicas, 5 reológicas, de processamento e outras), e por esta razão, os polímeros são caracterizados principalmente por seu peso molecular.

Tanto o peso molecular quanto a distribuição de pesos moleculares são determinadas pelas condições operacionais da reação, sendo que diferentes condições operacionais produzirão polímeros com pesos moleculares médio diferentes.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Devido à grande competição industrial, são de extrema importância: a habilidade de poder controlar o peso molecular do polímero durante sua produção; e o entendimento de como o peso molecular influencia nas propriedades finais do polímero.

3.1.4) Forma Molecular As moléculas das cadeias de polímeros não são estritamente retilíneas. As ligações simples na cadeia são capazes de sofrer rotação e torção em três dimensões. Os polímeros consistem em grandes números de cadeias moleculares, cada uma das quais pode se dobrar, espiralar e se contorcer. Isso leva a um extenso entrelace e embaraço entre as moléculas de cadeias vizinhas, os quais são responsáveis por uma grande quantidade de características importantes para os polímeros, incluindo as grandes extensões elásticas demonstradas pelos materiais, como as borrachas.

3.1.5) Estrutura Molecular Além do peso molecular médio, a arquitetura molecular do polímero e sua conformação molecular irão influenciar as propriedades do polímero e, portanto devem ser entendidas.

3.1.5.1) Polímero Linear Nos polímeros lineares, cada monômero é ligado somente a outros dois monômeros, existindo a possibilidade de ramificações pequenas que são parte da estrutura do próprio monômero.

3.1.5.2) Polímero Ramificado Nos polímero ramificados, um monômero pode ser ligar a mais de dois outros monômeros, sendo que as ramificações não são da estrutura do próprio monômero.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.5.3) Polímero em Rede Nos polímero em rede (crosslinked), as ramificações do polímero se interconectam formando um polímero com peso molecular infinito. Um polímero é considerado de peso molecular infinito quando seu valor é maior do que o peso molecular que os equipamentos de análise conseguem medir.

3.1.6) Configurações Moleculares A configuração espacial de uma cadeia polimérica são arranjos moleculares espaciais fixados por ligações primárias. Para que haja mudança na configuração é necessário quebrar as ligações primárias. Como a energia dessas ligações é alta não é possível alterar a sua configuração sem degradar o polímero. Portanto, a configuração espacial final de um polímero é definida durante a sua polimerização. Existem três tipos de configurações espaciais em polímeros: encadeamento, taticidade e isomeria cis-trans em dienos.

3.1.6.1) Encadeamento ? Encadeamento cabeça-cauda: tomando-se como base um monômero vinílico e denominando seu carbono CH2 de carbono-cabeça e o CH de carbono-cauda, durante o crescimento da cadeia, sempre é o carbono-cauda que se apresenta para se ligar a ela.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Encadeamento cabeça-cabeça ou cauda-cauda: neste caso é sempre o outro carbono que se apresenta para ligar ao carbono radical da cadeia em crescimento.

3.1.6.2) Taticidade A taticidade é a regularidade espacial com que os grupos laterais se apresentam na cadeia polimérica.

? Isotático: todos os grupos laterais estão do mesmo lado em relação ao plano formado pelos átomos da cadeia polimérica.

? Sindiotático: os grupos laterais estão dispostos de maneira alternada em relação ao plano formado pelos átomos da cadeia polimérica.

? Atático: não há regularidade na disposição dos grupos laterais em relação ao plano formado pelos átomos da cadeia polimérica.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.6.3) Isomeria cis-trans em dienos Na polimerização de dienos, normalmente a reação ocorre nas duplas ligações, resultando numa dupla ligação residual no centro da unidade de repetição. Consideremos como exemplo o isopreno (2-metil-1,3-butadieno). Considerando que os átomos de carbono ligados por ligação simples podem girar livremente em torno da direção da ligação, tem dois arranjos possíveis para o posicionamento do grupo CH2 das pontas: no mesmo lado ou em lados opostos.

3.1.7) Copolímeros Copolímero é um polímero que apresenta mais de um mero diferente na cadeia polimérica. São ditos comonômeros cada um dos monômeros utilizados na copolimerização. Em função do modo de distribuição dos diferentes meros dentro da cadeia polimérica, pode-se dividir os copolímeros nos seguintes tipos: 3.1.7.1) Aleatório Não há uma sequência definida de disposição dos diferentes meros. Assumindo-se A e B como duas representações simplificadas de cada um dos dois diferentes meros, temos: ~~~~~~~~~~~~A-A-B-A-B-B-B-A-B-A-B~~~~~~~~~~~~ 3.1.7.2) Alternado Os diferentes meros se dispõem de maneira alternada.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.1.7.3) Em Bloco Há a formação de grandes sequencias de um mero se alternando com outras grandes sequencias do outro mero.

SSS~~~~~~~~SSS-BBB~~~~~~~~BBB-SSS~~~~~~~~SSS 3.1.7.4) Enxertado Sobre a cadeia de um homopolímero liga-se covalentemente outra cadeia polimérica.

-A-A-A-A-A-A-A-A-A- | B-B-B-B-B-B-B- 3.1.8) Cristalinidade do Polímero

O estado cristalino pode existir nos materiais poliméricos. Entretanto, como este estado envolve moléculas, e não apenas átomos ou íons como ocorre com os metais e as cerâmicas, os arranjos atômicos serão mais complexos no caso dos polímeros. A cristalinidade dos polímeros trata-se do empacotamento de cadeias moleculares de modo tal a produzir uma matriz atômica ordenada.

3.1.8.1) Polímero Amorfo As cadeias do polímero estão em estado desorganizado, arranjadas em espirais randômicas e sem que haja um ponto de derretimento fixo.

3.1.8.2) Polímero Cristalino As cadeias do polímero estão em estado ordenado, existindo uma forma definida. Possui um ponto de derretimento definido.

3.1.8.3) Polímero Semi-cristalino Em geral, os polímeros não são nem totalmente amorfos, nem totalmente cristalinos, se apresentando num estado intermediário. Este estado intermediário é definido pelo grau de cristalinidade do polímero.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Quando maior o grau de cristalinidade, maior é a organização das cadeias de polímero. O conhecimento do grau de cristalinidade de um polímero é importante, pois facilita na seleção do material a ser usado em diferentes aplicações.

3.1.8.4) Fatores que influenciam na cristalinidade do polímero ? A natureza química da cadeia do polímero é o principal fator que influencia na probabilidade de um polímero exibir uma estrutura cristalina.

? Polímeros capazes de formar ligações intermoleculares distribuídas ao longo da cadeia favorecem um maior grau de cristalinidade.

? Homopolímeros possuem maiores condições de formar uma estrutura mais cristalina do que copolímeros randômicos. Isto porque os copolímeros possuem uma distribuição não uniforme de forças intermoleculares.

? Polímeros de monômeros contendo grupos laterais grandes ou ramificações tem menor grau de cristalinidade, pois o maior empacotamento das cadeias é inibido.

? Após a moldagem do polímero, a cristalinidade do polímero ainda pode ser modificada através do processo de annealing, no qual através do aquecimento do polímero as cadeias podem se movimentar mais livremente formando estruturas cristalinas (cristalitos) adicionais.

? Em geral, os polímeros não são nem totalmente amorfos, nem totalmente cristalinos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.2) PROPRIEDADES MECÂNICAS E CARACTERÍSTICAS DOS POLÍMEROS

As propriedades mecânicas dos polímeros são caracterizadas pelo modo como estes materiais respondem às solicitações mecânicas aplicadas, podendo estas ser do tipo tensão ou deformação. A natureza desta resposta depende da estrutura química, temperatura, tempo e da historia de processamento do polímero.

A avaliação das propriedades mecânicas pode ser realizada de forma estática ou dinâmica. Além disso, a caracterização do comportamento mecânico pode ser feita atingindo-se ou não a ruptura do material. Por exemplo: módulos elásticos, tensão e deformação no escoamento, tensão máxima, etc., são parâmetros caracterizados sem atingir a ruptura do polímero. Por outro lado, tensão e deformação na ruptura, resistência ao impacto, número de ciclos de vida sob fadiga, etc., são propriedades mecânicas determinadas no limite da resistência destrutiva do polímero.

3.2.1) Divisão dos Polímeros Segundo as características mecânicas, os polímeros podem ser divididos em termoplásticos, termorrígidos (termofixos) e elastômeros (borrachas).

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.2.1.1) Termoplásticos Polímero com capacidade amolecer e fluir quando sujeito a um aumento de temperatura e pressão. Quando retirado dessas condições, o polímero solidifica em um produto sólido, com forma definida. Com a aplicação repetida de temperatura e pressão, o polímero volta a amolecer e a fluir. Logo, sua reciclagem é possível, característica bastante desejável atualmente. Estrutura molecular: moléculas lineares dispostas na forma de cordões soltos, mas agregados, como num novelo de lã. Exemplos: polietileno (PE), polipropileno (PP), poli(tereftalato de etileno) (PET), policarbonato (PC), poliestireno (PS), poli(cloreto de vinila) (PVC), poli(metilmetacrilato) (PMMA), etc.

3.2.1.2) Termorrígidos (Termofixos) São rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de temperatura. Uma vez prontos, não mais se fundem. O aquecimento do polímero acabado promove decomposição do material antes de sua fusão, tornando sua reciclagem complicada.

Estrutura molecular: os cordões estão ligados fisicamente entre si, formando uma rede, presos entre si através de numerosas ligações, não se movimentando com tanta liberdade os termoplásticos.

3.2.1.3) Elastômeros (Borrachas) Polímero que na temperatura ambiente pode sofrer uma grande deformação (três vezes ou mais o seu comprimento inicial) repetidas vezes. Uma vez removido o esforço, retorna rapidamente ao seu tamanho original. Estrutura molecular: a estrutura é similar à do termorrígido, mas há menor número de ligações entre os "cordões".

? Vulcanização de borrachas: É o processo químico de maior importância para as borrachas tradicionais, introduzindo a elasticidade, melhorando a resistência mecânica e reduzindo a sua sensibilidade às variações de temperatura. O principal agente de vulcanização é o enxofre; borracha vulcanizada: borracha após a vulcanização, possuindo cadeias poliméricas com poucas ligações cruzadas (ligações químicas primárias),

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software interconectando cadeias poliméricas diferentes. Só após a vulcanização é que as borrachas tradicionais têm aplicação prática.

3.2.1.3) Viscoelasticidade dos Polímeros É definida como o fenômeno pelo qual o polímero apresenta características de um fluido e de um solido elástico ao mesmo tempo. A fração elástica da deformação aparece devido a variações do ângulo e da distancia de ligação entre os átomos da cadeia polimérica. A fração plástica ocorre por causa do atrito entre as cadeias poliméricas. Isso faz com que o polímero demore um tempo finito para responder à solicitação, gerando uma defasagem entre a solicitação e a resposta.

Alguns fatores devem ser levados em conta quando o comportamento físico- mecânico de um polímero é analisado, como, principalmente, a massa molar, as temperaturas características e a temperatura na qual a medida está sendo feita.

A variedade de comportamentos físico-mecânicos que um polímero pode apresentar, desde um sólido cristalino, uma borracha ou um líquido, permite a classificação de três estados: 3.2.2.1) Viscoso A deformação não é instantânea, isto é, em resposta à aplicação de uma tensão, a deformação é retardada ou dependente do tempo. Além disso, essa deformação não é reversível ou completamente recuperada após a tensão ter sido liberada.

3.2.2.2) Elástico A deformação elástica é instantânea, o que significa que a deformação total ocorre no instante em que a tensão é aplicada ou liberada, isto é, a deformação independe do tempo. Além disso, a deformação é totalmente recuperada com a liberação das tensões externas.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.2.2.3) Viscoso Intermediário A imposição de uma tensão resulta em uma deformação elástica instantânea, que é seguida por uma deformação viscosa, dependente do tempo, o que se constitui em uma forma de anelasticidade.

3.2.3) Características da Fratura As resistências às fraturas dos materiais poliméricos são baixas quando comparadas com aquelas para os metais e as cerâmicas.

Existem, basicamente, dois tipos de fratura: a frágil e a dúctil. A primeira é caracterizada pela ruptura do material antes de esse atingir a deformação plástica. A fratura dúctil apresenta um escoamento e uma deformação plástica antes de ocorrer a ruptura propriamente dita.

Embora a resistência do material polimérico na ruptura tenha sido bastante usada como parâmetro de controle de resistência, este valor só tem significado como parâmetro de engenharia quando o material sofre fratura frágil. No caso de fratura dúctil, a tensão onde ocorre o escoamento é mais importante, pois, além desse ponto, o material polimérico deforma-se irreversivelmente.

3.2.4 ? Polimerização Polimerização é a reação ou o conjunto de reações nos quais moléculas simples reagem entre si, formando uma macromolécula de alta massa molar. Durante esse processo, algumas variáveis são mais ou menos importantes, dependendo de sua influência na qualidade do polímero formado. Assim, temperatura de reação, pressão, tempo, presença e tipo de iniciador são considerados variáveis primarias, e a presença, o tipo de inibidor, de retardador, catalisador, controlador de massa molar, da quantidade de reagentes e demais agentes específicos são considerados variáveis secundárias.

Durante a reação para obter compostos de baixa massa molar, mudanças nas variáveis primárias não afetam o tipo de produto final, apenas alteram o rendimento da

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software reação. Em contraste, mudanças nestas mesmas variáveis primárias durante toda a polimerização não só afetam o rendimento da reação como também podem produzir alterações de massa molar media, distribuição de massa molar e estrutura química.

3.2.4.1) Polimerização por Adição Neste tipo de polimerização, a molécula origina seus pontos de reação pela ruptura de duplas ligações e formação de duas ligações simples. Portanto, a polimerização ocorre sem formação de subprodutos. Muitos dos nossos polímeros de adição comumente encontrados são do tipo do etileno.

? Polietileno: É obtido a partir do etileno (eteno). Possui alta resistência à umidade e ao ataque químico, mas tem baixa resistência mecânica. Empregado na fabricação de folhas (toalhas, cortinas, envólucros, embalagens etc), recipientes (sacos, garrafas, baldes etc), canos plásticos, brinquedos infantis, no isolamento de fios elétricos etc.

? Polipropileno: É obtido a partir do propileno (propeno), sendo mais duro e resistente ao calor, quando comparado com o polietileno. É muito usado na fabricação de artigos moldados e fibras.

? Poliisobuteno: É obtido a partir do isobuteno (isobutileno). Constitui um tipo de borracha sintética denominada borracha butílica, muito usada na fabricação de "câmaras de ar" para pneus.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Poliestireno: É obtido a partir do estireno (vinil-benzeno). Esse polímero também se presta muito bem à fabricação de artigos moldados como pratos, copos, xícaras etc. É bastante transparente, bom isolante elétrico e resistente a ataques químicos, embora amoleça pela ação de hidrocarbonetos. Com a injeção de gases no sistema, a quente, durante a produção do polímero, ele se expande e dá origem ao isopor.

? Cloreto de Polivinila (PVC): É obtido a partir do cloreto de vinila. O PVC é duro e tem boa resistência térmica e elétrica. Com ele são fabricadas caixas, telhas etc.

Com plastificantes, o PVC torna-se mais mole, prestando-se então para a fabricação de tubos flexíveis, luvas, sapatos, "couro-plástico" (usado no revestimento de estofados, automóveis etc), fitas de vedação etc.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Acetato de Polivinila (PVA): É obtido a partir do acetato de vinila. É muito usado na produção de tintas à base de água (tintas vinílicas), de adesivos e de gomas de mascar.

? Politetrafluoretileno ou Teflon: É obtido a partir do tetrafluoretileno. É o plástico que melhor resiste ao calor e à corrosão por agentes químicos; por isso, apesar de ser caro, ele é muito utilizado em encanamentos, válvulas, registros, panelas domésticas, próteses, isolamentos elétricos, antenas parabólicas, revestimentos para equipamentos químicos etc.

3.2.4.2) Polimerização por Condensação A polimerização por condensação consiste na formação de polímeros mediante reações químicas intermoleculares etapa por etapa, que normalmente envolvem mais de um tipo de monômero. Geralmente, existe um subproduto de pequeno peso molecular, como a água, que é eliminado.

? Poliamidas ou Nylons: Estes polímeros são obtidos pela polimerização de diaminas com ácidos dicarboxílicos. Os nylons são plásticos duros e têm grande resistência mecânica. Se prestam à fabricação de cordas, tecidos, garrafas, linhas de pesca etc.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Poliésteres: Resultam da condensação de poliácidos (ou também seus anidridos e ésteres) com poliálcoois. Um dos poliésteres mais simples e mais importantes é obtido pela reação do éster metílico do ácido tereftálico com etileno-glicol. É usado como fibra têxtil e recebe os nomes de terilene ou dacron. Em mistura com outras fibras (algodão, lã, seda etc) constitui o tergal.

? Polímero uréia-formaldeído: É um polímero tridimensional obtido a partir da uréia e do formaldeído. Quando puro é transparente, e foi por isso usado como o primeiro tipo de vidro plástico. No entanto, ele acaba se tornando opaco e rachando com o tempo. Este defeito pode ser evitado pela adição de celulose, mas ele perde sua transparência, sendo então utilizado na fabricação de objetos translúcidos. Esse polímero é também usado em vernizes e resinas, na impregnação de papéis. As resinas fenol- formaldeído e uréia-formaldeído são usadas na fabricação da fórmica.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software ? Polifenol ou Baquelite: É obtido pela condensação do fenol com o formaldeído (metanal). Usado na fabricação de tintas, vernizes e colas para madeira.

3.2.5) Aditivos Para Polímeros São materiais adicionados como componentes auxiliares dos plásticos e/ou das borrachas; a inclusão de aditivos nas formulações ou composições de plásticos ou de borrachas visa uma ou mais aplicações específicas como, por exemplo, abaixar o custo, modificar e/ou melhorar diversas propriedades, facilitar o processamento, colorir, etc.; os principais aditivos dos plásticos e das borrachas são: fibras de reforço ou reforços fibrosos, cargas inertes, cargas reforçantes ou reforçadoras, plastificantes, lubrificantes, pigmentos, corantes, plastificantes, estabilizantes térmicos, antioxidantes, antiozonantes, absorvedores de ultravioleta, retardantes de chama, agentes de expansão, agentes antiestáticos, aromatizantes, aditivos anti-fungos, modificadores de impacto, etc.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.3) APLICAÇÕES DIVERSAS

3.3.1) Revestimentos Muitos dos ingredientes presentes nos materiais usados como revestimento são polímeros, a maioria dos quais de origem orgânica. Revestimentos são aplicados às superfícies dos materiais para que sirvam a uma ou mais das seguintes funções: proteger o item em questão de um ambiente que possa produzir reações corrosivas ou de deterioração, melhorar a aparência do item em questão, além de proporcionar isolamento elétrico. Tais revestimentos orgânicos se enquadram dentro de varias classificações diferentes, quais sejam: tintas, vernizes, esmaltes, lacas e gomas.

3.3.2) Adesivos Uma substância capaz de manter materiais juntos por união superficial, isto é, por adesão superficial, sendo a adesão a atração entre dois corpos sólidos ou plásticos, com superfícies de contato comuns, e produzida pela existência de forças atrativas intermoleculares de ação a curta distância; a seleção do adesivo deve ser baseada nos tipos de materiais que vão ser colados.

Embora a resistência inerente ao adesivo possa ser muito menor do que a dos materiais aderidos, mesmo assim pode ser produzida uma junta forte e resistente se a camada de adesivo for fina e contínua. Se uma boa junta for formada, o material aderido poderá sofrer fratura ou se romper antes que o adesivo venha a se romper. Os adesivos poliméricos podem ser usados para colar uma variedade de combinações de materiais: metal-metal, metal-plástico, metal-cerâmica, etc. Entretanto, os polímeros orgânicos mantem as suas integridades mecânicas apenas a temperaturas relativamente baixas, e a força diminui rapidamente com o aumento da temperatura. Termoplásticos, resinas

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software termofixas, compostos elastoméricos e adesivos naturais podem servir às funções de adesivos.

3.3.3) Películas Muito espessas tem sido muito empregadas na proteção a embalagens de produtos da construção civil, em forma de ?lona plástica?. Dentre as características importantes dos materiais produzidos e usados como películas incluem-se uma baixa densidade, um alto grau de flexibilidade, elevados limites de resistência à tração e resistência à ruptura, resistência ao ataque da umidade e de outros produtos químicos, e uma baixa permeabilidade a alguns gases, especialmente o vapor d?água. Alguns dos polímeros que atendem esses critérios e que são fabricados na forma de películas são o polietileno, o polipropileno, o celofane e o acetato de celulose.

3.3.4) Espumas Materiais plásticos muito porosos são produzidos em um processo conhecido por espumação. Os materiais termoplásticos e termofixos podem ser submetidos a espumação, os quais mediante aquecimento, se decompõem com a liberação de um gás.

Alguns dos polímeros comumente submetidos a esse processo são o poliuretano, a borracha, o poliestireno e o cloreto de polivinila. As espumas são usadas geralmente como almofadas em automóveis e mobílias, na substituição à madeira, bem como em embalagens e como isolante térmico.

3.3.5) Tubulações e Conexões Hidrosanitárias O polímero mais utilizado é o PVC (Policloreto de Vinila), possui vantagens como o baixo preço, facilidade de manutenção, imunidade a ferrugem e a economia de mão-de- obra.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.3.6) Aditivos Químicos São utilizados nos concretos e argamassas para modificar certas propriedades dos materiais frescos ou endurecidos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 3.4) POLÍMEROS E O MEIO AMBIENTE

O plástico é responsável por grandes volumes de lixo de degradação lenta. Mas, ao substituir materiais de origem vegetal, reduz a destruição de florestas e, por ser leve, o seu transporte economiza combustível. A sua combustão gera mais energia do que a do carvão, embora cause poluição. A reciclagem avança, mas tem custo elevado devido à tributação, entre outros motivos.

Até a década de 60, a indústria de plásticos era associada apenas com problemas ambientais relacionados ao processo de produção, que em princípio podem ser controlados com manutenção eficiente e tecnologias adequadas. Entretanto, o grande crescimento do consumo de plásticos, acelerado pelo seu crescente uso em produtos de curta duração, acabou por transformar os próprios produtos plásticos num problema ambiental, ao gerar enormes volumes de lixo que se degradam muito lentamente, têm um impacto visual muito negativo e cuja gradual decomposição, em certos casos, origina substâncias nocivas e muito duradouras. Em países como os Estados-Unidos o consumo de plásticos chega aos 85 kg por habitante e Japão, onde chega aos 100Kg ainda se torna ainda mais preocupante.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software Por outro lado, os plásticos, ao substituírem materiais mais pesados (metais, vidro, cerâmica?) podem contribuir para economizar energia e reduzir a queima de combustíveis ao reduzirem o peso de veículos ou da sua carga; ao substituir papel e madeira, podem reduzir a destruição de florestas. A isso se soma a conveniência prática e económica e, por vezes, também higiénica e sanitária do uso de plásticos descartáveis (como em seringas hipodérmicas). Tudo isso contribui para matizar as críticas aos plásticos e incentivar a busca de meios para conciliar seu uso com as exigências ambientais.

Apesar das embalagens plásticas representarem uma pequena fracção do lixo sólido (7%), chama, no entanto a atenção, mais do que outros materiais , resumidamente, devido aos seguintes fatores: ? Descartabilidade, que leva os produtos acondicionados em embalagens plásticas serem preferidos pelo consumo fora do ambiente residencial, ou seja, em lugares públicos;

3.4.1) O PVC e o Meio Ambiente Dos plásticos comuns, o PVC é o maior problema ambiental. É o mais resistente à degradação (em condições normais, pode durar 400 a 500 anos) e a sua combustão ou lenta decomposição ? como a de qualquer outro produto orgânico clorado ? pode gerar dioxinas e milhares de outras substâncias de propriedades mal conhecidas, mas capazes de permanecer décadas ou séculos no ambiente, o que também ocorre como plastificantes que tornam o PVC utilizável.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4 - IMPORTÂNCIA E UTILIZAÇÃO DE POLÍMEROS E CERÂMICAS NA INDÚSTRIA DO PETRÓLEO

Como foi visto anteriormente, podemos dizer que vivemos no mundo dos polímeros, os vestimos, calçamos, escrevemos, são quase parte do nosso corpo, e muitas pessoas nem sabem de onde surgiu o tecido da roupa, a embalagem da loja, a caneta que escreve. Com a cerâmica podemos ter a mesma relação e quase impossível abrir os olhos e não ver um produto cerâmico, tijolo, telhas, azulejo, utensílios de mesa (louças, talheres), vasos de flores, porcelanas de banheiro. Além disso, o vidro, em seus milhares de permutações, é também um produto cerâmico, desde as lentes de óculos até as janelas de um arranha-céu, cabos de fibra ótica que trazem a imagem à nossa televisão.

A importância e utilização desses dois materiais no dia-dia e muito considerável, na indústria do petróleo eles também possuem um papel importante.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.1) CIMENTAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO

Depois da descida da coluna de revestimento, geralmente o espaço anular entre a tubulação de revestimento e as paredes do poço é preenchido com cimento, de modo a fixar a tubulação e evitar que haja migração de fluidos entres as diversas zonas permeáveis atravessadas pelo poço, por detrás do revestimento. A cimentação de um poço de petróleo é um processo muito importante e requerem vários cuidados. O cimento é um tipo de cerâmica que possuem principalmente os devidos componentes: cal (CaOH);

a sílica(SiO2); a alumina(Al2O3) e o óxido de ferro(Fe2O3).As propriedades das cerâmicas são importantes, pois a presença de sílica faz com a temperatura de fusão seja alta e tenha um baixo coeficiente de expansão,além de resistência a choques térmicos e produtos químicos de laboratório.Junto a essa cimentação são adicionados vários aditivos para um melhor desempenho,temos a adição de argilas (bentonita,atapulgita,etc.) que faz aumentar o rendimento de absorção de água, mantendo a pasta mais homogênea e diminuindo a absorção de água.Em alguns casos este procedimento e realizado com nitrogênio ou micro esferas cerâmicas para criar pastas excepcionalmente leves.Nesse cimento também e adicionado controladores de filtrado que atuam reduzindo a permeabilidade do reboco,formado em frente a zonas permeáveis, e/ou aumentando a viscosidade do filtrado,de modo a evitar a desidratação prematura,nesses casos utilizam polímeros derivados da celulose e polímeros sintéticos.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.2) FLUIDOS DE PERFURAÇÃO

Os fluidos de perfuração são misturas complexas de sólidos, líquido, produtos químicos e, por vezes, ate gases. Seu principal objetivo é garantir uma perfuração rápida e segura, além resfriar e lubrificar a broca de perfuração, limpar o fundo do poço dos detritos gerados durante a perfuração e transportá-los para a superfície, estabilizar o poço e permitir uma adequada avaliação da formação geológica. Um tipo de fluido é o fluido a base de água que utiliza um tipo de argila (bentonita) em sua composição e vários outros componentes. A água tem a função de prover o meio de dispersão para os materiais coloidais, a bentonita controla a viscosidade, limite de escoamento, forças géis e filtrados em valores adequados para conferir ao fluido uma boa taxa de remoção dos sólidos perfurados e capacidade de estabilização das paredes do poço. Contudo, atualmente, alguns tipos de argila não apresentam os parâmetros exigidos pela PETROBRAS e a aditivação polimérica surge como alternativa para adequar essas propriedades. As propriedades são as seguintes: viscosidade aparente; viscosidade plástica e o limite de escoamento. A adivitação polimérica atribui às argilas bentoníticas melhora as propriedades reológicas e de filtração dos fluidos de perfuração viabilizando, portanto, o desenvolvimento de compostos bentonita/polímeros para uso na perfuração de poços de petróleo.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.3) RESTAURAÇÃO DE POÇOS DE PETRÓLEO

A restauração de poços de petróleo consiste em um conjunto de técnicas utilizado para o aumento da produção, baseado na injeção de fluidos na formação visando remover danos na matriz rochosa. Essas intervenções têm o objetivo de manter ou melhorar a produtividade, corrigindo algumas restrições que causam a redução na produção. Os polímeros empregados na acidificação devem apresentar resistência à salinidade, temperatura, cisalhamento e, principalmente, ao meio ácido. Na escolha do polímero a ser empregado, é fundamental conhecer suas propriedades e associá-las às condições de uso. Trata-se de utilizar um complexo polímero que tenha a mesma eficácia dos aditivos químicos utilizados e com um custo mais baixo, este polimérico ácido vai remover os danos causados por incrustações e precipitações. A mistura é composta por um polímero natural, que possui características de um quelante, e um polímero sintético, que tem a capacidade de reduzir a tensão superficial como se fosse um tenso ativo. Um dos problemas mais comuns em acidificação é o uso excessivo de aditivos, que pode onerar o processo e, também, causar danos à formação. . A quitosana é um biopolímero catiônico que tem merecido destaque em diversos setores da indústria química, como no tratamento de efluentes, atuando como floculante e resina quelante, na remoção de metais pesado. Este polímero é bastante versátil, e com características e pré-requisitos que podem se adequar as operações de acidificação.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.4) RECUPERAÇÃO DE ÓLEOS NOS POÇOS DE PETRÓLEO

Nos chamados poços surgentes, a produção de óleo durante o primeiro estágio é obtida devido à pressão natural do reservatório. A quantidade de óleo produzida pela energia do reservatório, assim como pelo bombeamento de poços para auxiliar no escoamento natural, é conhecida como recuperação primária. A eficiência da recuperação de óleo nesse primeiro estágio se limita a uma faixa entre 10 e 30% do volume total de petróleo disponível, dependendo da natureza do reservatório. Portanto, mais de 70% do óleo inicialmente contido no reservatório estão disponíveis para técnicas secundárias e terciárias de recuperação de óleo. Durante o segundo estágio de recuperação, água ou gases podem ser injetados com a finalidade de extrair o óleo das rochas porosas. Porém, esses fluidos tendem a percorrer as regiões mais permeáveis, deixando quantidades substanciais de óleo na formação. Os métodos de recuperação terciária são empregados para atuar nos pontos onde o processo convencional falhou. As baixas recuperações resultantes de um processo convencional de injeção de fluidos podem ser creditadas basicamente a dois principais aspectos: alta viscosidade do óleo do reservatório e elevadas tensões interfaciais entre o fluido injetado e o óleo. No caso de um reservatório com óleo de alta viscosidade, podem-se adicionar polímeros à água de injeção para transformá-la em um fluido que se desloque dentro do meio poroso com a mesma mobilidade que o óleo.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.5) FILTROS DE CERÂMICA

O uso da cerâmica é tão abrangente na indústria do petróleo que engloba desde os testes de laboratório, tais como os de caracterização de poços; extração e refino do óleo, diversos processos de separações até vários tratamentos de descarte de resíduos. As rochas reservatórios são, em sua maioria, compostas por aluminas-silicato. A fim de reproduzir as condições de transporte dessas rochas, muitos filtros cerâmicos empregados na indústria do petróleo são atualmente a base de sílica e alumina. Os filtros cerâmicos são utilizados apartir de pressão capilar. Esses filtros são seletivos, onde em uma mistura água-óleo, somente água é permeável. O óleo, nos poços, é armazenado nos pequenos poros da rocha reservatório (d<100µm) onde coexiste com água e provavelmente uma fase gasosa. São as forças capilares que seguram o óleo nesses pequenos poros. Essa força depende, entre outros fatores, do tamanho dos poros e da molhabilidade (ângulo de contato). A pressão capilar e as funções de permeabilidade são cruciais para descrever quantitativamente a vazão e o transporte dos fluidos que estão na subsusperfície.Micro esferas de vidro oca para revestimentos de tubulações que transportam petróleo em operações offshore (exploração de altas profundidades). O revestimento com a utilização da microesfera proporciona isolamento térmico aliado a baixas densidades. Esses fatores são essenciais na exploração de petróleo em águas profundas. Microesferas cerâmicas para filtração do biodiesel: O biodiesel contém diversos contaminantes que precisam ser removidos, através do processo de filtração, a fim de que o produto final esteja dentro da especificação requerida pela empresa de distribuição de combustível. A microesfera cerâmica pode ser inserida no processo de filtração com o objetivo de formar uma pré capa retentora desses contaminantes.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 4.6) FIBRA ÓTICA

A necessidade da utilização de dutos é crescente no setor petrolífero, assim como a monitoração dos mesmos. Uma forma de se evitarem vazamentos, que podem ocasionar grandes danos ao meio ambiente, é monitorar as deformações. Caso a falha não possa ser evitada por meio de procedimentos operacionais, a monitoração de deformações permite identificar o momento inicial e o local do vazamento, possibilitando uma rápida ação de equipes de limpeza e despoluição. Também é importante a monitoração dos efeitos de encostas e da movimentação do solo. O mesmo pode-se dizer a respeito de dutos submarinos de produção e de transferência, submetidos a carregamentos dinâmicos complexos, que combinam pressão interna, externa, torção, esforços axiais e, o mais comum destes, o carregamento aflexão. Para este tipo de aplicação, sensores a fibra óptica apresentam uma série de atrativos. Multiplexação, operação remota e distribuição de sensores por longas distâncias são características que favorecem sua utilização em sistemas de monitoração de deformação. As técnicas de monitoração de deformação em dutos empregando sensores a fibra óptica com base em redes de Bragg. Redes de Bragg funcionam como um espelho altamente seletivo, de comprimentos de onda que satisfaçam a condição de Bragg. Os sensores distribuídos têm como principal vantagem o fato de a própria fibra ser o elemento sensor, sem qualquer necessidade de processamento ou preparação da fibra. Estes sensores são baseados em um efeito não-linear chamado de espalhamento Brillion estimulado, que é a interação causada pelo acoplamento entre ondas ópticas e acústicas quando a condição de ressonância é preenchida. Condição esta que é diretamente dependente da deformação e da temperatura; logo, determinando a freqüência de ressonância produz-se diretamente a medida de temperatura e/ou deformação. A freqüência de ressonância é uma propriedade intrínseca do material, o que pode ser observado em qualquer fibra de sílica.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software 5 ? CONCLUSÃO

Após a Revolução Industrial em meados do século XVIII, o mundo se transformou de uma forma jamais vista na história da humanidade. Todas as áreas de processamento sofreram uma evolução sem precedentes. Seja ela qual for, ainda hoje, as indústrias colhem frutos dos avanços da época. Vários materiais fazem parte dessa história de revolução, materiais esses que são a cada dia, aprimorados para satisfazer nossas necessidades e nossas exigências, entre eles estão as cerâmicas e os polímeros, que são utilizados numa enorme gama de setores.

Apesar de a cerâmica ser utilizada desde a pré-história pelo homem, ela ainda hoje é de fundamental importância para a sociedade, pois é predominantemente utilizada na construção civil devido a sua grande resistência mecânica a compressão, vale ressaltar também sua propriedade de ser um material refratário, ou seja, mantém suas propriedades praticamente constantes mesmo a elevadas temperaturas, e o fato de ter um papel ambiental importante. Contudo os materiais cerâmicos não estão restritos somente a isso, sendo utilizados em uma gama enorme de variações, principalmente as que estão ligadas as questões de baixa condutividade térmica e elétricas.

Os materiais cerâmicos são materiais em que vale a pena pensar. Por um lado, os cerâmicos tradicionais atingiram um elevado estado de amadurecimento, prevendo-se que o futuro lhes reserve aplicações com designs cada vez mais arrojados e sistemas de distribuição do produto mais rentáveis. Por outro lado, os cerâmicos técnicos tem vindo a ser aplicados em situações cada vez mais exigentes, graças aos avanços tecnológicos que têm permitido a obtenção de propriedades mecânicas superiores.

O primeiro polímero puramente sintético de uso comercial surgiu apenas em 1907, mas desde então a indústria polimérica não parou de se desenvolver e crescer. É fácil observar que eles ocupam grande parte da nossa vida, os plásticos e outros materiais poliméricos estão presentes em nossas casas, nos utensílios domésticos, automóveis, roupas, embalagens, entre outros tantos meios.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software sabe-se que seria quase impossível manter os padrões de conforto que estamos acostumados sem a existência dos plásticos e de outros materiais poliméricos. Eles vêm contribuindo nos mais variados domínio, facilitando nossa vida.

O professor e engenheiro químico Carlos Roberto de Lana escreve um especial para a página 3 Pedagogia & Comunicação, simulando como seria o mundo atual sem plásticos, ele conclui que um mundo sem água (tubos de PVC que alimentam a torneira), sem luz (PVD usado no isolamento elétrico dos fios), sem telefone (feito de ABS), sem roupas ou sapatos (feitos de poliéster e nylon), seria nada menos que um pesadelo aterrorizante.

Na indústria de petróleo, as cerâmicas e os polímeros também possuem suas áreas de utilização, contribuindo para um melhoramento industrial nessa área. Observa-se que eles são utilizados como auxiliadores na prospecção e exploração (fibras óticas a base de polímeros), extração (cimentação de poços de petróleo, fluidos de perfuração, restauração de poços de petróleo, recuperação de óleo nos poços de petróleo), e no refino (filtro de cerâmica, acabamento de máquinas, etc.). Assim torna-se inegável a grande importância das cerâmicas e dos polímeros no mundo moderno.

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

LTC editora 2) Chiaverini, Vicente ? Tecnologia Mêcanica, Materiais de Construção Mecânica ? Volume III ? 2ª ed. Editora Afiliada 3)http://educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u39.jhtm, acessado no dia 26 de novembro de 2010 4)http://netceramics.com/Home/tabid/488/language/pt-BR/Default.aspx, acessado no dia 27 de novembro de 2010 5) W. F. Smith, ?Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais?, McGraw-Hill de Portugal (1998) 6) Van Black, Lawrence Hall ? Princípios de ciência dos materiais / Lawrence Hall Van Vlack; traduzido pelo Eng. Luiz Paulo Camargo Ferrão ? São Paulo; Edgard Blücher, 1970 7) Shackelford, James F. ? Introdução à ciência dos materiais para engenheiros / James F.

Shackelford; tradução Daniel Vieira; revisão técnica Nilson C. Cruz ? São Paulo : Pearson Prentice Hall, 2008 8) SMITH, W.F. Princípios de ciência e engenharia dos materiais., Portugal: McGraw-Hill, 1998 9) ASHBY, M.; JONES, D. Engenharia de materiais. v. 2, Rio de Janeiro: Campus, 2007