Aplicação industrial de design de experimentos (DOE) no estudo de substituição da frita em esmaltes cerâmicos transparentes
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFPE |
Texto Completo: | https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/37692 |
Resumo: | A principal forma de experimentação na indústria cerâmica é a “Uma variável por vez”, onde as interações dos fatores não são avaliadas. O design de experimentos (DOE) vem se mostrando altamente eficaz tanto na indústria, quanto no meio acadêmico. Na indústria de louças sanitárias, os principais defeitos associados ao esmalte cerâmico, têm correlação direta com as propriedades de contração do conjunto esmalte-suporte e a viscosidade do esmalte fundido, que dependem da composição química e granulometria do esmalte e do suporte, bem como do desenvolvimento de fases durante a queima. Este estudo foi realizado visando a otimização da contração e da viscosidade de um esmalte transparente sem a utilização da frita (material vítreo produzido através da moagem e queima de outras fontes de óxidos), visando reduzir custos. Os esmaltes foram produzidos a úmido em moinho excêntrico com esferas de alumina, até um resíduo #325 entre 0,1 e 0,2%. Foram avaliados o efeito de quartzo, feldspato e carbonato de bário na contração e viscosidade dos esmaltes, através dos ensaios de meio anel e torre de escorrimento, respectivamente. Foi utilizado o DOE para avaliar os fatores mais significativos, através de um fatorial completo de dois níveis (2³) com um ponto central e 3 replicações, com o apoio do software JMP®. Seguido de uma etapa de otimização da formulação, tendo em vista manter as propriedades adequadas para queima. Para a fórmula otimizada, também foi realizado o ensaio de gretamento e leituras de cor, visando garantir a correta aplicação do vidrado como um pilar estético. Os resultados mostraram que o quartzo, BaCO₃ e a interação dos três fatores são os mais significativos para o processo de duas respostas. Já para o ½ anel, quartzo e BaCO₃ são mais efetivos, tendo relação direta com a contração dos esmaltes. Enquanto feldspato e quartzo, principalmente, foram os mais efetivos para a viscosidade do fundido. Através da otimização chegou-se ao ponto (+1) quartzo, (+1) feldspato e (-1) BaCO₃ que apresentou um desvio de 6,2% para o ½ anel e 2,9% para o escorrimento, quando comparado ao resultado predito pelo software Minitab 18®. Em adição, a fórmula otimizada não apresentou linhas gretamento e a leitura de cor (L*, a*, b*) ficou dentro do especificado, com ΔE=0,75 em relação ao esmalte padrão. |
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Na indústria de louças sanitárias, os principais defeitos associados ao esmalte cerâmico, têm correlação direta com as propriedades de contração do conjunto esmalte-suporte e a viscosidade do esmalte fundido, que dependem da composição química e granulometria do esmalte e do suporte, bem como do desenvolvimento de fases durante a queima. Este estudo foi realizado visando a otimização da contração e da viscosidade de um esmalte transparente sem a utilização da frita (material vítreo produzido através da moagem e queima de outras fontes de óxidos), visando reduzir custos. Os esmaltes foram produzidos a úmido em moinho excêntrico com esferas de alumina, até um resíduo #325 entre 0,1 e 0,2%. Foram avaliados o efeito de quartzo, feldspato e carbonato de bário na contração e viscosidade dos esmaltes, através dos ensaios de meio anel e torre de escorrimento, respectivamente. Foi utilizado o DOE para avaliar os fatores mais significativos, através de um fatorial completo de dois níveis (2³) com um ponto central e 3 replicações, com o apoio do software JMP®. Seguido de uma etapa de otimização da formulação, tendo em vista manter as propriedades adequadas para queima. Para a fórmula otimizada, também foi realizado o ensaio de gretamento e leituras de cor, visando garantir a correta aplicação do vidrado como um pilar estético. Os resultados mostraram que o quartzo, BaCO₃ e a interação dos três fatores são os mais significativos para o processo de duas respostas. Já para o ½ anel, quartzo e BaCO₃ são mais efetivos, tendo relação direta com a contração dos esmaltes. Enquanto feldspato e quartzo, principalmente, foram os mais efetivos para a viscosidade do fundido. Através da otimização chegou-se ao ponto (+1) quartzo, (+1) feldspato e (-1) BaCO₃ que apresentou um desvio de 6,2% para o ½ anel e 2,9% para o escorrimento, quando comparado ao resultado predito pelo software Minitab 18®. Em adição, a fórmula otimizada não apresentou linhas gretamento e a leitura de cor (L*, a*, b*) ficou dentro do especificado, com ΔE=0,75 em relação ao esmalte padrão.The main form of experimentation in the ceramic industry is “One variable at a time”, where the interactions of the factors are not evaluated. Experiment design (DOE) has proven to be highly effective in both industry and academia. In the sanitary ware industry, the main defects associated with ceramic enamel have a direct correlation with the contraction properties of the enamel-support set and the viscosity of the melted enamel, which depend on the chemical composition and granulometry of the enamel and the support, as well as the phase development during firing. This study was carried out aiming to optimize the contraction and viscosity of a transparent enamel without the use of frit (glassy material produced by grinding and burning other sources of oxides), in order to reduce costs. The enamels were produced wet in an eccentric mill with alumina spheres, up to a # 325 residue between 0.1 and 0.2%. The effect of quartz, feldspar and barium carbonate on the contraction and viscosity of the enamels were evaluated through the half-ring and sliding tower tests, respectively. DOE was used to assess the most significant factors, using a complete two-level factorial (2³) with a central point and 3 replications, with the support of the JMP® software. Followed by a formulation optimization step, with a view to maintaining the proper properties for burning. For the optimized formula, the cracking test and color readings were also performed, in order to ensure the correct application of the glaze as an aesthetic pillar. The results showed that quartz, BaCO₃ and the interaction of the three factors are the most significant for the two-response process. For the ½ ring, quartz and BaCO₃ are more effective, having a direct relationship with the enamels contraction. While feldspar and quartz, mainly, were the most effective for the melt viscosity. Through optimization, the point reached (+1) quartz, (+1) feldspar and (-1) BaCO₃, which showed a deviation of 6.2% for the ½ ring and 2.9% for draining, when compared to result predicted by Minitab 18® software. In addition, the optimized formula showed no cracking lines and the color reading (L *, a *, b *) was within the specified, with ΔE = 0.75 in relation to the standard enamel.porUniversidade Federal de PernambucoPrograma de Pos Graduacao em Engenharia MecanicaUFPEBrasilAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessEngenharia MecânicaEsmalte cerâmicoDesign de experimentosOtimizaçãoContração esmalte/suporteAplicação industrial de design de experimentos (DOE) no estudo de substituição da frita em esmaltes cerâmicos transparentesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesismestradoreponame:Repositório Institucional da UFPEinstname:Universidade Federal de Pernambuco (UFPE)instacron:UFPELICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82310https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/37692/3/license.txtbd573a5ca8288eb7272482765f819534MD53ORIGINALDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdfDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdfapplication/pdf2313122https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/37692/1/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Rodrigo%20Fran%c3%a7a%20da%20Silva.pdf4f346c6ea9a0f0d5bd13b2c4374fc889MD51TEXTDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdf.txtDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdf.txtExtracted texttext/plain141559https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/37692/4/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Rodrigo%20Fran%c3%a7a%20da%20Silva.pdf.txt47d105167a7d54823707a71786bed608MD54THUMBNAILDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdf.jpgDISSERTAÇÃO Rodrigo França da Silva.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1265https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/37692/5/DISSERTA%c3%87%c3%83O%20Rodrigo%20Fran%c3%a7a%20da%20Silva.pdf.jpg1b598d62de8f1d73df02e05f6349e5b7MD55CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; 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