O EFEITO DO TAMANHO DE PARTÍCULA DA CASCA DE ARROZ ATUANDO COMO CARGA EM GESSO E ARGILA: INOVAÇÃO E PRODUTOS Luiz Fernando Vargas Malerba Fernandes1,Rosinei Batista Ribeiro2, Jorge Luiz Rosa3 , Gilbert Silva4 1
Faculdades Integradas Teresa D’Ávila/Instituto Superior de Pesquisas e Iniciação Científica, Av: Dr. Peixoto de Castro – nº539,
[email protected] 2 Faculdades Integradas Teresa D’Ávila/Instituto Superior de Pesquisas e Iniciação Científica, Av: Dr. Peixoto de Castro – nº539,
[email protected] 3 Escola de Engenharia de Lorena - USP/Departamento de Engenharia de Materiais, Polo Urbano-Industrial Gleba AI-6,
[email protected] 4 Universidade Federal de Itajubá/Departamento de Engenharia de Materiais, Rua Dr. Pereira Cabral – nº 1303,
[email protected]
Resumo O projeto teve com objetivo avaliar a morfologia e a classificação da casca de arroz processada via moinho de alta energia e caracterizada pela microscopia óptica e eletrônica de varredura. A fase experimental iniciou-se com visitas técnicas à fazenda Alto dos Marins, localizada no município de Canas – SP, para acompanhamento do processo produtivo e a coleta dos resíduos da casca do arroz. Foram realizadas as microscopias ópticas e eletrônicas de varredura nas cascas a partir do processamento e no estado como recebido. Será realizado o ensaio mecânico por flexão, em seguida a definição de padrões de textura em 3D nas áreas de arquitetura, engenharia de materiais e design. Os resultados alcançados mostram que a morfologia da casca apresentam características fibrosas lineares e de alta rugosidade, contribuindo para ancoramento entre a matriz e a partícula (casca). Palavras-chave: Inovação, Cadeia Produtiva, Tamanhos de Particulas, Materiais Cerâmicos, Produtos. Área do Conhecimento: Ciências Sociais Aplicadas e Engenharia de materiais Introdução O arroz, cereal da família das gramíneas, sendo a terceira maior cultura cerealífera do mundo, estando atrás apenas do milho e trigo. É impossível determinar com certeza a época em que o homem começou a cultivar esse grão, pois sua trajetória se mistura com a história da humanidade (PEREIRA, 2002). Além de alimento, o arroz possui representatividade social, conforme explica Bellini (2011), a teoria das Representações Sociais trata da produção dos saberes social. Centra-se na análise da construção e transformação do conhecimento social e tenta elucidar como a ação e o pensamento se interliga na dinâmica social. A Representação Social é sempre representação de alguma coisa (objeto) e de alguém (sujeito). Alguns povos orientais chegaram a eleger o arroz como símbolo da fartura. Os mesmos chegaram a dizer que o arroz era uma gota de suor de Maomé que caiu do paraíso. (PEREIRA, 2002). Depois de séculos de cultivo na Ásia, o
arroz chega ao mundo ocidental. Os árabes introduziram o cereal na Europa entre os séculos VII e VIII. Na América, levou um pouco mais de tempo para chegar, estima-se que o Brasil foi o primeiro país do continente sul americano a cultivar o arroz. Antes mesmo da chegada dos colonizadores, os índios já colhiam o chamado "milho d'água", mas foi após a colonização portuguesa que o cultivo ganhou força. No século XVI, as plantações alcançaram nível mais organizado. Nos séculos seguintes, espalhou-se para São Paulo, Maranhão, Pará e Pernambuco, sempre com autorização por parte da Coroa de Portugal. No inicio do século XVIII, o Rio de Janeiro construiu o primeiro engenho do país. (WENDT, 2003). O nome da cidade de Canas originou – se de uma fazenda denominada Fazenda das Canas que foi desapropriada por parte do governo que era propriedade do Alferes Francisco Ferreira dos Reis que servia para o assentamento das famílias dos imigrantes. Os imigrantes eram na maior parte oriundos de italianos que obtiveram terras com a
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finalidade de cultivar cana de açúcar para abastecer o Engenho Centra de Lorena, no ano de 1887. O termo “caninhas” derivou do tipo de cana produzida no local, nomeado de “crinolina, que tinha sua espessura menor do que as cultivadas na colônia. Dentro do processo evolutivo, Canas passou de núcleo Colonial Agrícola (1890), para bairro, distrito e Município. No dia 22 de março de 1992, foi realizado um plebiscito popular, que decidiram pela emancipação de Canas, pois até aquele presente momento Canas pertencia o município de Lorena. (Prefeitura Municipal de Canas, 2014). A utilização do resíduo vegetal, tal como casca de arroz, vem sendo uma ideia para diminuir o impacto ambiental e revela uma alternativa em potencial elevado. (Milani, 2006). Definiram a casca do arroz sendo uma capa lenhosa, oca, dura e altamente composta por sílica. Sua composição química é de 50% de celulose, 30% de lignina e 20% de sílica. Visando o aspecto econômico e tecnológico, a casca do arroz permite a confecção de materiais de baixo custo, porque atua como material de substituição ou até como material de substituição parcial da matéria prima utilizadas em materiais de construção convencional. Levando em conta o âmbito ambiental, utilizar a casca do arroz, permite controlar e minimizar o descarte, do lançamento ou da queima indiscriminada. (Silveira, 1996) Dada à importância do tema, o projeto discute avaliar a cadeia produtiva e a definição de padrões de qualidade de novos produtos aplicados à indústria de arquitetura. O desenvolvimento caracterizará por análise do comportamento mecânico, microestrutural e as definições de padrões de texturas em novos produtos das áreas de arquitetura e design. Metodologia A metodologia aplicada ao desenvolvimento caracterizará análise do comportamento mecânico por meio de ensaio tipo flexão, microestrutural da superficies do produto e as definições de padrões de texturas 3D em novos produtos nas áreas de arquitetura e design. A metodologia desta pesquisa passou por uma revisão bibliográfica acerca do tema, visitas técnicas, coletas de resíduos, prepassará por confecção dos corpos de prova para os ensaios mecânicos e caracterização das propriedades, microscopia óptica e MEV, análise e discussão dos resultados obtidos e redação do relatório. Acerca deste trabalho a microscopia óptica será utilizada na primeira parte
da análise morfológica dos corpos de prova. Conforme explica Callister (2012), com microscopia óptica, o microscópio de luz é usado para estudar a microestrutura; sistemas ópticos e de iluminação são seus elementos básicos. Para materiais que são opacos à luz visível (todos os metais de muitas cerâmicas e polímeros), apenas a superfície é submetida à observação e o microscópio de luz deve ser usado num modo refletivo. Contrastes na imagem produzem resultados decorrentes de diferenças na refletividade das várias regiões da microestrutura. Investigações deste tipo são muitas vezes denominadas metalográficas, de vez que metais foram os primeiros materiais examinados usando esta técnica. (p.43) As análise da morfologia da casca do arroz serão realizadas por meio do Microscópio eletrônico de Varredura (MEV). Conforme diz Callister (2012), a superfície de uma amostra a ser examinada é varrida com um feixe de elétron e o feixe de elétron refletido (ou retro-espalhado) é coletado e depois exibido na mesma taxa de varredura sobre um tubo de raio catódico (similar a uma tela de TV). A imagem que aparece na tela, e que pode ser fotografada, representa as características superficiais da amostra. A superfície pode ou não pode ser polida e atacada, mas deve ser eletricamente condutiva; um muito fino revestimento metálico deve ser aplicado a materiais não condutivos. Ampliações variando de 10 a mais do que 50000 diâmetros são possíveis, do mesmo modo que são possíveis grandes profundidades de campo. (p.45) Para a caracterização da morfologia da casca do arroz via Microscopia Eletrônica de Varredura, antes foi realizado o revestimento de ouro em uma máquina, modelo Bal-Tec Med 020 para tornar a amostra condutora. O equipamento utilizado para fazer o MEV foi o modelo 1450 VP marca Leo. As sessões de MO foi feita no Laboratório de Materiais, Texturas e Modelagens – Prof. Wilson Kindlein Júnior – FATEA com objetivo de identificar o parámetro de rugosidade.
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Figura 3 - Sputtering, modelo Bal-Tec Med 020 Figura 1 - Laboratorio de Microscopia Eletronica de Varredura, EEL USP
A Figura 04 ilustra a casca do arroz revestida por ouro e disposta num suporte, para poder ser caracterizada via MEV. Foi utilizado um equipamento Sputtering, modelo Bal-Tec Med 020.
Figura 2 - Laboratório de Materiais, Texturas e Modelagem - FATEA
Resultados A proposta do trabalho tem como viabilidade o estreitamento nas relações universidade e empresa – PIBITI-CNPq-2014-16, sobretudo o desenvolvimento do projeto contempla a reutilização da casca (palha) de arroz como carga em diferentes composições com resinas e materiais cerâmicos. Trata-se de uma área de novos materiais aplicada ao desenvolvimento de produto em Engenharia, Design e Arquitetura visando a transferência de tecnologia e conhecimento num elo de difusão e popularização da ciência. A casca do arroz em natura foi submetida a uma análise morfológica por meio de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Microscopia Óptica (MO) e observa se que sua morfologia é significativamente fibrosa e irregular. Para a análise via MEV, a casca do arroz passou por um revestimento fino de ouro para ter uma condutibilidade elétrica.
Figura 04 - Revestimento da casca do arroz A casca do arroz foi revestida por uma fina camada de ouro, para que o processo de condução elétrica na superfície da casca e preparação das amostras para análise do MEV, Figura 4. A Figura 05 mostra a morfologia da casca do arroz via MEV, apos o revestimento por uma fina camada de ouro.
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processo, separá-la da casa sem precisar queimar. O mesmo será feito no moinho de alta energia, transformando-as em nano partículas e pós isso, será realizado a separação por granulometria. Conclusão
Figura 5 - Casca do arroz vista no MEV A Figura 5 apresenta morfologia da casca do arroz é toda irregular, possibilitando assim, um estudo mais aprofundado sobre texturas. A superfície morfológica externa da casca do arroz via MEV, fio analisada, de acordo com a Figura 6.
O trabalho tem uma estrutura interdisciplinar e está em fase de desenvolvimento. As próximas etapas da pesquisa consistirão em transformar a casca de arroz em nano partícula utilizando o moinho de alta energia, pós isso, serão feitas as análises de granulometria por peneiramento, análise das partículas obtidas via MEV e MO, confecção de corpos de prova tendo como adição nas partículas das cascas, gesso e argila, serão realizados teste de flexão de 3 pontas para a análise mecânica do material obtido e por final será usado a metodologia de ASHBY para a criação de novos produtos relacionados as suas propriedades mecânicas. Os produtos serão introduzidos nas áreas de construção civil e Design. Referências Callister, William. Introdução às Ciências dos Materiais, Nova York, 2012. Capítulos ou Artigos em coletâneas: Bellini, Marta. Representações sociais: Teoria, procedimentos metodológicos e educação ambiental. Universidade Federal do Mato Grosso, Mato Grosso, 2011.
Figura 6 - Superfície da casca do arroz via MEV Como observado, a Figura 06 visualiza se a superfície toda irregular com alguns “espinhos” e pontos brancos que são sílicas, isso dificultará nosso processo de mistura com outras resinas, pois a sílica é difícil ser separada da casca, o único método conhecido de separação hoje é a queima, no entanto, essa queima causa um grande impacto no meio ambiente. Discussão Os resultados obtidos pelas análises microscópicas apresentam uma morfologia enrugada da casca de arroz, possibilitando assim, uma melhor resistência mecânicos nos futuros produtos confeccionados a partir da adição da mesma. Podemos observar também, uma grande quantidade de sílica, que tentaremos no próximo
Milani, Ana Paula. Características físicas e mecânicas de misturas de solo, cimento e casca de arroz. Unicamp, Campinas – SP, Jaboticabal, 2006. Pereira, José. Cultura do arroz no Brasil, subsídios para a sua história. Embrapa. Teresina, 1ª Edição, 2002, P.14 e 15. SILVEIRA, A.; FERREIRA, A.A.; DAL MOLIN, D.C.C. A cinza da casca de arroz como adição mineral. In: WORKSHOP RECICLAGEM E REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS COMO MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL, 1., 1996, São Paulo. Anais... São Paulo, 1996. p.39-45. Disponível em: http://www.canas.sp.gov.br. Acessado em: 09 abril. 2014 Disponível em: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&
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pid=S0100-69162006000100001. Acessado em: 09 abril. 2014 Disponível em: www.sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/Font esHTML/Arroz/ArrozTerrasAltasMatoGrosso/colhei ta.htm#col. Acessado em: 03 out.2013 Wendt, Nelson. O arroz. Rio Grande do Sul, 2003. Disponível em: . Acessado em: 03 out.2013
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