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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
BRENO LYOGI OKAMURA
Redução do índice de retrabalho proveniente do processo de pré-
tratamento da pintura.
Lorena
2011
BRENO LYOGI OKAMURA
Redução do índice de retrabalho proveniente do processo de pré-
tratamento da pintura.
Orientador: Gerônimo Virgínio Tagliaferro
Lorena
2011
RESUMO
Em diversos segmentos industriais observam-se problemas com a corrosão em
metais, e atualmente vem sendo empregados diversos métodos para diminuir
essa corrosão. No setor automotivo a proteção anticorrosiva depende da
preparação da chapa, pelos processos de fosfatização, eletroforese e primer. A
qualidade da fosfatização é função do controle rígido das características físico-
químicas dos banhos que compõem cada estágio, pressões e temperaturas,
porém o descontrole de um destes parâmetros gera defeitos na pintura como a
falta de aderência da tinta de acabamento e falha na proteção anticorrosiva. O
presente trabalho estuda formas de se reduzir à elevada quantidade de
defeitos através da definição dos defeitos, padronização das causas e
soluções. Assim minimiza-se os retrabalhos gerados pelo processo de pré-
tratamento, sendo este responsável pela fosfatização, assim obteremos maior
produtividade e qualidade das carrocerias produzidas.
Palavras-chave: Fosfatização, Corrosão, Produtividade, Qualidade.
ABSTRACT
In several industrial segments, problems with the corrosion in metals are
observed, and now it has been used a lot of methods to reduce this corrosion.
In the automotive section the anticorrosive protection depends of the foil’s
preparation by phosphate, electrophoresis and primer process. The quality of
the phosphating is function of the rigid control of pressures, temperatures and
the physic-chemical characteristics of each stage baths. However the discontrol
of, at least, one of these parameters, generates defects in the painting, lack of
adherence in the final paint and failure in the anticorrosive protection. The
present work studies ways to reduce the high amount of defects through the
defects definition, standardization of causes and solutions. Thus is possible to
minimize the rework generated by the pre-treatment process, wich is
responsible for the phosphating. This way we will obtain larger productivity and
quality of the produced trucks.
Keywords: Phosphating, Corrosion, Productivity, Quality.
SUMÁRIO
1.INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 1
2.OBJETIVO ................................................................................................................................ 3
3.JUSTIFICATIVA ...................................................................................................................... 4
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................. 5
4.1.1 Contexto ......................................................................................................................... 5
4.1.2 Corrosão e proteção anticorrosiva ............................................................................. 5
4.1.3 Preparação da superfície ............................................................................................ 5
4.2 Estágios que compõem o pré-tratamento de superfície ................................................ 6
4.3 Desengraxe e decapagem ................................................................................................. 8
4.3.1 Estágio pré-desengraxante ......................................................................................... 9
4.3.2 Estágio desengraxante ................................................................................................ 9
4.3.3 Teoria da reação do estágio desengraxante .......................................................... 11
4.3.4 Teste prático para verificação da qualidade do desengraxante ......................... 12
4.4 Estágio enxaguamento I ................................................................................................... 12
4.5 Refinador de cristais .......................................................................................................... 14
4.5.1 Estágio refinador de cristais...................................................................................... 14
4.5.2 Teoria de reação do estágio refinador de cristais ................................................. 15
4.6 Fosfatização ....................................................................................................................... 16
4.6.1 Estágio de Fosfatização ............................................................................................ 17
4.6.2 Teoria de reação do estágio de fosfatização ......................................................... 18
4.6.3 Reações envolvidas ................................................................................................... 19
4.7 Estágios enxaguamento II ................................................................................................ 21
4.8 Passivação .......................................................................................................................... 22
4.8.1 Estágio Passivador ..................................................................................................... 22
4.8.2 Teoria da reação do estágio passivador ................................................................. 23
4.9 Estágio enxaguamento – água D.I. recirculada ........................................................... 24
4.9.1 Estágio enxague – água D.I. .................................................................................... 24
4.10 Estágio Estufa/Secagem ................................................................................................ 25
4.11 Controle da camada de fosfato ..................................................................................... 25
5. METODOLOGIA ................................................................................................................... 27
5.1 Identificação das análises executadas ........................................................................... 27
5.1.1 Procedimento analítico .............................................................................................. 28
5.2. Parâmetros do processo.................................................................................................. 32
5.3. Controle dos banhos do pré-tratamento ....................................................................... 34
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES ...................................................................................... 36
6.1. Otimização do processo .................................................................................................. 36
6.2. Análise dos resultados ..................................................................................................... 36
6.3. Padronização da solução de problemas ....................................................................... 45
6.4. Avaliação da sistemática ................................................................................................. 47
7. CONCLUSÃO ....................................................................................................................... 48
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Estágios que compõe o pré-tratamento. ................................................................ 6
Figura 2. Aplicação via Spray ................................................................................................... 7
Figura 3. Fluxograma do estágio Pré-desengraxante .......................................................... 9
Figura 4. Fluxograma do estágio Dsengraxante. ................................................................ 11
Figura 5. Reação do Desengraxante. ................................................................................... 12
Figura 6. Exemplo de superfícies desengraxadas. ............................................................. 12
Figura 7. Fluxograma do estágio Enxaguamento I. ............................................................ 13
Figura 8. Fluxograma do estágio Refinador de cristais. ..................................................... 15
Figura 9. Variação da concentração do Refinador de Cristais. ......................................... 16
Figura 10. Fluxograma do estágio de Fosfatização. ........................................................... 18
Figura 11. Mecanismo de formação da camada de fosfato. ............................................. 19
Figura 12. Fluxograma do estágio Enxaguamento II. ......................................................... 22
Figura 13. Fluxograma do estágio Passivador. ................................................................... 23
Figura 14. Teoria de reação do Passivador. ........................................................................ 23
Figura 15. Fluxograma do estágio Água D.I. recirculada. .................................................. 24
Figura 16. Fluxograma do estágio Enxaguamento Água D.I. ........................................... 25
Figura 18. Controle dos parâmetros do processo. .............................................................. 35
Figura 19.Temperatura do estágio desengraxante. ............................................................ 37
Figura 20.Concentração do estágio desengraxante. .......................................................... 37
Figura 21.Pressão do estágio desengraxante. .................................................................... 38
Figura 22. Teor de Zinco do estágio de fosfatização.......................................................... 39
Figura 23. Temperatura do estágio de fosfatização. .......................................................... 39
Figura 24. Pressão do estágio de fosfatização.................................................................... 40
Figura 25. Acidez total do estágio de fosfatização.............................................................. 40
Figura 26. pH do estágio passivador. .................................................................................... 40
Figura 27. pH do refinador. ..................................................................................................... 41
Figura 28.Acidez livre do estágio de fosfatização. .............................................................. 42
Figura 29. Acidez total do estágio de fosfatização.............................................................. 42
Figura 30. Pressão do estágio refinador de cristais............................................................ 43
Figura 31.pH do estágio refinador de cristais. ..................................................................... 43
Figura 32.Acidez livre do estágio de fosfatização. .............................................................. 44
Figura 33. pH do estágio refinador de cristais. .................................................................... 44
LISTA DE TABELA
Tabela 1. Estágios do Pré-Tratamento. .................................................................................. 6
Tabela 2. Volume dos tanques................................................................................................. 7
Tabela 3. Análise executadas nos estágios de pré-tratamento. ....................................... 28
Tabela 4. Especificação dos parâmetros do processo. ...................................................... 33
Tabela 5. Defeitos, causas e soluções de problema. ......................................................... 46
1
1.INTRODUÇÃO
Segundo Nunes (1990), a corrosão consiste na deterioração, devido a um
ataque destrutivo não intencional e progressivo, entre o material e o meio
ambiente, podendo ocorrer de formas variadas, sendo a corrosão sobre a
superfície metálica a mais comum de encontrarmos.
A utilização de processos que protejam a superfície metálica contra o
ataque corrosivo possui extrema importância, pois os custos diretos e indiretos
da corrosão são altíssimos, distribuídos em maior ou menor escala em todos os
setores da economia.
Santos (2006), afirma que as camadas fosfatizadas apresentam grande
importância industrial e são utilizadas em diversas aplicações, como por
exemplo: proteção temporária contra a corrosão, pré-tratamento de superfície
para a pintura; redutor de atrito entre superfícies; lubrificantes em operações de
deformação de superfícies metálicas e como isolante elétrico, sendo que, as
características das camadas de fosfato é o que determinam a sua aplicabilidade
e desempenho.
Analisando a indústria automotiva, poderemos verificar que a corrosão
afeta o acabamento, aspectos visuais, e a estrutura do veículo. Segundo Villas
(2006), um carro fica exposto a situações extremas como a chuva, sol,
ambientes marítimos, diversidade de climas e produtos que se depositam
diariamente sobre sua pintura. Devido estas situações faz-se necessário um
processo de proteção anticorrosiva eficiente.
A superfície da carroceria a ser tratada é constituída de aço carbono e
aço zincado.
Jurgetz (1995) define que a proteção anticorrosiva consiste em dois
aspectos: primeiramente a preparação da superfície da carroceria constituída de
aço carbono e aço zincado, através do pré-tratamento, eletroforese e primer,
enquanto a segunda seria na aparência que deve estar baseada nas tintas de
acabamento, esmalte e verniz que possuem características protetoras.
2
Segundo Rodrigues (2007), entre os processos de tratamento de
superfície temos a fosfatização que é um tratamento de conversão, ou seja, é a
transformação de um metal em um óxido ou um sal de metal através de reações
eletroquímicas que podem ocorrer pela imposição de corrente elétrica ou devido
ao ataque do metal por um agente oxidante presente na solução.
O pré-tratamento de superfície é parte fundamental desta proteção, sendo
responsável pela preparação da carroceria através da criação de uma camada
micro-cristalina de fosfato. Este trabalho possui o intuito de verificar
oportunidades de melhorias no processo de pré-tratamento e consequentemente
ganho de qualidade na produção da carroceria.
3
2. OBJETIVO
O presente estudo possui como objetivo melhorar a eficiência da proteção
das carrocerias contra a corrosão, minimizando a quantidade de retrabalho
provenientes deste processo. Pelo mapeamento e avaliação do processo de pré-
tratamento de superfície, identificou-se oportunidades de melhorias no processo,
pesquisando metodologias e técnicas que indiquem possibilidades de redução
dos defeitos nas carrocerias, avaliando mecanismos de deposição de uma
camada micro-cristalina de fosfato na superfície da carroceria em função dos
parâmetros estudado. A padronização das causas e soluções dos defeitos
provenientes deste processo faz-se necessária, visando à tomada de ação com
maior eficiência e solucionando este estes defeitos o mais rápido possível,
afetando o menor número de carrocerias.
4
3.JUSTIFICATIVA
Devido à necessidade de desenvolver ou adequar o processo pintura aos
diversos problemas que afetam a qualidade final da superfície da carroceria e a
necessidade de garantir que resultados inesperados como: marca d’ água,
camada aberta, amarelamento, entre outros, não ocorram, ou quando ocorram,
saiba-se onde está a origem do problema, minimizando os efeitos da corrosão
sobre a carroceria. Com isto, podem-se tomar ações corretivas mais
rapidamente, com a minimização de retrabalho e/ou perdas de carrocerias
obtendo-se maior produtividade do processo e qualidade das carrocerias
produzidas, em consequência diminuiremos perdas financeiras decorrentes de
retrabalhos.
5
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1.1 Contexto
A tecnologia das tintas aplicadas aos bens de consumo duráveis como os
automóveis e eletrodomésticos estão em pleno desenvolvimento com a
utilização cada vez maior de produtos que agridam menos o ambiente além de
possuírem maior resistência e melhor aparência (Chemetall, 2007).
De Bem (2008), afirma que em caminho contrário, estão às agressões
que o revestimento sofre diariamente. Muitos destes danos não serão removidos
sem haver um reparo total da área afetada.
4.1.2 Corrosão e proteção anticorrosiva
Os processos de corrosão são frequentes e ocorrem em diversas
atividades como na indústria química, petrolífera, naval, de construção civil,
automobilística, petroquímica, ferroviário, aeroviário, metroviária, marítimo, na
área da saúde: odontologia e medicina (Guerreiro, 2009).
Segundo Gentil (2003), corrosão é a deterioração de um material por
ação química ou eletroquímica do meio ambiente, aliada ou não a esforços
mecânicos, provocado por fenômenos da oxidação, que consiste na perda de
elétrons por uma espécie química, e da redução, que é o ganho de elétrons por
uma espécie química.
Villas (2006) descreve que a pintura automotiva está alicerçada em dois
pontos básicos: a proteção anticorrosiva e a aparência.
O processo de pré-tratamento de superfície possui como objetivos evitar,
prevenir ou impedir o desenvolvimento das reações de corrosão na fase gasosa,
aquosa ou oleosas (Mainier, 2000).
4.1.3 Preparação da superfície
Segundo Sobrinho (2000), a retirada de impurezas como óleos e limalhas,
além da formação de uma camada micro-cristalina de fosfato, promovendo a
aderência do revestimento ao substrato são responsabilidades do processo de
pré-tratamento. Entretanto, as impurezas ou sujidades são as substâncias
encontradas na superfície, podendo interferir no desempenho da proteção,
6
sendo a limpeza da superfície requisito essencial para a fosfatização de
qualidade (Guerreiro, 2009).
4.2 Estágios que compõem o pré-tratamento de superfície
O processo a ser estudado possui 09 estágios.
O processo de pré-tratamento de superfície possui estágios que são
caracterizados por operar em meio alcalino e meio ácido.
Tabela 1. Estágios do Pré-Tratamento.
Meio Estágios
Meio Alcalino 1. Pré-Desengraxante
2. Desengraxante
3. Enxaguamento I 4. Refinador de Cristais
Meio Ácido 5. Fosfatização
6. Enxaguamento II
7. Passivador
8.1 Enxaguamento - Água D.I. Recirculada
8.2 Enxaguamento Água D.I.
- 9. Estufa/Secagem
De acordo com dados colhidos em uma empresa do setor automobilístico,
cada estágio possui tanques com volumes distintos, distribuídos conforme a
vazão na aplicação e quantidade de bicos. Os tanques são divididos nas
categorias: Principal, Reposição e Intermediário.
1. PRÉ DESENGRAANTE
4. REFINADOS
DE CRISTAIS
8.1. ENXAGUAMENTO – ÁGUA D.I. RECIRCULADA 7. PASSIVAÇÃO 6. ENXAGUAMENTO II
5. FOSFATIZAÇÃO 2. DESENGRAXANTE
09. ESTUFA//
SECAGEM
RECEBIMENTO
DA CARROCERIA
8.2. ENXAGUAMENTO–
ÁGUA D.I.
3. ENXAGUAMENTO I
Figura 1. Estágios que compõe o pré-tratamento.
7
Tabela 2. Volume dos tanques.
Estágios Volume do tanque (l)
Principal Reposição Intermediário
1. Pré-Desengraxante 8500 - -
2. Desengraxante 20500 630 -
3. Enxaguamento I 12000 - -
4. Refinador de Cristais 7000 630 2000
5. Fosforização 20500 630 -
6. Enxaguamento II 7000 - -
7. Passivador 7000 - -
8.1 Enxaguamento - Água D.I. Recirculada - - -
8.2 Enxaguamento Água D.I. - - -
9. Estufa/Secagem - - -
Todos os efluentes do Pré-Tratamento são direcionados para a Estação
de Tratamento de Efluentes, sendo reutilizados no processo como água de
reuso.
Em todos eles a aplicação ocorre por Spray. Nos processos mais
modernos a aplicação ocorre por Spray e Imersão.
Figura 2. Aplicação via Spray
8
4.3 Desengraxe e decapagem
O processo de desengraxe retira sujidades como gorduras, óleos e
limalhas de ferro provenientes do processo de estamparia e armação, sendo
extremamente importante para a garantia de um processo de fosfatização isento
de erros.
Segundo Carreira (2008), os processos de tratamento de superfície
exigem um desengraxe, pois a qualidade final do acabamento está diretamente
ligada à qualidade da limpeza.
Segundo Guerreiro (2009), utilizam-se três tipos de desengraxantes na
indústria de tratamento de superfícies: os ácidos, neutros e alcalinos.
Os agentes de desengraxe alcalinos são formados por surfactantes,
álcalis e complexantes.
A remoção de impurezas é realizada através da decapagem, há três tipos
de decapagem, a ácida, a neutra e a alcalina.
Gnecco (2003), afirma que a decapagem alcalina é responsável pela
remoção de óxidos leves e sujidades orgânicas, além de haver certo
condicionamento da superfície, dependendo do valor de seu pH, de sua
composição química de álcali ativa, de hidroxila livre e de sua capacidade
umectante e emulsionante.
Caso a decapagem ácida for muito prolongada, ela possuirá uma
tendência a influenciar na fosfatização formando cristais grandes.
Segundo Olivera (1996), o meio mais apropriado para os desengraxantes
neutros é com pH entre 7 e 8, possuindo poder de detergência menor do que os
alcalinos. O desengraxante neutro é utilizado em processos onde a peça fique
estocada por um curto período de tempo.
Chemetall (2007), afirma que a solução de um desengraxante ácido terá
pH entra 2 e 5 na qual o metal ao entrar em contato com a solução sofra um
ataque liberando hidrogênio. O hidrogênio, tendo uma densidade baixa, tenderá
a ser expelido, e, ao desprender-se da superfície metálica, levará consigo o
óleo.
9
4.3.1 Estágio pré-desengraxante
Segundo Villas (2006), o processo pré-desengraxante visa preparar a
superfície da carroceria para o recebimento do desengraxante. No estágio pré-
desengraxante ocorre um enxague com água de reuso e água potável, onde
parte desta água de reuso é proveniente da reutilização do transbordo do
estágio enxaguamento I (Estágio nº3).
Em uma empresa do setor automobilístico, o pré-desengraxante é
bombeado diretamente para o tanque, passando pela bomba sendo aplicado por
spray, pulverizado por um conjunto de bicos, com uma pressão constante, na
superfície da carroceria. Após a aplicação é efetuada a reutilização de parte do
material pré-desengraxante, sendo outra parte descartada como efluente.
A aplicação do pré-desengraxante resulta em um fluido com gordura, óleo
e limalhas de ferro.
A retirada da limalha de ferro do fluido é efetuada por placas magnéticas.
A limpeza das placas é de extrema importância, uma vez que sujas elas
interferem na qualidade das carrocerias.
Figura 3. Fluxograma do estágio Pré-desengraxante
4.3.2 Estágio desengraxante
Chemetall (2007), afirma que o processo desengraxante tem como
finalidade a remoção de óleos e sujidades orgânicas, além de outras impurezas,
que não foram retiradas no estágio pré-desengraxante (Estágio nº1)
provenientes da Estamparia e Armação, impedindo sua redeposição e facilitando
sua remoção.
10
O banho desengraxante tem por característica trabalhar em temperaturas
elevadas, de 60 a 80ºC. Esta temperatura elevada aumenta a energia cinética
das moléculas, aumentando a capacidade de reação e eficiência do
desengraxante ajudando a dissolver algumas sujidades.
Em uma empresa do setor automobilístico, o desengraxante é
homogeneizado no tanque pré-mix, bombeado para o tanque onde se adiciona
água potável e água de reuso, sendo aplicado por spray através de um conjunto
de bicos, com uma pressão constante, na superfície da carroceria.
Após a aplicação o desengraxante retorna ao tanque, havendo
recirculação. Esta aplicação resulta em um fluido contaminado com limalha de
ferro e óleo. A retirada da limalha de ferro do fluido é realizada por placas
magnéticas. A limpeza das placas é de extrema importância, pois sujas elas
interferem na qualidade das carrocerias.
A filtração do fluido contaminado com óleo, resultante do processo, ocorre
no tanque de separação de óleo. A solução retorna ao tanque, caracterizando a
recirculação.
Caso o banho desengraxante encontre-se em não conformidade, o
Tanque Reserva de desengraxante será utilizado para que correções ocorram
voltando este banho à conformidade pré-estabelecida.
11
Figura 4. Fluxograma do estágio Dsengraxante.
4.3.3 Reação do estágio desengraxante
Segundo Jurgetz (1995), o desengraxante contem produtos
compostos de sais alcalinos, tensoativos e agentes sequestrantes,
possuindo como características a capacidade de retirar as impurezas da
superfície da carroceria. Deslocam e emulsificam a sujeira na solução,
reagindo com as mesmas para formar sabões solúveis em água.
Almeida (2000), afirma que quando há o ataque do desengraxante
sobre a superfície a ser tratada, o desengraxante ataca as impurezas,
envolvendo-as, devido à presença do agente sequestrante no
desengraxante.
A impureza da carroceria é tensionada para fora da superfície
aderida, nesse momento a atuação dos tensoativos é de extrema
importância para que a retirada ocorra, como mostrado na Fig.5, impedindo
o seu retorno à superfície tratada.
12
Figura 5. Reação do Desengraxante.
4.3.4 Teste prático para verificação da qualidade do desengraxante
Em uma carroceria com desengraxe eficiente, como mostra a Fig.6, se
colocarmos água, por exemplo, nesta superfície ela pecorrerá esta superfície
uniformemente, formando um filme contínuo, diferente do que ocorre em uma
superfície mal desengraxada devido a presença de óleos e gorduras,
dificultando a passagem da água nesta superfície com o aparecimento de gotas
ou lugares secos.
Figura 6. Exemplo de superfícies desengraxadas.
4.4 Estágio enxaguamento I
Segundo Villas (2006), o processo de enxaguamento I tem como
finalidade a completa remoção de resíduos (óleos e sais residuais
desengraxantes) das superfícies desengraxadas proveniente do estágio
anterior ou desengraxante (Estágio nº2), evitando a contaminação do estágio
posterior ou refinador de cristais (Estágio nº4).
13
Em uma empresa do setor automotivo, o enxaguamento I caracteriza-
se por trabalhar em regime de transbordamento contínuo, minimizando a
contaminação do estágio posterior ou Refinador de Cristais (Estágio nº4).
No estágio de enxaguamento I utiliza-se água de reuso em menor
porcentagem e água potável em maior porcentagem.
As águas são bombeadas diretamente para o tanque, passam pela
bomba sendo aplicada por spray, pulverizadas por um conjunto de bicos, com
uma pressão constante, na superfície da carroceria. O enxaguante retorna ao
tanque, ocorrendo à recirculação do mesmo.
Como resultado deste processo ocorre à produção de arraste, devido à
carroceria possuir desengraxante que em contato com a água resulta em
formação de espuma.
Ao final deste processo obteremos uma superfície condicionada para
uma perfeita atuação do Refinador, caso todos os parâmetros encontrem-se
dentro do estabelecido.
Figura 7. Fluxograma do estágio Enxaguamento I.
14
4.5 Refinador de cristais
Devido à presença de sais coloidais de titânio ocorre o condicionamento e
orientação para a obtenção da camada de fosfato. Os coloides de titânio
adsorvem sobre a superfície do metal e servem como sítios de nucleação para o
crescimento da camada de fosfato. Segundo Wolpers (2003), a ativação
aumenta o número de cristais de fosfato por unidade de área, enquanto o
tamanho do cristal, peso do revestimento e tempo de reação mínimo diminuem.
Sistemas de fosfatização a zinco, em sua maioria, são dependentes do
estágio de condicionamento, depositando uma camada de fosfato de zinco
uniforme. Devido ao seu caráter coloidal, as dispersões de ativação não são
estáveis, e os coloides têm uma tendência a coagular, baixando a frequência de
nucleação e a taxa de formação do filme (Wolpers, 2003).
Segundo Chemetall (2007), o refinador de cristais é indispensável por
dois motivos: condicionar uma camada com peso e cristal menores e mais
compacta e diminuir o tempo mínimo de fosfatização.
4.5.1 Estágio refinador de cristais
No estágio refinador de cristais, utiliza-se o refinador, que contem os
seguintes componentes: carbonato de sódio, fosfato de sódio e dióxido de
titânio.
Em uma empresa do setor automotivo, o refinador é homogeneizado no
tanque pré-mix, passa pelo tanque Intermediário (sendo diluído com água
potável) chegando ao tanque sendo aplicado por spray, através de um conjunto
de bicos, com uma pressão constante, na superfície da carroceria. Após a
aplicação o refinador retorna ao tanque caracterizando-se a recirculação.
15
Figura 8. Fluxograma do estágio Refinador de cristais.
4.5.2 Reação do estágio refinador de cristais
Segundo Chemetall (2007), o refinador possui como função a atuação de
sais coloidais de titânio, que irão se depositar na superfície da carroceria,
preparando-a e a orientando para o recebimento da camada de fosfato. As
partículas coloidais são atraídas eletrostaticamente sobre as zonas catódicas do
metal a ser tratado, formando núcleos, que dão origem a cristais de fosfato.
O refinador atua em conjunto com o fosfato, condicionando a superfície a
ser tratada para que ocorra uma deposição perfeita da camada de fosfato.
Não se pode variar à concentração do refinador, como visto na fig. 9, caso
a concentração desta encontre-se fora do estabelecido, não haverá formação de
camada de fosfato uniforme.
16
Figura 9. Variação da concentração do Refinador de Cristais.
4.6 Fosfatização
Segundo Guerreiro (2009), as camadas fosfatizadas apresentam grande
importância industrial, sendo utilizada para tratar substratos. Pois, a maior parte
dos automóveis são fosfatizadas antes da pintura, aumentando sua resistência à
corrosão e adesão da tinta.
Somente após limpeza adequada das superfícies da carroceria que se
procede a um condicionamento das mesmas, o que irá permitir nuclear
adequadamente os cristais de fosfato formados durante a posterior etapa de
fosfatização. Esta última efetuada por processos de imersão/aspersão, através
de reações químicas adequadas entre substratos metálicos e o banho de
fosfato, que garantirão a aderência do revestimento por pintura posterior ao
substrato. Segundo Almeida (2000), as películas de fosfato formadas são
submetidas a operações adequadas à selagem do revestimento fosfático, de
modo que este venha a constituir uma excelente camada de aderência do
primário anticorrosivo.
Scislowski (1990), afirma que em banhos de fosfatização do tipo pseudo-
conversão, os principais constituintes são o ácido fosfórico livre, fosfato diácido
de um metal formador da camada (zinco, manganês, cálcio) e aceleradores
(nitratos, cloratos, nitrito, peróxidos, sais de cobre, níquel, etc.). A grande maioria
dos banhos à base de fosfato de zinco contém ácido fosfórico, ácido nítrico,
fosfato diácido de zinco (obtido pela dissolução de óxido de zinco em ácido
fosfórico), que é um composto formador da camada de fosfatização, e nitrato de
sódio que funcionam como aceleradores.
17
Segundo Rodrigues (2007), os banhos fosfatizantes podem conter outros
elementos, são os chamados aditivos (compostos de cálcio, ácidos orgânicos,
boratos, fluoretos, etc.), que atuam na redução da temperatura de operação, e
podem alterar a estrutura do depósito e/ou aumentar o efeito dos aceleradores.
Muitas vezes, detergentes sintéticos são adicionados para realizar a função de
desengraxe e fosfatização em uma única etapa. Os agentes sequestrantes ou
quelantes podem estar presentes nos banhos de fosfatização provenientes do
arraste de desengraxantes ou decapantes ou de substâncias utilizadas para
tratamento de águas duras. Outras contaminações podem estar presentes e
estas, mesmo em pequenas concentrações, podem interferir de maneira
significativa na formação das camadas fosfatizadas.
Segundo James e Freeeman (1971), a composição e a concentração dos
constituintes dos banhos de fosfatização determinam a estrutura, a cristalização
e a espessura das camadas fosfatizadas. Existe no mercado uma grande
variedade de banhos fosfatizantes comerciais. As diferenças entre tais banhos
são devidas aos diferentes aceleradores ou combinação de aceleradores
utilizados. Em menor escala, os aditivos também são responsáveis por estas
diferenças.
4.6.1 Estágio de Fosfatização
Segundo Rodrigues (2007), o processo de fosfatização possui a
finalidade de depositar uma camada de fosfato de zinco uniforme, densa e
micro-cristalina firmemente aderida à superfície da carroceria. Confere a esta
superfície tratada excelente aderência, facilitando a retenção do primer e da
tinta de acabamento, aumentando à resistência a corrosão.
Em uma empresa do setor automobilístico, utiliza-se nitrito e um
produto ácido no estágio de fosfatização. O nitrito contém como
componentes: o nitrito de sódio e o produto ácido contem como
componentes: água, ácido fosfórico, fosfato, diácido de zinco, nitrato de
níquel, fosfato diácido de manganês.
Neste estágio, o nitrito possui como características atuar como
acelerador (catalisador) do fosfato e retirar o ferro da superfície a ser
tratada.
18
O nitrito e o produto ácido são bombeados para o tanque, adiciona-
se água potável a esta mistura. A mistura chega às bombas sendo o
fosfato aplicado por spray, borrifado por um conjunto de bicos, com uma
pressão constante, na superfície da carroceria.
Após a aplicação o fosfato é filtrado, passando por um decantador
onde a borra de fosfato se depositará nas telas do decantador, o fosfato
resultante é enviado para o tanque de retorno e bombeado para o tanque
de fosfatização, sendo caracterizada a recirculação. Existe um tanque
reserva de fosfato, que será utilizado quando necessário.
Figura 10. Fluxograma do estágio de Fosfatização.
4.6.2 Reação do estágio de fosfatização
Segundo Chemetall (2007), o fosfato de zinco solúvel irá reagir com o
substrato, carroceria, liberando-se Fe (fosfato de ferro solúvel) devido à
presença do nitrito de sódio. O nitrito de sódio possui como função atuar como
acelerador da reação do fosfato, sendo responsável pela liberação do Fe da
reação formando a lama que será separada pelo filtro prensa obtendo-se a borra
de fosfato.
Nesta reação há o desgaste do H2 (hidrogênio), iniciando a formação a
camada de fosfato como mostra a Fig.11.
19
Figura 11. Mecanismo de formação da camada de fosfato.
4.6.3 Reações envolvidas
1) Decapagem do metal pela acidez livre do banho, dissolvendo o
ferro com liberação do hidrogênio.
ATAQUE:
Fe0 + 2H+ Fe+2 + H2
DEPOLARIZAÇÃO:
2H+ + ½ 0-2 H20
Segundo Chemetall (2007), quanto maior for à acidez livre, maior será o
poder ácido da solução, assim será maior a dissolução de metal no banho. A
camada começará a ser formada quando houver uma supersaturação. Em
fosfatos com baixo valor de acidez livre, há uma supersaturação da solução na
interface gerando uma deposição mais acelerada e, consequentemente uma
camada mais baixa.
Chemetall (2007), afirma que se utilizando um banho fosfatizante
equilibrado com um valor de acidez livre mais alto, tem-se a tendência a
formarem-se camadas mais pesadas, com tempo de fosfatização mais longos.
20
Maiores camadas de fosfato de zinco estão ligadas com o tempo mínimo de
fosfatização, devido ao forte teor de ácido na interface, é necessário mais metal
do substrato para ocorrer a supersaturação. Deste modo, mais tempo será
necessário para a precipitação do fosfato insolúvel no substrato.
2) Desgaste da concentração do íon Hidrogênio próximo ao metal
inicia-se com a formação do produto de solubilidade do Fosfato terciário,
convertendo a superfície metálica, a ser tratada, para Fosfato de Zinco.
HOPEITA
3 Zn+2 + 6H2PO4- ZN3(PO4)2 . 4H2O + 4H3PO4
HOPEITA
FOSFOLITA
2 Zn+2 + Fe+2 + 6 H2PO4- Zn2Fe(PO4)2 . 4H2O + 4 H3PO4
FOSFOLITA
“FOSFOLITA MODIFICADA”
2 Zn+2 + Mn+2 + 6 H2PO4- Zn2Mn(PO4)2 . 4H2O + 4 H3PO4
“ FOSFOLITA MODIFICADA”
Segundo Chemetall (2007), a camada de fosfato de zinco que se forma
consiste em uma camada fina de fosfolita, Zn2Fe(PO4)2 . 4H2O, que é depositada
junto à superfície metálica e abaixo da camada de hopeita, ZN3(PO4)2 . 4H2O.
3) FORMAÇÃO DA LAMA:
4 Fe+2 + 4 H2PO4- + ½ O2 2 FePO4 . 2H2O + H3PO4
LAMA
A formação da lama está relacionada com a primeira reação, ou seja, a
decapagem. Chemetall (2007) afirma que esta reação é de vital importância
sobre o que será gerado de resíduo, pois, a borra será determinada pela relação
21
perda do substrato pelo peso da camada deposita. Quanto maior for esta
relação, maior será a borra formada.
A lama formada é prejudicial aos processos posteriores a fosfatização,
para a sua remoção são utilizados dois processos:
remoção contínua da lama formada utilizando-se um filtro prensa
responsável pela separação da lama, devolvendo a solução limpa ao tanque;
remoção periódica após intervalos determinados de utilização do
banho, utilizado em instalações médias e pequenas. O banho é decantado no
próprio especialmente construído para isto. A solução limpa é transferida para
um tanque reserva sendo a lama descartada e o banho devolvido ao tanque de
trabalho.
4.7 Estágios enxaguamento II
Rodrigues (2007) afirma que o processo de enxaguamento II possui como
finalidade a remoção de sais residuais, sub-produtos de reação e acidez
provenientes do estágio de fosfatização (estágio nº5), evitando a contaminação
do estágio posterior ou passivador (estágio nº 7). No estágio do enxaguamento II
utiliza-se água de reuso em menor porcentagem e água potável em maior
porcentagem. Parte desta água de reuso é proveniente do transbordamento do
estágio de água D.I. recirculada (Estágio nº 8.1).
Em uma empresa do setor automobilístico, a aplicação ocorre por spray,
pulverizada por um conjunto de bicos, com uma pressão constante, na superfície
da carroceria. A água é bombeada para o tanque, passa pela bomba chegando
aos Sprays, após a aplicação a água volta ao tanque onde parte desta recircula
e outra parte é descartada.
O estágio enxaguamento II caracteriza-se por trabalhar em regime de
transbordamento contínuo, minimizando a contaminação da água e do estágio
posterior.
22
Figura 12. Fluxograma do estágio Enxaguamento II.
4.8 Passivação
A camada de fosfato formada, independente do tipo de cristal obtido,
possui poros que ficam expostos ao ar podendo oxidar. O passivador selará as
porosidades, evitando a corrosão, melhorando a aderência da tinta de
acabamento.
Segundo De Bem (2008), a selagem foi feita durante anos utilizando-se
banho de passivação diluído baseado em ácido crômico, este tratamento reduzia
a porosidade fosfática em cerca de 50% porém, tal tratamento conduz a um
excesso de acido crômico na superfície passivada, originando empolamentos e
outros defeitos dos revestimentos por pinturas aplicados posteriormente.
Alternativas estão sendo estudadas, contudo os resultados obtidos com
as diferentes alternativas aos banhos baseados em cromo hexavalente
estudados até agora não apresentam tão boa eficiência corrosiva como os
tradicionais banhos baseados em cromo hexavalente (Chemetall, 2007).
4.8.1 Estágio Passivador
O Banho do estágio passivador possui como componentes: água e
carbonato de sódio, possuindo a função de aumentar o pH e abaixar a acidez do
nível, possuindo características orgânicas, ácido fluorzincônico, possuindo a
função de diminuir o pH e subir a acidez do nível, possuindo características
inorgânicas.
Em uma empresa do setor automobilístico, o passivador é
homogeneizado no tanque com água potável, bombeado sendo aplicado por
23
spray, pulverizado por um conjunto de bicos, com uma pressão constante, na
superfície da carroceria. Após a aplicação o mesmo volta ao tanque sendo parte
recirculada e o restante descartado.
Figura 13. Fluxograma do estágio Passivador.
4.8.2 Teoria da reação do estágio passivador
Segundo Villas (2006), a Camada de Fosfato possui porosidades,
independentes do tamanho de cristal obtido. Estas porosidades serão selados
pela passivador que eliminará essas porosidades, evitando que haja
oxidação, como visto na Fig.14.
Figura 14. Teoria de reação do Passivador.
24
4.9 Estágio enxaguamento – água D.I. recirculada
O processo de água D.I. recirculada tem como objetivo remover e eliminar
os sais residuais do passivador superficiais existentes, além do excesso de
acidez proveniente do passivador (Estágio nº 7) evitando a formação de blisters
e focos de corrosão.
No estágio de água D.I. recirculada utiliza-se água D.I. recirculada,
proveniente do estágio posterior (estágio de enxague – água D.I.).
Em uma empresa do setor automobilístico, a água D.I. recirculada é
bombeada para o tanque, passando pela bomba sendo aplicada por Spray,
pulverizado por um conjunto de bicos, com uma pressão constante, na superfície
da carroceria. Por este estágio trabalhar por transbordamento e recirculação,
após a aplicação parte desta água volta ao tanque e outa parte é descartada do
estágio, sendo reaproveitada no Enxaguamento II.
Figura 15. Fluxograma do estágio Água D.I. recirculada.
4.9.1 Estágio enxague – água D.I.
O processo de enxaguamento-água D.I. tem como finalidade remover e
eliminar todos os sais residuais do passivador existentes, além do excesso de
acidez proveniente do passivador (estágio nº7) evitando a formação de blisters e
focos de corrosão. Confere uma superfície perfeitamente limpa para receber a
aplicação do primer e tinta de acabamento.
No estágio utiliza-se água desmineralizada, ou seja, com baixo teor de
sais.
25
Em uma empresa do setor automobilístico, a água D.I. é bombeada para
o tanque, passando pela bomba sendo aplicada por spray, pulverizado por um
conjunto de bicos, com uma pressão constante, na superfície da carroceria
trabalhando por transbordamento. Esta água D.I. recirculada é enviada para o
estágio anterior.
Figura 16. Fluxograma do estágio Enxaguamento Água D.I.
4.10 Estágio Estufa/Secagem
Este estágio é responsável pela secagem da carroceria.
O ar é puxado por um ventilador, aquecido por resistências elétricas e
enviado para a Estufa, esse ar é recirculado voltando à Estufa. A renovação do
ar é feita continuamente, evitando sua contaminação, passando por filtros de ar
frio sendo que uma parte é enviada para a atmosfera e outra recirculada,
voltando para a estufa.
O Controle da Temperatura deve ser rígido uma vez que encontrando-se
fora do Set Point especificado poderá acarretar em carrocerias fora dos padrões
estabelecidos.
Um dos prováveis problemas que ocorrerá será a Marca d´Água na
carroceria, o que acarretará em retrabalho.
4.11 Controle da camada de fosfato
Há duas razões que justificam a caracterização de camadas de fosfato: o
controle de processo e desenvolvimento de processo. O controle de processo
26
possui como parâmetro mais importante a massa da camada por unidade de
área.
Com base em Guerreiro (2009), para se caracterizar uma camada
fosfatizada, com o objetivo de garantir a qualidade da carroceria e para
obtermos o controle do processo são verificados um ou mais parâmetros:
aspecto visual;
verificação da presença da camada fosfatizada;
determinação do tipo de fosfato;
determinação da massa de fosfato por unidade de área;
determinação da espessura da camada fosfatizada;
resistência a ensaios acelerados de corrosão.
27
5. METODOLOGIA
O processo de pré-tratamento de superfície será mapeado através do
acompanhamento diário e da coleta de dados como os volumes dos banhos, as
etapas do processo, produtos utilizados, alcalinidade, acidez, pH, entre outros.
Com estas informações, realizou-se a análise dos dados obtidos e a
busca por melhorias na padronização, impactando diretamente na diminuição do
tempo para a solução dos problemas encontrados, analisando como cada
estágio afeta a busca por uma camada micro-cristalina de fosfato isenta de
imperfeições.
Os defeitos provenientes do processo de pré-tratamento de superfície
serão mapeados ao final deste processo, identificando-se os que mais afetam as
carrocerias, verificando as suas causas, possíveis soluções e melhorias no
processo, impactando na minimização destes defeitos e consequentemente, na
diminuição do índice de retrabalho.
5.1 Identificação das análises executadas
Em cada estágio do pré-tratamento análises são executadas visando
garantir a qualidade final de cada estágio. As análises possuem importância
fundamental, pois através delas verificaremos a se os banhos dos estágios do
pré-tratamento estão de acordo com a especificação presente no plano de
controle.
Caso isto não ocorra, medidas para que estes parâmetros retornem ao
especificado deverão ser tomadas, para que os banhos dos estágios não sejam
perdidos, afetando o mínimo de carrocerias possível.
A tabela 3 representa as análises executadas em cada estágio do pré-
tratamento.
28
Tabela 3. Análise executadas nos estágios de pré-tratamento.
Estágios Análises
1. Pre-desengraxante Temperatura
Pressão
2. Desengraxante
Alcalinidade livre
Concentração
Temperatura
Pressão
3. Enxaguamento I
Alcalinidade livre
Temperatura
Pressão
4. Refinador de Cristais
Alcalinidade total
pH
Temperatura Pressão
5. Fosfatização Acidez livre Acidez total
Teor de zinco
Nitrito de sódio
Temperatura
Pressão
6.Enxaguamento II Temperatura
Pressão
7. Passivador Concentração
pH
Pressão
8.1. Enxaguamento água D.I. Recirculada
Pressão pH
8.2. Enxaguamento água D.I.
Pressão pH
9. Estufa/Secagem Temperatura
5.1.1 Procedimento analítico
Os procedimentos de exame analítico compreendem a análise dos rácios
e das tendências significativas incluindo a investigação resultante de flutuações
pouco usuais em determinadas rubricas.
29
Segundo Leite (1997) para se realizar estes testes podem ser utilizados
vários métodos, desde a simples comparação até análises complexas utilizando
técnicas estatísticas avançadas. Estes procedimentos podem ser aplicados a
segmentos da empresa ou à informação consolidada.
A empresa em estudo utiliza o procedimento analítico com o objetivo de
controlar os banhos que compõe o pré-tratamento.
A figura 17 representa a instrução de trabalho com o objetivo de controlar
os banhos do pré-tratamento. Nela serão verificados os procedimentos analíticos
de cada estágio como a alcalinidade livre, alcalinidade total, acidez livre, acidez
total, teor de zinco, entre outros.
30
INSTRUÇÃO DE TRABALHO
Denominação:
PROCEDIMENTO ANALÍTICO
Objetivo:
CONTROLE DE BANHOS (PRÉ-TRATAMENTO)
1- DESENGRAXANTE
Alcalinidade Livre
a) Pipetar 10ml do banho para um frasco Erlenmeyer de 250 ml.
b) Juntar 50ml de água destilada e 3 (três) gotas de indicador Fenoftaleína.
c) Titulas com solução de H2SO4 (0,11 N) até viragem de vermelho para incolor.
Cálculo da Alcalinidade do Banho:
a) ml gastos de H2SO4 x fator do H2SO4 = pontos de Alcalinidade Livre
Cálculo da concentração do desengraxante:
a) ml gastos de H2SO4 (0,1 N) x fator do desengraxante = Concentração (%)
fator do desengraxante: 0,13
2 -ANÁLISE DE ALCALINIDADE LIVRE
a) Pipetar 100 ml do banho e transferir para um Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 2 à 3 gotas do indicador fenoftaleína.
c) Titular contra HCl (0,1 N) até a viragem de cor rosa para incolor.
d) Volume de HCl gasto = pontagem de Alcalinidade Livre.
3 - REFINADOR DE CRISTAIS
Alcalinidade Total
a) Pipetar 100 ml do banho e transferir para um Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 3(três) gotas do indicador Azul de Bromofenol.
c) Titular com solução de H2SO4 (0,1 N) até viragem de azul para amarelo claro.
Cálculo da Alcalinidade Total do Banho:
a) ml gastos de H2SO4 (0,1 N) x fator do H2SO4 = pontos de Alcalinidade Total
4 - FOSFATO
Acidez Livre
a) Pipetar 10 ml do banho para um frasco de Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 3 (três) gotas de indicador Azul de Bromofenol.
c) Titular com solução de NaOH (0,1 N) até viragem de amarelo para azul.
Figura 17. Instrução de trabalho.
31
INSTRUÇÃO DE TRABALHO Denominação:
PROCEDIMENTO ANALÍTICO Objetivo:
CONTROLE DE BANHOS (PRÉ-TRATAMENTO)
4 – FOSFATO
Cálculo da Acidez Livre do Banho:
a) ml gastos de NaOH x fator do NaOH = pontos de Acidez Livre
Acidez Total
a) Pipetar 10 ml do banho para um frasco de Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 3 (três) gotas de indicador Fenolftaleína.
c) Titular com solução de NaOH (0,1 N) até viragem de incolor para rosa claro.
Teor de Zinco
a) Pipetar 10 ml de amostra do banho para um frasco de Erlenmeyer de 250 ml
e diluir com 50 ml de H2O D.I.
b) Adicionar 10 ml de H2SO4 (0,1 N)
c) Aquecer à 50 - 60 ºC.
d) Adicionar 5 à 8 gotas de solução KMnO4
e) Adicionar 5 gotas de solução de Ferricianeto de Potássio (1%).
f) Adicionar 10 gotas de Difenilamina Sulfanato de Bário (0,3%). g) Titular com solução de Ferrocianeto de Potássio até que a amostra tenha coloração verde permanente.
h) Aquecimento: 50 à 60 ºC.
Cálculo do Teor de Zinco
a) ml gastos de Ferrocianeto de Potássio = pontos de zinco
b) ml gastos de Ferrocianto de Potássio x 0,25 = g/l de zinco
Acelerador: (Nitrito de Zinco)
a) Transferir 25 ml do banho para um frasco de Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 5 ml de H2SO4 (50%).
c) Ttular com solução de KMnO4 (0,042 N), até a coloração rosa persistente por
pelo menos 15 segundos.
Cálculo
a) Volume de KMnO4 (0,042N) gasto = Pontagem de Nitrito de Sódio.
Figura 17. Instrução de trabalho.
32
INSTRUÇÃO DE TRABALHO Denominação:
PROCEDIMENTO ANALÍTICO Objetivo:
CONTROLE DE BANHOS (PRÉ-TRATAMENTO)
5 - PASSIVADOR ORGÂNICO
Concentração:
a) Adicionar 100 ml do banho para um frasco Erlenmeyer de 250 ml.
b) Adicionar 4 à 6 gotas de indicador Fenolftaleína.
c) Titular com solução de NAOH (0,1 N) até a viragem de incolor para rosa claro.
Cálculo:
Volume de NaOH (0,1 N) gasto = Concentração de Passivador.
Figura 17. Instrução de trabalho.
5.2. Parâmetros do processo
Segundo Pierozan (2001), para os parâmetros do processo utiliza-se o
plano de controle visando minimizar a variação do processo. O plano controle
consiste na listagem de parâmetros e características a serem controladas e das
faixas de especificação correspondentes, determinadas em função de uma
otimização do conhecimento técnico ou mesmo de especificações de
engenharia.
A figura 18 mostra o controle do banho da instalação do pré-tratamento
de superfície. Este controle é realizado diariamente, de hora em hora.
33
Tabela 4. Especificação dos parâmetros do processo.
Estágio Temp.(ºC) Pressão Conc.
Alc. Acidez
pH
Pontagem Conc.
Livre Total Livre Total Nitrito Zinco Pass. Ni Mn
1. Pré-desengraxante
30 3,0
- - - - - - - - - - - A a
50 6,0
2. Desengraxante 60 1,0 2,0 15
- - - - - - - - - A a a a
80 2,0 2,5 20
3. Enxaguamento I
< 50,0
1,0
- < 3,0 - - - - - - - - - a
1,5
4. Refinidor de
< 40,0
0,8
- -
15
- -
8,0
- - - - - Cristais
a a a
1,2 35 10
5. Fosforização 40 0,8
- - -
0,5 20
-
2,0 4,0
-
0,5 0,4
A a a a a A a a
50 1,2 0,9 23 5,0 8,0 0,8 0,7
6. Enxaguamento II
Ambiente
0,8
- - - - - - - - - - - a
1,2
7. Passivador
Ambiente
0,8
- - - - -
4,0
- - - - - a a
1,2 6,0
8.1. Enxaguamento
Ambiente
4,5
- - - - -
4,5
- - - - - água D.I. a a
Recirculada 6 6,0
8.2. Enxaguamento
Ambiente
4,5
- - - - -
4,5
- - - - - água D.I. a a
6,0 6,0 9.Estufa/Secagem Q1 = 225
a 275
- - - - - - - - - - - - Q2 = 225 a 275
Q3 = 207 a 250
34
5.3. Controle dos banhos do pré-tratamento
Através da análise do controle dos parâmetros do processo do pré-
tratamento, durante um período de três meses, verificamos que quando os
defeitos ocorrem estes estão associados à anormalidade dos parâmetros de
estágios específicos. O controle é realizado por um operador nos três turnos de
hora em hora.
A tabela 4 mostra as especificações de cada estágio que compõe o pré-
tratamento.
35
CONTROLE DE PARÂMETROS PROCESSO
Denominação:
CONTROLE DE BANHOS PRÉ-TRATAMENTO
Objetivo:
CONTROLE DO BANHO DA INSTALAÇÃO DO PRÉ-TRATAMENTO
_____TURNO DATA: / /
Parâmetros Horário
Estabelecidos 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00
PRÉ-DESENGRAXANTE
Temperatura ºC 30 a 50
Pressão (bicos) kgf/cm² 1,0 a 2,0
DESENGRAXANTE
Alcalinidade Livre Pontos 15 a 20
Temperatura ºC 60 a 80
Pressão (bicos) kgf/cm² 1,0 a 2,0
Concentração % 2,0 a 2,5
ENXAGUAMENTO I
Temperatura ºC < 50
Pressão (bicos) kgf/cm² 1,0 a1,5 Alcalinidade Livre Pontos < 3,0
REFINADOR
Temperatura ºC < 40
pH pH 8,0 a 10,0
Pressão (bicos) kgf/cm² 0,8 a 1,2
Pressão anel kgf/cm² 0,8 a 1,1
Alcalinidade total Pontos 15 a 35
FOSFATO
Acidez Livre Pontos 0,5 a 0,9
Acidez Total Pontos 20 a 23
Temperatura ºC 40 a 50
Pressão kgf/cm² 0,8 a 1,2
Teor de Zinco Pontos 4,0 a 8,0
Nitrito de Sódio Pontos 2,0 a 5,0
ENXAGUAMENTO I
Temperatura ºC Ambiente
Pressão (bicos) kgf/cm² 0,8 a 1,2
PASSIVADOR ORGÂNICO
Pressão (bicos) kgf/cm² 0,8 a 1,2
Concentração Pontos 3,0 a 5,0
pH pH 4,0 a 6,0
ÁGUA DESMINERALIZADA
Pressão (bicos) kgf/cm² 0,6 a 1,2
pH pH 4,5 a 6,0 Figura 18. Controle dos parâmetros do processo.
36
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES
6.1. Otimização do processo
Verificando a necessidade de evitar perdas de produção, para produzir
mais produtos com maior qualidade é necessário aprimorar a produção. Por isto
conhecer bem todos os parâmetros do processo, identificando como cada um
destes influencia o processo é necessário.
6.2. Análise dos resultados
No presente item serão apresentados os resultados referentes ao controle
dos parâmetros de banhos do pré-tratamento e suas influências sobre os
defeitos deste processo.
Serão identificados quais estágios que compõe o processo afetam
diretamente determinado defeito. Assim poderemos verificar quais parâmetros
do estágio influenciam diretamente determinado defeito.
Ao final do processo de pré-tratamento, verificamos a presença da
mancha d’ água e de leve amarelamento das carrocerias. Analisando a
especificação dos parâmetros do processo presentes na tabela 4, verificamos
que quando os parâmetros do estágio desengraxante estavam fora do
especificado como mostrados nas figuras 19, 20 e 21, estes influenciam
diretamente a presença de mancha d’ água e no leve amarelamento das
carrocerias.
Como observa-se na figura 19, a temperatura do desengraxante se
encontra perto do limite inferior especificado, qualquer alteração nas condições
deste farão com que sua temperatua fique abaixo do especificado como pode
ser obervado no horário das nove horas e do meio-dia. Tal anomarlidade
ocorreu devido a falha no trocador de calor, as nove horas a falha foi detectada
e um reparo emergencial realizado, sendo reestabelecido a normalidade após a
folga.
A concentração do desengraxante, figura 20, encontra-se no limite inferior
do especificado na tabela 4 , devido a dosagem incorreta do banho com o
desengraxante, observamos que a concentração esteve abaixo do especificado.
37
Correções na dosagem do banho foram realizadas para que a concentração
volte a normalidade.
A pressão esteve abaixo do especificado, como mostra a figura 21, isto
ocorreu devido a alguns bicos de spray estarem obstruidos. A desobstrução
deste ocorreu durante a folga, retornando este a normalidade.
Figura 19.Temperatura do estágio desengraxante.
Figura 20.Concentração do estágio desengraxante.
38
Figura 21.Pressão do estágio desengraxante.
O amarelamento da carroceria ocorre em decorrência de parâmetros fora
do especificado e/ou nos limites superiores ou inferiores por um período muito
longo, podendo ocasionar defeitos, além de poder oscilar para fora do
especificado rapidamente. Verificamos que o amarelamento ocorre devido a
problemas nos parâmetros, citados na tabela 4, do estágio desengraxante
(temperatura, concentração e pressão) como mostrado nas figuras 19, 20 e 21,
estágio de fosfatização (temperatura, acidez total, teor de zinco e pressão),
estágio refinador de cristais (concentração do banho) e estágio passivador (pH).
Através da análise percebemos que quando um desses parâmetros encontra-se
fora do especificado, ocorre o amarelamento da carroceria, a intensidade do
defeito é maior quando mais de um parâmetro citado acima se encontra fora do
especificado, os parâmetros que influenciam este defeito estão dispostos nas
figuras 22, 23, 24, 25, 26 e 27.
Podemos verificar através da figura 22 que o teor de zinco da fosfatização
encontra-se abaixo do especificado durante grande parte da observação. O teor
de zinco variou até que ajustes foram executados para que este retorne ao
especificado.
Através da análise da figura 23, verifica-se que a temperatura do fosfato
se encontra perto do limite inferior ou abaixo especificado, Tal anomarlidade
ocorreu devido a falha no trocador de calor, sendo reestabelecido a normalidade
após a folga.
39
A pressão da fosfatização esteve abaixo do especificado, como mostra a
figura 24, devido a obstrução de alguns bicos de spray. A desobstrução deste
ocorreu durante a folga, retornando este a normalidade.
A acidez total da fosfatização esteve fora do especificado, como se
observa na figura 25, das nove às doze horas, devido a problemas na bomba
dosadora de fosfato. Após o reparo a bomba, verificou-se a melhora da acidez
total.
O pH do passivador e do refinador de cristais encontrassem abaixo do
especificado, como pode se verificar na figura 26 e 27. Isto ocorre devido à
deficiência na bomba dosadora, quando esta é reparada observasse que o pH
retorna a normalidade.
Figura 22. Teor de Zinco do estágio de fosfatização.
Figura 23. Temperatura do estágio de fosfatização.
40
Figura 24. Pressão do estágio de fosfatização.
Figura 25. Acidez total do estágio de fosfatização.
Figura 26. pH do estágio passivador.
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Figura 27. pH do refinador.
Pela análise dos dados obtidos, a existência da camada aberta é função
de variabilidade no parâmetro dos estágios refinador (pH e pressão) e de
fosfatização (acidez livre alta, acidez total baixa). Verificamos a necessidade de
realizar a limpeza dos bicos para a pressão retornar a normalidade.
Durante a ocorrência deste defeito observamos que os dois estágios
possuem parâmetros fora do especificado simultaneamente, e que os outros
estágios não sofrem variabilidade, assim verificamos que os estágios citados são
responsáveis pela presença deste defeito sobre a carroceria. Os parâmetros que
influenciam este defeito estão dispostos nas figuras 28, 29, 30 e 31.
A alta acidez livre do fosfato pode ser verificada na figura 28, no horário
das onze horas a acidez livre do fosfato esta acima do especificado. Ajustes
para que a acidez voltasse à normalidade foram realizados, com isto o banho
retornou a normalidade.
A acidez total baixa do fosfato pode ser observada na figura 29, no
horário das nove às onze horas a acidez total do fosfato esteve abaixo do
especificado. Verificou-se a bomba dosadora e ajustou-se a acidez para que
esta retornasse à normalidade.
A pressão do refinador de cristais esteve abaixo do especificado, como
mostra a figura 30, devido a bomba recalque apresentar deficiências,
bombeando pouco refinador e em consequência diminuindo a pressao deste
estágio. O aumento na pressão ocorreu após conserto da bomba recalque.
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O pH do refinador de cristais encontrasse abaixo do especificado,como
mostra a fiura 31, das seis às nove horas devido a concentração deste estar
baixa. A bomba dosadora foi verificada e após ajusto, o pH retornou a
normalidade.
Figura 28.Acidez livre do estágio de fosfatização.
Figura 29. Acidez total do estágio de fosfatização.
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Figura 30. Pressão do estágio refinador de cristais.
Figura 31.pH do estágio refinador de cristais.
Observando os dados obtidos, a passivação ocorre devido a variabilidade
no parâmetro dos estágios refinador (pH) e de fosfatização (acidez livre alta),
deve-se verificar os sprays devido a deficiência na lavagem das carrocerias.
Verificamos que os estágios acima citados são responsáveis pela
presença da passivação sobre a carroceria, pois apenas os parâmetros destes
estão fora do especificado, enquanto os outros não sofrem variação.
Os parâmetros que influenciam este defeito estão dispostos nas figuras
32 e 33.
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A acidez livre alta do fosfato pode ser verificada na figura 32. Ajustes para
que a acidez voltasse à normalidade foram realizados, com isto o banho
retornou a normalidade.
O pH do refinador de cristais encontrasse abaixo do especificado, como
mostra a figura 33. Para retornar a normalidade, verificou-se a bomba dosadora
do refinador de cristais e os sprays da fosfatização.
Figura 32.Acidez livre do estágio de fosfatização.
Figura 33. pH do estágio refinador de cristais.
Através da análise diária do processo se verificou mais dois defeitos
provenientes do processo de pré-tratamento, a poeira e estrias amarelas.
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A poeira ocorre devido à presença de alto teor de borra de fosfato, devido
ao sistema de lavagem não possuir a eficiência esperada, contaminando o
banho com excesso de borra de fosfato. Caso o enxaguamento II não atue
removendo sais residuais, subprodutos provenientes do estágio de fosfatização
teremos a ocorrência de poeira sobre a carroceria em decorrência do mau
funcionamento devido ao entupimento ou má orientação dos bicos responsáveis
pelo enxague.
As estrias amarelas ocorrem devido ao estágio enxaguamento com água
D.I. não ser eficiente assim, não há remoção de sais residuais provenientes do
estágio passivador devido ao entupimento ou má orientação dos bicos de spray
que são responsáveis pelo enxague, ocasionando este defeito sobre as
carrocerias.
6.3. Padronização da solução de problemas
Com base nos resultados obtidos, criamos um padrão identificando as
causas de cada defeito e suas respectivas soluções. Assim as tomadas de ação
serão mais rápidas e possuíram maior eficiência.
A tabela 5 mostra os defeitos encontrados ao final do pré-tratamento, as
causas deste defeito e suas soluções. Assim, obteremos um padrão para
solucionar os defeitos, resolvendo-os mais rapidamente e com maior eficiência.
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Tabela 5. Defeitos, causas e soluções de problema.
Defeitos Causas Solução
Marca d´Água Temperatura do Desengraxante Baixa
A1 - Ajustar as Condições para o Especificado Baixa Concentração do Desengraxante
Baixa Pressão dos Sprays
Bicos Entupidos / Mal Orientados A2 - Desentupir e Orientar os Bicos
Excesso de Óleo no banho A3 - Melhorar Sistema de Separação de Óleo (Filtro ou Separador)
Camada Aberta Acidez Livre Alta B1 - Ajustar Acidez Livre
Concentração Baixa do Refinador B2 - Ajustar Concentração (Verificar Bomba Dosadora)
Pressão Baixa B3 - Ajustar Pressão (Verificar Bomba Recalque)
Bicos Entupidos B4 - Desentupir Bicos
Acidez Total Baixa B5 - Ajustar Acidez Total (Verificar Bomba Dosadora)
Passivação Paradas de Linha C1 - Evitar Paradas Sempre que Possível
Acidez Livre Alta C2 - Ajustar Acidez Livre
Concentração Alta do Refinador C3 - Drenar o Banho
pH do Refinador Baixo C4 - Verificar Dosadora do Refinador ou Sprays do Fosfato
Deficiência dos Sprays – Estágios Fosfato/Refinador
C5 - Inspecionar, Desobstruir ou Reorientar os Bicos. Verificar Bomba Recalque.
Amarelamento Desengraxe Ineficiente D1 – Verificar Iítens A1, A2, A3
Concentração Baixa do Refinador D2 – Ajustar Concentração (Verficar Dosadora)
Contaminação do Refinador D3 – Renovar Banho
Temperatura Baixa do Banho de Fosfato D4 – Aumentar Temperatura (Verificar Termômetros)
Acidez Total Baixa D5 - Aumentar a Acidez Total (Verificar Dosadora)
Lavagem Após Fosfato Muito Ácida D6 – Aumentar o Transbordamento
Teor de Zinco Baixo D7 – Ajustar Teor de Zinco para Faixa Especificada
Pressão dos Estágios de Fosfato Baixa D8 – Ajustar Pressão (Verificar Bombas de Recalque)
Bicos do Estágio de Fosfato Entupidos D9 – Desobstruir Bicos
Concentração do Passivador Muita Alta (pH Baixo)
D10 – Drenar Banho e Ajustar pH
Poeira Alto Teor de Borra no Banho de Fosfato E1 – Verificar Sistema de Filtragem
Lavagem Após Fosfato Ineficiente E2 – Verificar Bicos e Bomba de Recalque
Estrias Amarelas
Excesso de Passivador F1 – Verificar Lavagem com Água D.I.
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6.4. Avaliação da sistemática
Entre as alterações executadas, a principal impacta diretamente nas
ações de melhoria, minimizando a ocorrência de defeitos, onde para cada tipo
de defeito estabeleceu-se causas e esta possui uma ação bem definida e
estruturada, permitindo agilidade na resolução de problemas e diminuição da
variabilidade do processo.
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7. CONCLUSÃO
Este trabalho apresentou um estudo para a otimização do processo de
pré-tratamento, reduzindo a quantidade de retrabalho proveniente deste
processo.
O estudo baseou-se na identificação dos defeitos ao final do processo de
pré-tratamento, identificando quais estágios e respectivos parâmetros são
responsáveis por cada defeito, através da análise diária dos parâmetros deste
processo e acompanhamento do processo verificando ocorrência de defeitos
nas carrocerias. Após a identificação das causas de um defeito, soluções para
estas causas foram estabelecidas. Assim, criamos um padrão para a causa e
solução dos defeitos.
A partir dos resultados obtidos conclui-se que a padronização dos
defeitos, causas e soluções destes possui fundamental importância para a
otimização do processo, evitando e/ou diminuindo a perda de carrocerias ou
retrabalhos que geram custos indesejados, além afetar a qualidade do produto
final. Ações rápidas e eficazes evitam a perda dos banhos.
Este estudo afeta diretamente a produtividade, pois ações com maior
rapidez serão tomadas, fazendo com que o processo volte à normalidade
evitando perda de carrocerias por refugo e/ou retrabalho e consequentemente
aumentando a produtividade do processo.
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