Desenvolvimento de produtos através da valorização material de lixo marinho

Ana Catarina Barbosa Carvalho Desenvolvimento de produtos através da valorização material de lixo marinho janeiro de 2024 Desenvolvimento de produtos através da valorização material de lixo marinho Ana Carvalho UMinho | 2024 Ana Catarina Barbosa Carvalho Desenvolvimento de produtos através da valorização material de lixo marinho janeiro de 2024 Dissertação de Mestrado Mestrado em Engenharia do Produto Trabalho efetuado sob a orientação do Professor Doutor Miguel Ângelo Carvalho Professor Doutor Fernando Moura Duarte ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial CC BY-NC https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/ iii AGRADECIMENTOS Agradeço, de modo geral, a todas as pessoas que permitiram que este caminho não fosse tão solitário e que me ajudaram a valorizar até mesmo as pequenas conquistas. Especialmente: À minha mãe, a quem dedico esta dissertação, por acreditar em mim, e pelos inúmeros esforços que fez para que eu pudesse alcançar os meus objetivos. Ao meu pai, por me ter apoiado à sua maneira. Aos meus amigos de sempre, Inês, Clarisse, Liliana e André por serem rede de apoio mesmo quando este caminho me obrigou a ser ausente. Aos amigos que a universidade me deu, pelo acompanhamento no desenvolvimento deste trabalho e pelos momentos partilhados que levarei para a vida, Bárbara, Bruno, Filipa, Francisca e Maria. Ao Prof. Dr. Miguel Ângelo Carvalho e Prof. Dr. Fernando Moura Duarte, pelo apoio e orientação, pelos inúmeros ensinamentos passados e pela amizade ao longo de todo este processo. Ao projeto Azores EcoBlue, e mais concretamente à Nieta Rocha, pela oportunidade que me deu de explorar um tema tão pertinente e pelo provisionamento dos resíduos que foram estudados nesta dissertação. Ao Sr. Mateus, ao Sr. Manuel e ao Eng. Maurício, do Departamento de Engenharia de Polímeros, por todo o auxílio prestado na fase prática desta dissertação. Ao Estúdio de Design e Visualização 3D da minha amiga Clarisse pelo auxílio no desenvolvimento das imagens virtuais de contextualização do produto desenvolvido. E, por fim, ao Departamento de Engenharia de Polímeros, Instituto de Design de Guimarães, Laboratório de Construção e Tecnologia da Escola de Arquitetura da Universidade do Minho e à empresa J.Moreira da Silva por me terem permitido utilizar os seus recursos, sem os quais a conclusão desta dissertação não teria sido possível. “A felicidade só é verdadeira quando partilhada” (Christopher McCandless). iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. v RESUMO Desenvolvimento de Produtos através da valorização material de lixo marinho Cada ano, milhares de toneladas de lixo acabam nos mares e oceanos do planeta. Apesar de o ponto de partida de combate ao lixo marinho ser a prevenção, é fundamental que o lixo que polui atualmente as águas seja removido do ambiente marinho - dadas as inúmeras consequências negativas que tem vindo a causar - e que comece a ser reconhecido como um potencial recurso material - evitando a extração de novas matérias. Neste sentido nasceu o projeto Azores EcoBlue - no qual se enquadra o tema desta dissertação - que pretende desenvolver produtos inovadores através da utilização do lixo marinho recolhido no mar açoriano como matéria-prima. Os Açores localizam-se na fronteira de um dos sistemas de correntes onde o lixo marinho tende a acumular-se. Em conjunto com as comunidades locais, o projeto pretende recolher, entre outros, os principais resíduos registados na zona: os originários da atividade piscatória (fator que se deve ao papel socioeconómico da atividade na região). Esta dissertação teve como objetivo final a conceção de um produto - a incorporar, futuramente, uma eco-cabana – utilizando o material reciclado originado a partir da reciclagem mecânica dos resíduos recolhidos pelo projeto, mais concretamente de artes de pesca recuperadas compostas por poliamida. Este estudo, dividiu-se, por isso, em duas fases principais distintas: a fase de desenvolvimento do material reciclado, que envolveu a caracterização química e térmica dos materiais dos resíduos selecionados para estudo, a conceção do material com recurso à técnica de moldação por compressão e a caracterização mecânica do mesmo, e a fase de desenvolvimento do produto que culminou com a produção de um protótipo físico do mesmo. Após conclusão do estudo, e tendo este cessado com a geração de um separador de ambientes para uma eco-cabana, pôde comprovar-se a viabilidade de desenvolver produtos que promovam a reintrodução de materiais recuperados do ambiente marinho na economia, mais concretamente de materiais provenientes de artes de pesca recuperadas. PALAVRAS-CHAVE: Açores, Artes de pesca, Desenvolvimento de produtos, Poluição marinha, Reciclagem mecânica vi ABSTRACT Product development through marine waste material valorization. Every year, thousands of tons of waste end up in the planet's seas and oceans. Although the starting point for combating marine litter is prevention, it is crucial that the waste currently polluting the waters is removed from the marine environment - given the numerous negative consequences it has been causing - and that it begins to be recognized as a potential material resource - avoiding the extraction of new materials. Therefore, projects such as the Azores EcoBlue project are beginning to emerge. This project, to which this dissertation its related, aims to develop innovative products using marine waste collected in the Azorean sea as raw material. The Azores are located on the edge of one of the ocean current systems where marine litter tends to accumulate. Together with local communities, the project intends to collect, among other items, the main types of waste recorded in the region: those originating from fishing activity (something that is due to the socio-economic role of the activity in the region). The aim of this dissertation was to develop a product - to be incorporated into an eco-cabin in the future - using recycled material originated from the mechanical recycling of waste collected by the project, specifically recovered fishing gear made of polyamide. This study was therefore divided into two main distinct phases: the recycled material development phase, which involved the chemical and thermal characterization of the waste materials selected for study, the production of the material using the compression moulding technique, and its mechanical characterization, and the product development phase, which culminated in the production of its physical prototype. After the conclusion of this study, which ended with the generation of a room divider for an ecocabin, it was possible to prove the feasibility of developing products that promote the reintroduction of materials recovered from the marine environment into the economy, specifically materials from recovered fishing gear. KEY WORDS: Azores, Fishing gear, Product development, Marine pollution, Mechanical recycling vii ÍNDICE Direitos de autor e condições de utilização do trabalho por terceiros……………………………………………..ii Agradecimentos ................................................................................................................................. iii Declaração de integridade……………………………………………………………………………………………………..iv Resumo ............................................................................................................................................. v Abstract............................................................................................................................................. vi Índice ............................................................................................................................................... vii Índice de Figuras ................................................................................................................................ xi Índice de Tabelas ............................................................................................................................. xvi Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos ......................................................................................... xvii 1 Introdução ...................................................................................................................................... 1 1.1 Lixo marinho – a problemática...................................................................................................... 1 1.2 Caso Particular dos Açores ............................................................................................................4 1.2.1 Açores: Potencial zona de retenção de lixo flutuante…………………………………………………………….4 1.2.2 Lixo marinho no fundo do mar açoriano…………………………………………………………………………….6 1.2.3 Atividade piscatória nos Açores……………………………………………………………………………………….7 1.3 Projeto Azores EcoBlue……………………………………………………………………………………………………8 1.3.1 Materiais recolhidos Azores EcoBlue………………………………………………………………………………10 1.4 Objetivos e motivações…………………………………………………………………………………………………..12 1.5 Estrutura da dissertação…………………………………………………………………………………………………13 2 Estado da Arte………………………………………………………………………………………………………………..14 2.1 DFG – Materiais……………………………………………………………………………………………………………14 2.2 Gestão de resíduos de artes de pesca abandonadas…………………………………………………………….17 2.2.1 Reciclagem Mecânica de DFG - Casos de estudo………………………………………………………………19 2.2.2. Produtos/Estudo de Mercado…………………………………………………………………………..………….25 3 Materiais e Métodos…………………………………………………………………………………………………………28 xiv Figura 61 – Conceito nº8: a) Esboço do conceito – vista isométrica; b) pormenor “folhas” que acrescentam tridimensionalidade ao produto; c) pneumatóforo da espécie Physalia physalis……………94 Figura 62 – Conceito nº9: Esboço………………………………………………………………………………………….94 Figura 63: Protótipo prova de conceito: a) placas de contraplacado com os cortes realizados; b) pormenor de região após colocação dos restantes materiais……………………………………………………………………..97 Figura 64 – Representação visual do produto: a) sem modificações; b) com modificações…………..……99 Figura 65 – Representação visual do produto: pormenor sistema de suporte e mobilidade………………..99 Figura 66 – Vista explodida do produto e identificação dos principais componentes………………………..100 Figura 67 – Arquitetura do produto: identificação de blocos físicos e relações entre componentes……..101 Figura 68 – Dimensões janela sala - deck exterior……………………………………………………………………102 Figura 69 – Separador de Ambientes: Vista frontal…………………………………………………………………..106 Figura 70 – Separador de Ambientes: Opção de posicionamento 1 (vista lateral)……………………………107 Figura 71 – Separador de Ambientes: Opção de posicionamento 1 (vista sala estar para sala jantar/escritório)……………………………………………………………………………………………………………..107 Figura 72 – Separador de Ambientes: Opção de posicionamento 2 (vista sala estar para exterior)…..108 Figura 73 – Separador de Ambientes: vista de pormenor…………………………………………………………108 Figura 74 – Parte do Separador selecionada para prototipagem…………………………………………………109 Figura 75 – Protótipo Separador de Ambientes: a) com pés de suporte; b) sem pés de suporte…………109 Figura 76 – Estrutura: a) ambas as partes; b) parte 1(desníveis na face oposta); c) parte 2 (desníveis na face frontal)…………………………………………………………………………………………………………………….110 Figura 77 – Montagem: a) Caixilho 2 + Estrutura 2 + “vitrais”; b) Pormenor da junção da Estrutura 1 e Estrutura 2 sem “vitral” para perceção do espaço criado para encaixe do mesmo; c) Pormenor Caixilho………………………………………………………………………………………………………………………….110 Figura 78 – Pormenores comportamento do produto consoante direção da luz: a) luz frontal; b) contraluz; c) contraluz…………………………………………………………………………………………………………………….110 Figura 79 – Ficha técnica Ultramid® B33 SL…………………………………………………………………………124 Figura 80 – Ficha técnica Ultramid® C40 L………………………………………………………………..…………125 Figura 81 – Curvas tensãodeformação Tipo 1……………………………………………………………………….126 xv Figura 82 – Curvas tensão - deformação Tipo 2………………………………………………………………………126 Figura 83 – Curvas tensão - deformação Tipo 3………………………………………………………………………126 Figura 84 – Desenho Técnico: Produto Montado……………………………………………………………………127 Figura 85 – Desenho Técnico: Caixilho………………………………………………………………………………….128 Figura 86 – Desenho Técnico: Estrutura (parte 2) …………………………………………………………………..129 Figura 87 – Desenho Técnico: Pé de suporte………………………………………………………………………….130 Figura 88 – Plano produção partes poliméricas………………………………………………………………………132 Figura 89 – Plano produção partes de madeira………………………………………………………………………132 Figura 90 – Plano Montagem Separador de Ambientes……………………………………………………………133 xvi ÍNDICE DE TABELAS Tabela 1 - 25 anos de vida selvagem encontrada enroscada………………………………………………………….3 Tabela 2 – Tipologias de resíduos aos quais se teve acesso e respetivos pesos………………………………..10 Tabela 3 – Algumas das categorias de artes de pesca, respetiva ilustração, componentes e materiais constituintes……………………………………………………………………………………………………………………..15 Tabela 4 – Produtos comercialmente disponíveis que utilizam polímeros provenientes de artes de pesca em fim-de-vida…………………………………………………………………………………………………………………..26 Tabela 5 – Composições exploradas………………………………………………………………………………………43 Tabela 6 – Parâmetros adotados em cada ensaio realizado…………………………………………………………44 Tabela 7 – Elementos orgânicos removidos……………………………………………………………………………..56 Tabela 8 – Elementos inorgânicos removidos…………………………………………………………………………..56 Tabela 9 – Resultados ensaios de moldação por compressão………………………………………………………60 Tabela 10 – Placas resultantes do Ensaio nº3 expostas a luz natural…………………………………………….63 Tabela 11 – Mission Statement : Separador de ambientes………………………………………………………….78 Tabela 12 – Modelo levantamento de necessidades dos clientes………………………………………………….79 Tabela 13 – Importância de cada necessidade identificada…………………………………………………………79 Tabela 14 – Métricas………………………………………………………………………………………………………….80 Tabela 15 – Métricas de produtos benchmarking……………………………………………………………………..83 Tabela 16 – Peças únicas…………………………………………………………………………………………………..101 Tabela 17 – Peças padrão………………………………………………………………………………………………….102 Tabela 18 – Especificações finais Separador de Ambientes……………………………………………………….105 Tabela 19 – Informações peças padrão…………………………………………………………………………………129 xvii LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E ACRÓNIMOS ALDFG - Abandoned, lost or otherwise discarded fishing gear (artes de pesca perdidas, abandonadas ou descartadas) °C – Graus Celsius DEP – Departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade do Minho DFG - Discarded fishing gear (artes de pesca descartadas) DSC - Calorimetria diferencial de varrimento EPS - Poliestireno Expandido FTIR - Infravermelho por transformada de Fourier g – Grama HDPE - polietileno de alta densidade IDEGUI – Instituto de Design de Guimarães MDF - Medium Density Fiberboard MPa – Mega Pascal mm – Milímetro min – Minuto PA - Poliamida PE - Polietileno PET - Politereftalato de etileno PES - Polisulfona PVC - Policloreto de vinila ton – Toneladas UHMWPE - Polietileno de ultra alto peso molecular WWF - World Wide Fund for Nature 1 1 INTRODUÇÃO 1.1 Lixo marinho – a problemática O lixo Marinho, definido pelo United Nations Environment Programme (UNEP, 2009) como “any persistent, manufactured or processed solid material discarded, disposed of or abandoned in the marine and coastal environment”, e as suas consequências ambientais, sociais, económicas, estéticas e de saúde, constituem, há vários anos, uma preocupação a nível mundial. A sua gênese encontra-se, sobretudo, em comportamentos e ações humanas acidentais e intencionais, com origem quer em atividades terrestres, quer em atividades oceânicas. As principais fontes de lixo marinho de origem terrestre são os aterros municipais costeiros, as massas de água utilizadas como lixeiras ilegais, o transporte fluvial de resíduos terrestres, as descargas de águas residuais municipais não tratadas, as instalações industriais, os resíduos hospitalares e o turismo costeiro (UNEP, 2009). Atividades como a pesca, a navegação ou a aquicultura, são a principal fonte do lixo marinho de origem oceânica. Desta forma, enquanto os resíduos terrestres podem acabar depositados nos oceanos após serem transportados por vias como o vento, rios e águas residuais, os resíduos provenientes de atividades oceânicas tendem a entrar diretamente no mar (Schneider, 2020). Dada esta pluralidade de fontes, o lixo marinho é composto por diferentes tipos de resíduos antropogénicos. No entanto, o seu maior e mais nocivo contribuinte são os plásticos (Galgani et al., 2019). Com a entrada diária estimada de 12,9 a 35,1 mil toneladas de resíduos plásticos mal geridos no mar, as atividades terrestres são responsáveis por cerca de 80% de todo o lixo marinho atual (Jambeck et al ., 2015; Li, Tse e Fok, 2016, citados por Schneider, 2020). Os restantes 20%, oriundos de atividades oceânicas, são principalmente compostos por artes de pesca 1 (Schneider, 2020). Embora seja difícil definir a contribuição concreta das artes de pesca perdidas, abandonadas ou descartadas (ALDFG) para o lixo marinho, as tentativas de quantificação da problemática em larga escala indicam que estas representam menos de 10% do volume global de lixo marinho, mesmo se estimando que todos os anos, entre 500 000 e 1 milhão de toneladas de artes de pesca entrem no oceano e se transformem em ALDFG (UNEP & FAO, 2009). 1 Artes de pesca: qualquer dispositivo físico, ou parte dele, ou combinação de elementos que possam ser colocados no mar com o objetivo de capturar, ou controlar para posterior captura ou recolha, organismos marinhos. Exemplos: Redes, cordas e linhas de pesca, flutuadores, armadilhas, anzóis, guinchos (IMO, 1978, citado por He et al ., 2023). 2 Embora estes resíduos não sejam o contaminante que existe em maior número na globalidade do ambiente marinho, têm chamado particular atenção, uma vez que, durante os anos 50, a maioria das indústrias piscatórias mundiais substituiu as artes de pesca produzidas em fibras naturais como o algodão, a juta e o cânhamo por artes produzidas em materiais sintéticos, como o nylon, o polietileno e o polipropileno. Estas, mais resistentes à degradação na água, uma vez descartadas no mar, podem permanecer no ambiente marinho durante décadas (USOAP, 2004, citado por Good, T. P. et al. , 2010), provocando inúmeras consequências negativas. Uma dessas consequências é a pesca fantasma, que ocorre quando as artes de pescas, mesmo após perdidas ou descartadas continuam, por si só, a capturar ou a enredar-se em partes do corpo dos animais marinhos (Kozioł et al. , 2022). A eficiência desse fenômeno parece estar diretamente relacionada não só à tipologia como também ao estado e posição do equipamento de pesca no momento de perda ou descarte: Artes abandonadas (cujo pescador não conseguiu recuperar devido a terem ficado presas a obstáculos marinhos ou sobre as quais perdeu o controlo e não conseguiu localizar) estarão, à partida, configuradas para a sua máxima eficiência de pesca (principalmente se se encontrarem ancoradas) e, portanto, terão uma taxa elevada de capturas fantasma. Por outro lado, artes descartadas tendem a desmantelar-se mais rapidamente e, portanto, a ter eficiências de pesca fantasma mais baixas (Kozioł et al ., 2022; UNEP & FAO, 2009). O emaranhamento representa especialmente uma ameaça para os mamíferos, as tartarugas, as aves, e o biota bentónico, como os corais (Allen et al ., 2012; Carr,1987; Chiappone et al. , 2005; Neilson et al ., 2009; Pham et al ., 2013; Schrey & Vauk , 1987; Williams et al ., 2011 citados por Pham, 2014). Segundo Baker (2023), estima-se que morrem, por ano, devido ao emaranhamento em artes de pesca fantasma, 300 000 baleias, golfinhos e botos. Ademais, estes resíduos podem ainda provocar acidentes de navegação devido ao seu enroscamento na hélice, eixo da hélice, leme, propulsão a jato ou entradas de água de uma embarcação, algo que pode afetar a estabilidade da mesma na água e restringir a sua capacidade de manobra (UNEP & FAO, 2009). Por fim, artes de pesca à base de materiais plásticos, apesar de apresentarem uma degradação muito lenta, permanecendo no ambiente marinho por décadas se não forem recolhidas, sofrerão a libertação gradual de fibras de microplástico que poderão ser na ingeridos por organismos filtradores e 3 peixes, podendo criar um caminho para o transporte de substâncias químicas prejudiciais na cadeia alimentar (OSPAR Commission, 2020). Parte da informação supramencionada pode ser corroborada, por exemplo, com a análise dos dados de um relatório da Ocean Conservancy, datado de 2011, que sumariza dados acerca dos 25 anos da Ocean Conservancy’s International Coastal Cleanup, um dos maiores esforços de voluntariado em prol da saúde dos oceanos alguma vez realizados, onde cerca de nove milhões de voluntários de 152 países e locais limparam aproximadamente 145 milhões de quilos de lixo das margens de lagos, ribeiros, rios e do oceano (Ocean Conservancy, 2011). Como pode constatar-se na tabela 1, os itens relacionados com a atividade piscatória, isto é, as artes de pesca como as linhas e redes de pesca, cordas (também utilizadas pela atividade piscatória), armadilhas e anzóis de pesca fazem parte dos itens com mais registos de ocorrências de emaranhamento de seres marinhos, sendo que as linhas de pesca lideram com um total de 1.636 ocorrências, um valor bastante acima dos demais registados. De ressaltar que este facto se deu apesar das artes de pesca não se terem verificado como os itens recolhidos em maior número pela Ocean Conservancy’s International Coastal Cleanup (Ocean Conservancy, 2011). Tabela 1 - 25 anos de vida selvagem encontrada enroscada (adaptada de Ocean Conservancy, 2011) Anfíbios Aves Corais Peixes Invertebrados Mamíferos Répteis Total Garrafas de bebida 3 8 0 27 47 13 2 100 Latas de bebida 1 2 0 15 17 1 0 36 Armadilhas para caranguejos/ lagostas/peixes 1 11 1 48 106 3 3 173 Anzóis de pesca 2 76 0 54 10 3 6 151 Linhas de pesca 9 722 14 553 237 46 55 1636 Redes de pesca 3 153 1 249 207 29 30 672 Sacos (plástico) 13 102 0 142 91 33 23 404 Fita/ Cordel 0 91 0 37 29 7 2 166 Corda 4 160 0 114 53 71 24 426 Suportes de 6 embalagens 2 63 0 52 21 3 5 146 Abraçadeiras plásticas 2 30 34 12 5 5 88 Arame 1 31 1 16 13 7 6 75 Total 41 1149 17 1341 843 221 161 4073 4 Assim, pode concluir-se que apesar das artes de pesca não se tratarem do maior poluente dos oceanos no geral, fazem parte dos itens cuja presença no mar provoca mais consequências negativas, no que diz respeito, especialmente, à vida marinha, sendo assim, de grande importância, agir de forma preventiva e curativa em relação ao descarte das mesmas nos ambientes aquáticos. 1.2 Caso particular dos Açores 1.2.1 Açores: Potencial zona de retenção de lixo flutuante O arquipélago dos Açores é composto por nove ilhas de natureza vulcânica e situa-se no Oceano Atlântico entre as latitudes 37° e 40° N e as longitudes 25° e 31° W (Localização Geográfica, s.d.), estando assim localizado na extremidade norte do Giro Subtropical do Atlântico Norte (Pieper et al., 2015). Segundo a National Geographic Society (s.d.), um giro oceânico trata-se de um grande sistema de correntes oceânicas circulares formado por padrões globais de vento e forças criadas pela rotação da Terra. No caso, e tal como evidente na Figura 1, o Giro do Atlântico Norte começa com o fluxo para norte da Corrente do Golfo ao longo da costa leste dos Estados Unidos, sendo esta a corrente que limita o giro ocidentalmente. O fluxo segue depois até à Corrente do Atlântico Norte, que atravessa o Norte do oceano em direção à Europa. Continuando a fluir num padrão circular, a corrente flui para sul até à costa noroeste de África, onde é conhecida como a Corrente das Canárias, sendo esta a corrente que limita orientalmente o giro. Este completa-se quando a Corrente Equatorial do Atlântico Norte atravessa o Oceano Atlântico até ao Mar das Caraíbas (National Geographic Society, s.d.). Corrente do Atlântico Norte Arquipélago dos Açores Corrente dos Açores Corrente das canárias Corrente do Golfo Corrente Equatorial do Norte Velocidade (m/s) Figura 1 - Mapa da área de estudo representando o Giro Subtropical do Atlântico Norte e suas correntes associadas (adaptado de Sala et al ., 2016) 5 Estudos oceanográficos realizados e observações empíricas mostram que o lixo que flutua à superfície do oceano tem tendência a acumular-se no centro dos giros oceânicos devido à influência de correntes de grande escala (como as anteriormente mencionadas), que transportam quantidades consideráveis de lixo marinho de fontes distantes, formando "manchas de lixo" (Hall, 2000; Kühn et al., 2015; Mouat et al ., 2010 & Ryan et al ., 2019 citados por Rodríguez et al ., 2020). De modo consequente, as costas das ilhas oceânicas próximas destas zonas tendem a sofrer, frequentemente, níveis exorbitantes de poluição plástica, apesar de estarem geograficamente afastadas das principais áreas de origem dos resíduos plásticos – as costas continentais (Lavers & Bond, 2018; Monteiro et al ., 2018; Pham et al. , 2020). Assim, devido à sua localização isolada na margem norte do giro subtropical do Atlântico Norte, o arquipélago dos Açores foi identificado como uma potencial zona de retenção de lixo flutuante (Chambault et al ., 2018). Tendo em conta este pressuposto, foram sendo realizadas, nos últimos anos, algumas investigações com o objetivo de caracterizar o lixo marinho na região dos Açores. A título de exemplo, a investigação que ocorreu entre 2015 e 2017, e que visava documentar a distribuição e a composição do macro lixo flutuante presente ao largo das ilhas dos Açores e da Madeira. Nesta foram realizados levantamentos padronizados. Os registos foram executados por um observador que olhava para cada lado do navio, a cerca de oito metros acima do nível do mar, numa faixa de observação de 50 m de cada lado, a bordo de embarcações de pesca de atum com vara e linha no arquipélago dos Açores e ao largo da Madeira. As observações ocorreram principalmente durante a primavera e o verão. Segundo Chambault et al . (2018), a presença de macro detritos nestas zonas foi confirmada. Entre os 2.406 levantamentos visuais efetuados, foram registados 482 detritos flutuantes. Em termos de composição dos detritos, três categorias dominaram e representaram 87% dos avistamentos: plástico geral (48%), embalagens de plástico (21%) e artes de pesca (18%). Os resultados desta investigação revelaram que, embora localizado na fronteira norte do Giro Subtropical do Atlântico Norte, no mar dos Açores a quantidade de macro detritos flutuantes é menor comparativamente às quantidades encontradas perto das costas continentais (Chambault et al ., 2018). 6 No entanto, segundo o UNEP (2005) e tal como citado por Basurko et al . (2015), estima-se que apenas 15% do lixo que entra no mar permanece a flutuar à sua superfície, sendo que outros 15% chegam à costa e os restantes 70% se afundam. Dessa forma, tem havido também interesse em estudar o fundo do mar. De seguida irão abordar-se as conclusões de dois dos estudos cujo foco de análise foi essa região do Arquipélago dos Açores. 1.2.2 Lixo marinho no fundo do mar açoriano O primeiro estudo relativo à caracterização e quantificação do lixo marinho no fundo do mar açoriano a ser abordado teve como alvo de estudo o monte submarino Condor, mais concretamente, e decorreu entre 2010 e 2011. O monte submarino Condor está localizado a 17 km a sudoeste da ilha do Faial, no arquipélago dos Açores, uma área muito utilizada por pescadores locais que recorrem às linhas de mão e palangres de fundo, principalmente até 600 m, como artes de pesca. (Menezes et al ., 2013). No âmbito deste estudo foram efetuados 48 mergulhos que permitiram identificar 55 itens de lixo numa área total de 56.430 m2. As linhas de pesca foram o principal item de lixo encontrado, representando 73% do total de itens de lixo avistados no cume e 50% dos itens avistados na encosta do monte em estudo. As linhas de monofilamento revelaram-se o tipo dominante (Pham et al ., 2013). Passando agora ao segundo estudo que teve como objetivo fornecer dados sobre o lixo marinho no fundo do mar dos Açores, este decorreu mais recentemente (2017) e utilizou a Passagem do FaialPico como objeto de estudo. De acordo com Rodríguez & Pham (2017), neste estudo foram analisados 45,2 km registados em imagens de vídeo, recolhidas durante 56 viagens de observação do fundo marinho da Passagem Faial-Pico, com o objetivo de se quantificar a abundância de lixo marinho e as suas interações com a fauna bentónica nessa zona. Com os dados recolhidos, concluiu-se que as artes de pesca abandonadas foram, mais uma vez, os itens predominantes, representando 64% de todos os detritos encontrados, sendo que cordas e linhas de pesca compõem 59,8% destes. 13 1.5 Estrutura da dissertação O trabalho realizado no âmbito desta dissertação encontra-se exposto ao longo de oito capítulos. No Capítulo 1, Introdução, encontra-se a contextualização da problemática por detrás da pesquisa, quer a nível global, quer a nível mais particular concernente ao Arquipélago dos Açores. É ainda apresentado o projeto que deu o mote para este estudo. Após expostos todos estes pontos, que justificam a relevância do estudo desenvolvido, são, por fim, apresentados os objetivos e contribuições esperadas desta dissertação. O Capítulo 2 refere-se ao Estado de arte, onde foi apresentado algum do conhecimento atual acerca do tipo de resíduos selecionados para estudo, respetivas opções de tratamento, e produtos que estão a integrar atualmente quando inseridos em novos ciclos de produção. O Capítulo 3 e Capítulo 4 dizem respeito, respetivamente, aos Materiais e Métodos e Resultados da primeira parte do trabalho desenvolvido nesta dissertação: desenvolvimento de um material reciclado a partir da valorização material dos resíduos objeto de estudo. No Capítulo 5 inicia-se a descrição da segunda parte do trabalho realizado: desenvolvimento de um produto que integra o material reciclado resultante da fase de trabalho anterior. E por fim, o Capítulo 6 apresenta as conclusões gerais desta dissertação e as perspetivas de trabalho futuro. 14 2 ESTADO DA ARTE Como referido anteriormente, optou-se por se selecionar as artes de pesca como resíduo alvo de estudo na exploração do desenvolvimento de um produto através da sua valorização material. Assim, previamente a executar qualquer procedimento prático neste sentido, foi essencial perceber o atual estado do conhecimento acerca deste tipo de resíduos e das opções de tratamento dos mesmos, assim como perceber quais os produtos que estão a integrar atualmente após inseridos em novos ciclos de produção. 2.1 DFG – Materiais Por artes de pesca marinhas entende-se qualquer dispositivo físico, ou parte dele, ou combinação de elementos que possam ser colocados no mar com o objetivo de capturar, ou controlar para posterior captura ou recolha, organismos marinhos (IMO, 1978, citado por He et al ., 2023). A Organização das Nações Unidas para a Alimentação e a Agricultura (FAO) classifica as mesmas em 11 categorias: Surrounding nets; Seine nets; Trawls; Dredges; Lift nets; Falling gear; Gillnets and entangling nets; Traps; Hooks and lines; Miscellaneous gear; Gear not known (He et al ., 2021). Isto é: Redes de cerco; Redes envolventes-arrastantes; Redes de arrasto; Dragas; Redes de Sacada; Artes de arremesso; Redes de emalhar e de enredar; Armadilhas; Anzóis e linhas; Artes diversas; Artes não conhecidas. Muitas das categorias acima mencionadas são constituídas por vários componentes e, por essa razão, constituídas também por vários materiais, como pode constatar-se na tabela abaixo (Tabela 3), cujas informações foram adaptadas de OSPAR Commission (2020). 15 Tabela 3 – Algumas das categorias de artes de pesca, respetiva ilustração, componentes e materiais constituintes (informação adaptada de OSPAR Commission, 2020; figuras reproduzidas de MSC, s.d) Categoria Ilustração Principais componentes e materiais Redes de cerco Redes: PA; PE Bóias: PVC; PET; EVA; PE/HDPE Redes de arrasto PE; PA; PES Podem ainda conter: borracha vulcânica, correntes metálicas, aço e chumbo Dragas Estrutura e correntes: Aço Rede: PE Redes de emalhar Rede: Mono/multifilamentos de PA6/nylon. Linhas de flutuação: PE; PP; EPS Linhas de afundamento: PET; Chumbo Bóias: PE; PP Armadilhas Madeira; Rede de arame ou plástico. Os marcadores de superfície são geralmente bóias de poliestireno com um mastro de madeira ou de plástico e uma bandeira para facilitar a sua localização. Anzóis e Linhas Anzóis: Aço (por vezes com revestimento de superfície resistente à corrosão) Linhas: PA; PVDF; PE; PET; UHMWPE 16 Para um melhor entendimento relativamente aos palangres de fundo e às linhas de mão, artes de pesca com as quais 87% da frota de pesca açoriana se encontra equipada (Diogo et al ., 2015), pode dizer-se que ambas pertencem à Categoria de Anzóis e Linhas (He et al ., 2021). Os palangres são normalmente constituídos por uma linha de grande comprimento (madre), à qual são conectadas várias linhas de comprimento menor (estralhos). Na extremidade dos estralhos são presos os anzóis, onde são colocados os iscos (Anzol - DGRM, s.d.). Os estralhos são fixados à linha principal quer diretamente com um nó, quer utilizando um clipe ou um destorcedor, respeitando certos intervalos entre si (He et al ., 2021). Este tipo de arte utiliza maioritariamente materiais sintéticos como o poliéster ou a poliamida 6 (comercialmente designada por nylon) na sua composição: a linha principal e os estralhos são feitos de monofilamento de poliamida (nylon) ou multifilamento de poliéster (Cerbule et al ., 2023). Nas embarcações costeiras, mais pequenas, que iscam e manuseiam as artes à mão, são normalmente utilizadas linhas com apenas algumas centenas de metros de comprimento e algumas centenas de anzóis. Nas embarcações oceânicas, com maior dimensão, e que possuem sistemas automáticos de isco e de alagem, as linhas - mãe podem atingir várias milhas de comprimento e ter acopladas a si milhares de anzóis. Os palangres são, normalmente, deixados a pescar durante uma mudança de maré ou um período completo de 24 horas (Long line: Gear: Seafish Fishing Gear Database. (s.d.). Estes podem ser de fundo ou de superfície (Figura 6). Na pesca demersal com palangre, os palangres, ou partes dos mesmos, perdem-se frequentemente no mar devido ao facto de ficarem presos no fundo do mar ou de poderem partir com a força exercida pelos peixes quando tentam escapar do anzol (Cerbule et al ., 2022). Relativamente à pesca com linha de mão, como o nome sugere, nesta técnica é utilizada uma linha que é manobrada manualmente (atua ligada à mão do pescador), na qual podem ser colocados até nove anzóis (Artes E Utensílios De Pesca - DGRM, s.d.). 17 2.2 Gestão de resíduos de artes de pesca abandonadas Para além da deposição em aterros, as opções de gestão de resíduos DFG podem ser divididas em reutilização, reciclagem e recuperação de energia (Diretiva 2008/98/CE, citado por Schneider et al ., 2023). Abordando um pouco cada uma delas, e começando pela deposição em aterros, em alguns países, esta opção é frequentemente a mais barata e mais simples do ponto de vista logístico. Contudo, torna-se cada vez menos atrativa devido aos problemas ambientais associados, como o facto das artes de pesca não se biodegradarem, ocupando espaço em aterros por tempo indefinido, enquanto infiltram plástico no ambiente (Brodbeck, 2016). Passando à reutilização, esta implica a utilização dos materiais em aplicações que explorem as suas propriedades após uso. No caso das fibras poliméricas dominantes na composição das artes de pesca, estas possuem propriedades mecânicas específicas, tais como elasticidade, resistências à tração e à flexão melhoradas (Ignatyev et al ., 2014) e os seus processos de produção caracterizam-se por serem complexos e consumirem intensivamente recursos energéticos e financeiros, tornando-se económica e ecologicamente desejável a reutilização destes materiais, minimizando consequentemente custos de produção de polímeros virgens (Weißbach et al ., 2021). No entanto, a reutilização destas fibras em certas aplicações, como em materiais exteriores que integram a construção de edifícios e obras rodoviárias, pode contribuir para o aumento do influxo de microplásticos no ambiente terrestre e nos fluxos de águas residuais através da abrasão (Bertling et al ., 2018, citado por Weißbach et al ., 2021). Figura 6 – a) Palangre de fundo; b) Palangre de superfície (adaptadas de Longline Fisheries - BirdLife South Africa, 2019) Palangre de superfície Rádio-farol Linha de boia Linha principal Estralhos Anzóis iscados Palangre de fundo Boia de sinalização Âncora Estralhos Anzóis iscados Linha principal (a) (b) 18 Relativamente à reciclagem, esta abrange vários métodos, sendo a reciclagem mecânica e a reciclagem química os métodos mais comuns. A incineração como método de recuperação de energia é ainda considerada, por alguns, uma forma de reciclagem (Ignatyev et al ., 2014). Seguem-se algumas informações acerca de cada um dos métodos: 1) A reciclagem mecânica primária consiste na aplicação direta de polímeros descartados não contaminados num novo produto sem existir perda de propriedades, sendo um processo a que os fabricantes de plásticos recorrem para tratar os seus resíduos pós-industriais. Antes da reintegração num novo produto, uma vez que não se encontram contaminados, os materiais normalmente passam apenas por um processo de trituração, de forma a obter-se um material mais homogéneo e mais fácil de misturar com aditivos e outros polímeros para processamento posterior (Ignatyev et al ., 2014). A reciclagem mecânica secundária, por sua vez, é um processo ao qual se recorre, frequentemente, para tratamento de resíduos pós-consumo, uma vez que envolve processos de separação/purificação, ao contrário da reciclagem primária (Ignatyev et al ., 2014). Os processos mecânicos envolvidos nesta abordagem são, normalmente: trituração, lavagem, separação por densidade, secagem, regranulação e composição, com o objetivo de produzir reciclados que possam ser convertidos em produtos plásticos, substituindo os plásticos virgens. De referir que depois da secagem, os flocos de plástico podem ser transformados em grânulos (após produção de filamento e encaminhamento para um granulador) ou serem diretamente utilizados para produzir novos materiais plásticos (Manger, 2020). No entanto, durante o processo de reciclagem podem ocorrer ruturas nas cadeias do material, que se dão na presença de água e de vestígios de ácidos, resultando na redução das propriedades mecânicas do mesmo (apesar de este fenómeno poder ser parcialmente contrariado por processos de secagem, utilização de aditivos estabilizadores, entre outros métodos). A perda de propriedades mecânicas pode ocorrer ainda devido à contaminação da matriz com outros polímeros. Desta forma, os materiais reciclados são frequentemente utilizados no fabrico de novos produtos de qualidade inferior. Em ambas as abordagens de reciclagem mecânica, apenas os polímeros termoplásticos podem normalmente ser reciclados (Ignatyev et al ., 2014). 19 2) A reciclagem química ou reciclagem terciária, visa transformar os resíduos de polímeros em monómeros originais ou outros produtos químicos valiosos. Existem três abordagens principais: despolimerização, oxidação parcial e craqueamento (térmico, catalítico e hidrocraqueamento) (Aguado et al., 1999, citado por Garforth et al., 2004). Esta abordagem resolve algumas limitações da reciclagem mecânica relativamente à mistura, contaminação e degradação de polímeros (Meneses et al ., 2022). Algumas redes de poliamida (PA) são já recicladas por meio deste processo (Weißbach et al. , 2021). 3) Por fim, a recuperação/valorização energética, também conhecida como reciclagem quaternária, diz respeito à recuperação do conteúdo energético dos resíduos através da incineração. Isto é, trata-se da queima de resíduos plásticos para produzir energia sob a forma de calor, vapor e eletricidade (Meneses et al ., 2022), que podem ser diretamente utilizadas em processos tecnológicos ou no aquecimento de edifícios (Ignatyev et al ., 2014). Apesar de já se terem verificado casos de sucesso na reutilização de alguns elementos provenientes de artes de pesca recuperadas, apenas a reciclagem e a recuperação de energia aparentam fornecer soluções em grande escala para estes resíduos, que são de natureza mista e se encontram bastante emaranhados aquando da sua recolha (Schneider et al ., 2023). Uma vez que o objetivo final desta dissertação é o desenvolvimento de um produto a partir da valorização material das artes de pesca recolhidas pelo projeto Azores EcoBlue, a escolha de metodologia de gestão destes resíduos recaiu sobre a reciclagem mecânica. Por essa razão, este estado da arte será, daqui em diante, dedicado à exposição de conhecimento adquirido por terceiros acerca da reciclagem mecânica de DFG. 2.2.1 Reciclagem Mecânica de DFG - Casos de estudo Segundo Stolte & Schneider (2018), no âmbito do projeto MARELITT Baltic, que tem como principal objetivo mitigar o impacto das artes de pesca abandonadas (DFG) no ambiente marinho do Mar Báltico, o World Wide Fund for Nature (WWF) – Alemanha realizou ensaios de reciclagem com artes de pesca recolhidas do Mar Báltico alemão com o intuito de retirar conclusões, desenvolver estratégias e fornecer recomendações sobre a forma como estes resíduos podem ser tratados para serem implementados numa abordagem de economia circular. Atualmente, parece ainda não existir uma 20 metodologia definida para tal e as tentativas de reciclar os materiais recuperados têm-se revelado trabalhosas, demoradas e financeiramente exigentes. Para encontrar soluções de tratamento destes resíduos desde o momento da recolha até à potencial reintrodução no ciclo de produção, O WWF – Alemanha contou com a cooperação de empresas de reciclagem e laboratórios de análise. O projeto defende que encontrar soluções para o desafio de reciclar artes de pesca abandonadas é pertinente não só porque é uma forma de impedir que estas continuem a provocar danos no ecossistema marinho, como também uma maneira de permitir que matérias-primas valiosas, como é o caso da poliamida 6 (PA6), voltem a integrar ciclos de produção, contribuindo para o crescimento da economia circular. No entanto, a reciclagem deste tipo de resíduos não é uma tarefa fácil, uma vez que: as artes de pesca tendem a acumular-se no fundo do mar e, como tal, quando recuperadas, normalmente contêm grandes quantidades de sedimentos, matéria orgânica (madeira, mexilhões, peixes, ...) e itens metálicos agregados que necessitam de ser removidos para minimizar risco de dano para os equipamentos (máquinas e lâminas de corte) e risco de contaminação tóxica para o material. Para além disso, os materiais recuperados são constituídos por polímeros de natureza mista que não podem ser totalmente dissociados, mesmo com um trabalho de triagem manual considerável. Estas e outras limitações foram observadas nos ensaios realizados neste estudo e vão ser abordadas em seguida com mais pormenor, de modo a ficar-se a conhecer potenciais desafios que se poderão encontrar na parte prática desta dissertação, e de maneira a perceber o que evitar e o que executar. O material recuperado pelo projeto no Mar Báltico era constituído principalmente por redes de arrasto, redes de emalhar e cordas. No entanto, quando recuperadas do mar, estas artes de pesca encontravam-se envolvidas numa grande mistura composta por redes, cordas, linhas de pesca, âncoras metálicas, correntes e matéria orgânica, como mexilhões e peixes mortos. Como tal, o material recolhido necessitou de passar por processos de pré-tratamento antes de poder ser estudada a introdução do mesmo em novos ciclos de produção. Destes, a pré-triagem foi uma etapa fundamental para permitir os processamentos automatizados posteriores. A triagem foi efetuada com diferentes níveis de esforço manual. Em parte do material a triagem foi executada seguindo uma abordagem intensiva em termos de tempo e mão de obra, envolvendo a 21 separação manual dos diferentes componentes da mistura por tipologia de arte de pesca/resíduo (redes, cordas, outros resíduos). No restante material, a abordagem foi mais “grosseira", menos intensiva em termos de tempo e mão de obra, sendo que se centrou apenas na remoção de grandes objetos metálicos e outros elementos potencialmente destrutivos das lâminas dos equipamentos de corte. Foi possível concluir que as abordagens de triagem influenciaram o grau de contaminação do material e os seguintes processos de pré-tratamento. O material sujeito a triagem “grosseira” continha mais impurezas uma vez que mexilhões, madeira e outros elementos não foram removidos. Este requereu primeiramente uma trituração também ela grosseira e só depois pôde ser triturado de forma mais refinada, de modo a prevenir incidentes com peças metálicas potencialmente não detetadas. Por outro lado, o material de triagem “fina” pôde ser diretamente triturado nas dimensões pretendidas devido à sua maior qualidade de triagem. A qualidade da lavagem foi igualmente comprometida no caso do material “grosseiramente” triado, devido ao maior teor de sedimentos residuais e outros contaminantes. Por fim, uma vez que a triagem mais intensiva envolveu a separação dos diferentes tipos de componentes, o polímero resultante revelou-se, consequentemente mais puro, facilitando os ensaios de reciclagem. Em segundo lugar, procedeu-se à trituração dos materiais. Foi possível perceber que como as fibras das redes de pesca são bastante resistentes á rutura e ao corte, uma vez que são fabricadas para resistirem às condições de trabalho a que estarão sujeitas: cargas elevadas recorrentes, condições climatéricas extremas, água salgada do mar, entre outras, caso estas não sejam trituradas em equipamentos especialmente concebidos para a trituração das mesmas, as lâminas do equipamento de corte tornar-se-ão cegas rapidamente e terão de ser substituídas com frequência, representando mais custos para o processo de reciclagem. Seguiu-se a separação por densidade. Considerou-se prudente separar as fibras de alta densidade das de baixa densidade antes de se proceder à reciclagem dos resíduos, uma vez que as diferentes propriedades dos materiais poderiam dificultar os processos de fusão e moldação. A separação por densidade foi dividida em duas fases. Na primeira fase, foi utilizada água salgada como solução e pretendia-se separar os sedimentos residuais de alta densidade das fibras poliméricas, enquanto na segunda fase foi utilizada água da torneira e esperava-se que as fibras de polímeros como poliamida (PA) e polietileno tereftalato (PET) de alta densidade se afundassem enquanto as de polietileno (PE) e polipropileno (PP) de baixa densidade flutuassem à superfície, permitindo assim a sua separação. 22 No entanto, nos ensaios verificaram-se várias dificuldades em obter sucesso nesta fase do prétratamento dos materiais. Entre elas, verificou-se que a textura das fibras após trituração provocou a retenção de pequenos sedimentos e fragmentos de chumbo, não sendo possível alcançar uma separação completa das fibras das substâncias contaminantes e que a separação por densidade necessitaria de ser mais automatizada e aperfeiçoada com um controlo das densidades da solução para garantir uma separação mais limpa dos polímeros envolvidos. Por fim, terminou-se o processo de pré-tratamento dos resíduos com a lavagem dos mesmos. No projeto a ser retratado, utilizou-se uma máquina de lavar por fricção para o efeito. Neste tipo de lavagem as fibras são diluídas com um líquido de lavagem (composto, no caso, por vários produtos químicos) que é pressionado através de dois discos contra rotativos com ranhuras. A fricção entre os discos expulsa eficazmente os sedimentos e outras partículas orgânicas com o líquido de lavagem. A lavagem foi possível para todos os materiais, em especial para o material de rede de emalhar de monofilamento, exceto para grandes quantidades de fibras de material de corda, uma vez que este tipo de material ficava preso entre a unidade de limpeza e a unidade de separação de águas. Após a limpeza por fricção, verificou-se que parte do material ainda continha uma grande quantidade de contaminantes orgânicos e pedaços de borracha, um fator que impede que seja material utilizado em extrusoras para granulação e, por conseguinte, para a reutilização na moldagem por injeção ou outros processos de produção. Para além disso, após o processo de lavagem, as fibras lavadas continham uma humidade demasiado elevada para processamento posterior, por exemplo, em extrusoras de produção de pellets , sendo necessário um processo de secagem para reduzir a humidade. Cinco amostras dos materiais recuperado foram, posteriormente, submetidas a uma análise térmica e química: a composição polimérica básica de todas as amostras foi determinada através de análise térmica do ponto de fusão (DSC - calorimetria diferencial de varrimento) e confirmada através de espectroscopia FTIR (infravermelho por transformada de Fourier). Pôde concluir-se que todas as amostras se tratavam de uma mistura de materiais, mesmo quando compostas apenas por um tipo de arte de pesca (uma das amostras analisada era dominada por redes de emalhar). No caso particular dessa amostra, foi possível extrair manualmente da matéria-prima, não previamente triturada ou lavada, seis frações dos diferentes materiais que a compunham: linhas de monofilamento, linhas trançadas, boias, cordas, revestimentos de linhas de imersão e fragmentos de 29 Os monofilamentos de pesca (reconhecidos logo à partida como monofilamentos provenientes de palangres, dada a sua composição – linhas principais, nós e estralhos visivelmente identificáveis) foram os resíduos selecionados para estudo de valorização material nesta dissertação. Ficou claro, no Capítulo referente ao enquadramento da problemática do lixo marinho, que as consequências negativas associadas à presença de artes de pesca perdidas no ambiente marinho exigem que, cada vez mais, se aja de forma preventiva e curativa em relação ao descarte das mesmas nos ambientes aquáticos. Pôde ainda perceber-se, no Capítulo que diz respeito ao caso particular dos Açores, que as artes de pesca constituem os principais detritos encontrados no mar da região, principalmente quando a área analisada se trata do fundo do mar, sendo que os pescadores locais dos Açores recorrem sobretudo às linhas de mão e palangres de fundo como arte (Diogo et al ., 2015) e que estes equipamentos se têm verificado dos principais detritos avistados nos transectos de observação do fundo marinho realizados (Pham et al. , 2013). Desta forma, reconheceu-se a importância de ter esta categoria como foco neste estudo, onde é pretendido encontrar soluções que promovam a consciencialização e as boas práticas relativamente ao descarte e à recolha destes detritos ao demonstrar que estes podem ainda representar algum valor (ao integrar novos produtos, por exemplo), mesmo após o seu fim de vida útil ou a perda dos mesmos durante a atividade piscatória. Para além disso, outro fator que contribuiu para que a escolha recaísse sobre os monofilamentos de pesca como objeto de estudo foi o conhecimento adquirido no capítulo do estado da arte relativamente à dificuldade de reciclar resíduos que são, por natureza, mais propícios a acumular sedimentos e substâncias tóxicas entre as suas fibras, como é o caso das cordas/cabos e a perceção de que esta dificuldade seria acrescida com os meios e a janela temporal disponível neste estudo. 3.1.2 Caracterização Os materiais constituintes da tipologia de resíduo selecionado para estudo foram caracterizados química e termicamente (e consequentemente identificados) através das técnicas FTIR e DSC, respetivamente. Com recurso ao espectrómetro FTIR-ATR Spetrum 100, da PerkinElmer, analisou-se uma amostra de cada tipologia de monofilamento presente num dos sacos da mistura recolhida: monofilamento incolor de 1,85 mm de diâmetro; monofilamento incolor de 0,85 mm de diâmetro; monofilamento azul; e monofilamento laranja, ambos com 1 mm de diâmetro. As tipologias foram 30 nomeadas de A a D, respetivamente, de forma a facilitar a sua identificação e encontram-se representadas na Figura 7. Realizaram-se duas réplicas para cada amostra em modo refletância, numa gama de comprimento de onda entre 500 cm-1 e 4000 cm-1, com 16 ciclos de varrimento, onde o branco das amostras consistiu na leitura do espectro de refletância do ar. Por fim, no software Spectrum observaramse as bandas espectrais de cada amostra. Os ensaios de DSC foram efetuados com amostras das mesmas tipologias de monofilamentos, com recurso ao Calorímetro NETZSCH DSC 200F3 e segundo um método baseado na norma ISO 11357. Realizaram-se dois ciclos de aquecimento para cada amostra com o intuito de eliminar a história térmica das amostras no primeiro ciclo. A faixa de temperatura investigada foi entre 30 e 260ºC: as amostras foram aquecidas a 10ºC/min até 260ºC, mantidas a essa temperatura durante 1 minuto (período isotérmico), e arrefecidas a 10ºC/min até 30ºC. Após um novo período isotérmico de 1 minuto, as amostras foram depois novamente aquecidas a 10ºC/min até 260ºC. Os ensaios foram realizados em atmosfera inerte de azoto de 50 ml/min. Cada amostra (4-6 mg) foi pesada e selada numa cápsula de alumínio, sendo que se utilizou uma outra cápsula de alumínio vazia como referência. Ambas as cápsulas se encontravam com a tampa furada para permitir a saída de possível humidade absorvida. Quando terminados os ensaios, foi possível identificar as temperaturas de transição vítrea e de fusão de cada amostra com recurso ao software netzsch proteus analysis . Dado o contexto de utilização, previa-se que os monofilamentos recolhidos seriam compostos por poliamida (PA), uma vez que, tal como já referido, os palangres são compostos, normalmente, por Figura 7 – a) Monofilamento incolor Ø1,85 mm – Tipo A; b) Monofilamento incolor Ø0,85 mm – Tipo B; c) Monofilamento azul Ø1 mm – Tipo C; d) Monofilamento laranja Ø1 mm – tipo D (a) (b) (c) (d) 31 monofilamentos de poliamida 6 (PA6) (comercialmente designada, maioritariamente, por nylon 2 ) quer na linha principal, quer nos estralhos (Cerbule et al ., 2023). Na Figura 8 podem ver-se as bandas espectrais das amostras de monofilamento do Tipo A a D. Não foi possível adicionar no mesmo gráfico a banda espectral referente à PA6 virgem de forma a fazer-se uma comparação direta. No entanto, a base de dados do software utilizado encontrou uma correspondência de 83% (em média) das bandas espectrais das amostras à banda espectral de uma PA6 comercial. No entanto, é difícil distinguir as poliamidas umas das outras através da espetroscopia de infravermelhos (FTIR), uma vez que as diferenças nos espectros das partes não-amida das suas cadeias são muito subtis. Assim, o método DSC foi utilizado como uma técnica para complementar os dados espectroscópicos, visto que os pontos de fusão também podem ser utilizados para distinguir os tipos de PA´s/nylons (Kohan, 1995). 2 Nylon é um termo utilizado comercialmente para designar certos tipos de polímeros pertencentes à família das poliamidas e foi sugerido por Wallace Carothers, um dos primeiros investigadores destes polímeros na Du Pont Chemical Co. of America em 1928 (Bahrami et al., 2021). 0 20 40 60 80 100 120 140 0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 % cm-1 Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Figura 8 – Bandas espectrais amostras A a D 32 No gráfico da figura 9 é visível que os picos de fusão de três das amostras, tipo A, C e D, se encontram entre 210 e 220ºC. (212,7ºC; 216,9ºC; e 215,8ºC respetivamente). No entanto, é possível perceber que uma das amostras, tipo B, atingiu o seu pico de fusão a uma temperatura inferior, 190ºC. Sendo que a temperatura de fusão da poliamida 6 virgem é de 220ºC (Kohan, 1995), pôde concluir-se que é provável que os materiais constituintes das diferentes tipologias de monofilamento estejam aditivados ou se tratem de co-polímeros. Algo que corrobora esta análise é o facto de os monofilamentos de pesca serem, muitas vezes, aditivados com estabilizadores, plasticizadores e lubrificantes ou produzidos com diferentes variedades de nylon que são misturadas em co-polímeros e multi-polímeros para produzir diferentes graus de elasticidade, força, resistência à abrasão e outros atributos importantes para situações de pesca específicas ( Monofilament Fishing Line - Why use monofilament - Berkley® Fishing US . (s.d.). Exemplos destes materiais são algumas poliamidas comercializadas sob o nome comercial Ultramid® ,fornecidas pela BASF, especialmente otimizadas para uso no setor da pesca, como é o caso da Ultramid® B33 SL - uma PA6 de viscosidade média com cristalinidade reduzida para melhor flexibilidade e capacidade de estiramento ligeiramente mais elevada em comparação com uma PA6 padrão - cujo ponto de fusão é de 215ºC, e o caso da Ultramid® C40 L - um grau de copoliamida 6/66 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 050 100 150 200 250 300 DSC/(mW/mg) Temperatura/ºC Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D Figura 9 – Resultados DSC amostras A a D 33 lubrificado e de alta viscosidade, que proporciona um melhor desempenho mecânico (tenacidade, resistência ao nó) e ótico (transparência) - cujo o ponto de fusão é de 188 – 190ºC (Monofilaments, s.d.). As fichas técnicas destes materiais podem ser vistas no Anexo 1. Estas propriedades podem ser essenciais no material utilizado nos estralhos dos palangres, uma vez que estes normalmente são conectados à linha mãe através de nós e que são responsáveis por suportar o anzol, e, por isso, devem ser o menos visíveis possível para as espécies-alvo. Os resultados dos ensaios FTIR e DSC foram fundamentais para a identificação dos materiais em estudo e consequentemente, para a determinação das fases de trabalho que se sucederam e as condições de processamento utilizadas nas mesmas. A título de exemplo, apesar de existir um intervalo de temperaturas de fusão de quase 30ºC entre tipologias de monofilamentos, considerou-se que a separação da tipologia com temperatura de fusão inferior às restantes anteriormente ao processamento não se justificaria e não seria viável, quer manualmente, quer por densidade, visto se tratar de uma poliamida na mesma. No entanto, é necessário ressaltar que foram testadas apenas algumas amostras dos monofilamentos recolhidos, que podem não ser representativas, em termos de constituição, de toda a diversidade de materiais possíveis de encontrar neste tipo de resíduo, e que, por essa razão, os resultados obtidos com as tecnologias referidas servem apenas como base de referência para as condições operatórias a utilizar no processamento dos mesmos, podendo ter de ser ajustadas conforme necessidade. 3.1.3 Poliamidas As poliamidas (PA) são termoplásticos semi-cristalinos normalmente fabricados a partir de matérias-primas derivadas do petróleo. Podem ser produzidos diferentes tipos de PA com base nos produtos químicos utilizados na sua composição (PA 6, PA 66, PA 12 e PA 46, entre outros). Estes são distinguidos através da sua nomenclatura, que está diretamente relacionada com a sua estrutura molecular: o primeiro número representa o número de carbonos na diamina; o segundo número indica o número de carbonos no ácido ou no cloreto de diacila. (Hirschberg & Rodrigue, 2023). As poliamidas são consideradas plásticos de alto desempenho. De um modo geral, apresentam elevada resistência eléctrica e a altas temperaturas. Graças à sua estrutura cristalina, apresentam também uma excelente resistência química. Têm muito boas propriedades mecânicas e de barreira. 34 Estes materiais podem ainda ser facilmente retardados pela chama (Polyamide/Nylon (PA): Uses & Properties, 2023). As poliamidas são ainda altamente higroscópicas. A taxa de absorção de humidade varia de acordo com o tipo de poliamida, da sua percentagem de cristalinidade e morfologia, da temperatura e da humidade relativa. Embora o tempo até ao equilíbrio para pellets padrão em condições ambientais possa ser de várias semanas, a água suficiente para impedir um processamento bem-sucedido pode ser absorvida em menos de uma hora num ambiente quente e húmido (a água absorvida torna o PA propenso à degradação por hidrólise, especialmente a temperaturas mais elevadas durante o processamento) (Kohan, 1995). A humidade absorvida tem ainda uma enorme influência nas variações dimensionais, algo que deve ser tido em conta na conceção das peças. Por fim, por atuar com um plasticizante, a humidade pode ainda aumentar a resistência ao impacto e a flexibilidade do material. As duas PAs mais utilizadas são a PA66 e a PA6, muito utilizadas no fabrico de fibras (indústria têxtil), películas (embalagem), e moldadas por injeção. Entra as suas principais propriedades destacam-se: elevada resistência e rigidez a altas temperaturas; boa resistência ao impacto; muito boa fluidez para um processamento fácil; boa resistência à abrasão e ao desgaste; excelente resistência ao combustível e ao óleo; boa resistência à fadiga; e baixa estabilidade dimensional (Polyamide/Nylon (PA): Uses & Properties, 2023). 3.2 Preparação dos Materiais – Reciclagem mecânica A reciclagem mecânica foi a opção de gestão de resíduos selecionada para explorar neste estudo, cujo objetivo é o desenvolvimento de um produto com matéria-prima produzida a partir da valorização material dos resíduos recolhidos. A Figura 10 mostra as etapas deste processo executadas no estudo em questão. De seguida serão detalhadas cada uma das etapas. Separação e remoção de elementos contaminantes Redução de dimensão -Manual -Automatizada Lavagem -Peneiração -Lavagem automática Secagem Figura 10 – Etapas de preparação do material por reciclagem mecânica 35 3.2.1 Separação e remoção de elementos contaminantes Como já exposto, num processo de reciclagem mecânica, a separação dos resíduos em função do tipo de material que os constitui é aconselhada, para que seja possível um controlo mais facilitado das condições operatórias e uma maior qualidade de propriedades resultantes dos processos de produção das novas matérias e produtos. Assim, a primeira etapa de preparação do material foi relativa à remoção de elementos potencialmente contaminantes do reciclado a desenvolver e prejudiciais para os equipamentos automatizados que se previam utilizar no processo. Apesar dos monofilamentos não se encontrarem envolvidos com outras artes de pesca, apresentavam-se bastante emaranhados e não se revelavam isentos de mistura com outros materiais, visto que possuíam bastantes elementos orgânicos e inorgânicos associados. Nesta fase, que se revelou um pouco intensiva em termos de tempo e mão de obra, removeram-se, com recurso a luvas e a uma tesoura de poda, todos os elementos identificados (Figura 11). 3.2.2 Redução de dimensão Esta fase de trabalho foi dividida em duas partes: -Manual: A redução de dimensão manual ocorreu com recurso a uma guilhotina manual (Figura 12) e antecedeu a redução automatizada, de forma a facilitar e otimizar esse mesmo processo, uma vez que a colocação dos emaranhados de monofilamentos, tal como se encontravam, no triturador disponível Figura 11 – a) Método de remoção dos elementos contaminantes; b) Elemento contaminante removido (a) (b) 36 no Departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade do Minho (DEP) causaria paragens recorrentes no equipamento devido ao emaranhamento dos mesmos nas lâminas de corte. -Automatizada: Para este passo foi utilizado o equipamento GRINDO granulator 20-18/JM (Figura 13), com potência de 1.5 kW e crivo com orifícios de cerca de 4,5 mm do DEP. Este consiste num moinho que processa o material através da exerção de força de cisalhamento. Após entrar no moinho através da boca de alimentação (A), o material passa pela tremonha (B), que o encaminha até à câmara de trituração (C), onde o material é triturado, por corte, através da ação de três lâminas rotativas, até obter um tamanho que o permita passar pelo crivo (D). Este equipamento foi alimentado manualmente, a uma velocidade lenta e controlada, de forma a evitar que o volume de material presente no interior do moinho fosse demasiado elevado, algo que poderia impedir a rotação das lâminas de corte e provocar a paragem do equipamento. Figura 12 – Redução de dimensão com recurso a guilhotina manual A B C D Figura 13 – a) GRINDO granulator 20-18/JM; b) Método alimentação (a) (b) 37 3.2.3 Lavagem Por serem recolhidos do ambiente marinho, os monofilamentos de pesca encontravam-se contaminados por sedimentos como, por exemplo, sal e areia. Assim, este foi um passo essencial para garantir a qualidade do material reciclado. Nesta fase, à lavagem automática antecedeu-se um processo de peneiração. -Peneiração: Após trituração, existiam no recipiente coletor do material triturado do moinho não só frações dos monofilamentos como também algum pó gerado no processo que, para além de alguns sedimentos, poderia conter partículas poliméricas que contaminariam a água utilizada no processo de lavagem automática. O material foi, então, peneirado com recurso a um coador de cozinha, com uma malha bastante fina (Figura 14). -Lavagem automática: Após trituração, recorreu-se a uma máquina de lavar roupa caseira para executar a lavagem dos resíduos, dado que se considerou que os movimentos circulares do sistema de lavagem de uma máquina de lavar roupa proporcionariam um nível suficiente de fricção entre os fragmentos para causar a libertação dos sedimentos da superfície dos mesmos. O material triturado foi colocado num saco tipicamente utilizado para proteção de roupas delicadas aquando da sua lavagem (figura 15), de forma a impedir que os fragmentos fossem expelidos juntamente com a água pelos furos do tambor interno, evitando, assim, perda de material e contaminação da água com elementos poliméricos. A malha do saco foi escolhida de acordo com esta premissa e de forma a permitir, simultaneamente, que a água chegasse perfeitamente ao interior. Figura 14 – Coador de cozinha com malha fina 38 Foi utilizado um programa de lavagem com duração de uma hora e cuja temperatura da água se encontrava a 30ºC. Não foram adicionados quaisquer detergentes à lavagem. 3.2.4 Secagem Como mencionado anteriormente, as poliamidas são altamente higroscópicas. Assim, é necessário que estas passem por um processo de secagem a fim de garantir um processamento bemsucedido. Para proceder à secagem do nylon, é necessário provocar a difusão e a evaporação da água presente nas suas partículas. A difusão para a superfície é conseguida através do aumento da temperatura do nylon; já a evaporação dá-se com o aquecimento da atmosfera que circunda as partículas, a redução da sua humidade relativa e o fornecimento de um fluxo de ar que permita o afastamento da humidade da superfície do nylon. No entanto, quando demasiado elevada, a temperatura de secagem na presença de ar pode provocar amarelecimento oxidativo no material. Assim, é necessário estabelecer a temperatura de secagem de acordo com o material a secar. A maioria dos fabricantes de nylon recomenda uma temperatura máxima do ar de 80ºC para a sua secagem (Kohan, 1995). A secagem do material em questão ocorreu imediatamente antes da realização dos ensaios, numa estufa de convecção Binder FD 115, a 80ºC durante 8 horas. As bandejas com material foram dispostas com alguma distância umas sobre as outras de forma a garantir que o ar quente circulava e secava o material que se encontrava dentro das mesmas. Figura 15 – a) Saco utilizado para lavagem automática; b) Malha exterior; c) Malha interior (a) (b) (c) 45 Assim, e visto que na atividade industrial, um dos principais objetivos é produzir peças no mais curto intervalo de tempo possível para assegurar a competitividade económica, decidiu-se realizar o Ensaio nº1 com uma temperatura dos pratos da prensa de 240ºC, a fim de diminuir o tempo de préaquecimento necessário para estabilização da temperatura dos pratos a uma temperatura suficiente para a fusão do material quando sob pressão (cerca de 220ºC). De seguida, no Ensaio nº2, pretendeu-se verificar a influência da diminuição da temperatura dos pratos da prensa para 220ºC, no material resultante. Como é evidente na Tabela 6, esta alteração implicou a alteração do valor de outra variável, o tempo de pré-aquecimento. No Ensaio nº3, o objetivo foi aferir a influência que realizar a etapa III do procedimento experimental e aumentar a temperatura dos pratos das prensas para 225ºC teria no parâmetro “tempo de pré-aquecimento” (com material). Como expectável, o tempo de estabilização de temperatura (a cerca de 220ºC) diminuiu. Para além disso, estudou-se ainda as consequências da diminuição do tempo de moldação sob pressão para 1,5 minutos. No Ensaio nº4, a variável alterada em relação ao ensaio anterior foi a “temperatura de arrefecimento”, isto porque se pretendia aferir se o aumento da mesma teria consequências visíveis no material, uma vez que, na teoria, a taxa de arrefecimento pode ter influência nas propriedades óticas do material: Segundo Ferreira (2017), as propriedades físicas e mecânicas das poliamidas são influenciadas pelo grau de cristalinidade do polímero, que, por sua vez, é afetado por algumas condições de processamento, como a taxa de arrefecimento. A poliamida 6, por exemplo, quando arrefecida lentamente, pode atingir entre 50 a 60% de cristalinidade, enquanto quando arrefecida de forma rápida, em peças com baixas espessuras, o grau de cristalinidade pode rondar os 10%. Isto deve-se ao facto de ser necessário um certo tempo para que as cadeias moleculares se aproximem e se alinhem umas em relação às outras (Callister & Rethwisch, 2016, citados por Ferreira, 2017) e comecem a formar cristalinos (pequenas regiões de regularidade). Assim, a temperatura na qual o molde é mantido desempenha um papel fundamental no processamento de materiais poliméricos, especialmente polímeros semicristalinos, visto que regula a troca de calor entre o polímero e o molde, influenciando, por fim, o processo de cristalização (Fornes & Paul, 2003; Harada, 2004, citados por Ferreira, 2017). 46 O aumento da cristalinidade de um polímero tem impacto direto em várias propriedades. Entre elas, o aumento da rigidez, da tensão de rutura, da densidade, da estabilidade dimensional e a aparência mais opaca (Klata et al ., 2003). No caso das poliamidas, a absorção de água após processamento diminui o grau de cristalinidade, que, por conseguinte, reduz a rigidez e resistência mecânica do polímero. No entanto, isso aumenta a sua resistência ao impacto e a tenacidade (Novello, 2010; WIebeck & Harada, 2005, citados por Ferreira, 2017). Por fim, no último ensaio, Ensaio nº5, estudou-se um tipo de composição que não havia ainda ter sido testado, a fim de se retirar algumas conclusões acerca das consequências resultantes de se moldar simultaneamente materiais com um intervalo de temperatura de fusão de cerca de 30ºC. Como já havia sido referido, a separação dos monofilamentos por tipologia não é viável, logo o material não será produzido com este tipo de composição aquando da produção das peças que farão parte do produto final. 3.4 Caracterização Mecânica do Reciclado Com os ensaios mecânicos pretende-se aferir o comportamento do material sob alguns tipos de tensão, de modo a conhecer-se os seus modos de falha - algo fundamental a ter em consideração na idealização do produto que terá o material desenvolvido na sua composição. No entanto, visto que nem sempre será possível produzir cada tipologia de composição do material com as mesmas tipologias e percentagens de monofilamentos utilizadas nos ensaios acima descritos (uma vez que se está dependente dos resíduos recolhidos) e visto que esse aspeto irá afetar as propriedades mecânicas resultantes, o principal objetivo da realização destes ensaios é, na verdade, aferir qual das composições do material possui melhores propriedades mecânicas e, posteriormente, identificar qual se adequará melhor à aplicação. Desta forma, os resultados serão indicativos da influência de uma maior presença de monofilamentos coloridos e das algas marinhas. Foram realizados ensaios de tração, flexão e impacto fundamentais, uma vez que foram efetuados numa peça normalizada e não no produto acabado. Como já referido, o material foi moldado explorando quatro tipos de composições diferentes. No entanto, aos ensaios mecânicos foram submetidos unicamente provetes cortados a partir das placas 47 resultantes do Ensaio nº 3, onde foram explorados apenas três tipos de composição: tipo 1,2 e 3. Isto deve-se ao facto de o tipo de composição 4 ter sido explorado apenas para se retirarem certas conclusões teóricas para o estudo, como supramencionado. Apesar de as placas resultantes do Ensaio nº3 não serem de arrefecimento lento, o que teoricamente resultaria em melhores propriedades mecânicas do material, considerou-se que poderiam ser utilizadas para executar os ensaios mecânicos, visto que a absorção de humidade acaba por diminuir um pouco o efeito conseguido com o arrefecimento lento (Novello, 2010; WIebeck & Harada, 2005, citados por Ferreira, 2017) e que o principal objetivo era conseguir comparar as diferentes composições entre si, o que implica que estas estejam em igualdade de condições (ex: serem produzidas no mesmo dia). De ressaltar que o material foi submetido a ensaios mecânicos após 2 meses da sua produção, visto que se pretendia avaliar o seu comportamento apenas quando o teor de humidade absorvido pelo mesmo se aproximasse do que se verificará aquando do seu uso. 3.4.1 Ensaio de Tração A realização dos ensaios de tração às três tipologias de composição do material reciclado procedeu-se de acordo com a norma ASTM D 638 - 03_Tensile Properties of Plastics. Quanto a equipamentos, recorreu-se à máquina universal de ensaios mecânicos Zwick/Roell Z005 do DEP e a um paquímetro digital. Por se tratar de um material moldado por moldação por compressão sob a forma de uma placa retangular de 3 mm de espessura, foi necessária uma preparação prévia dos provetes a submeter ao ensaio. A fim de se simplificar o processo de obtenção dos corpos de prova a partir das placas moldadas (e visto que para se comparar as tipologias de composição entre si basta que estas se encontrem nas mesmas condições), optou-se por não cortar os provetes em forma de altere. Para a realização dos ensaios foram utilizados provetes com a geometria e dimensões ilustradas na Figura 19. 48 A velocidade de deslocamento das garras utilizada no ensaio foi de 50 mm/min e as garras da máquina encontravam-se separadas por uma distância de 60 mm. Foram realizados oito ensaios para cada condição estudada. 3.4.2 Ensaio de Flexão A realização dos ensaios de flexão às três tipologias de composição do material reciclado seguiu a metodologia imposta na norma ASTM D 790 – 03 Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics . Os ensaios foram realizados na máquina universal de ensaios mecânicos INSTRON 5969 do Departamento de Engenharia de Polímeros da Universidade do Minho, e foi utilizado o método de flexão de três pontos. À semelhança do sucedido nos ensaios anteriores, foi necessária uma preparação dos provetes para que pudessem ser submetidos ao ensaio. Para tal, recorreu-se a uma serra de fita e a um paquímetro. Após realizadas as marcações da geometria normalizada – secção retangular de 127 mm de comprimento e 12,7 mm de largura - nas placas moldadas com 3 mm de espessura, realizou-se o corte dos provetes com recurso à serra de fita (Figura 20a). Foram cortados seis corpos de prova para cada condição a estudar. Após o corte, estes apresentavam rebarbas de material nas zonas onde o material entrou em contacto com a serra (Figura 20b). Estas foram removidas com recurso a uma espátula plástica para que os resultados dos ensaios não fossem comprometidos, dado que as rebarbas poderiam afetar a estabilidade do provete nos pontos de suporte. 3 mm 20 mm 118 mm Figura 19 – Geometria e dimensões provetes ensaio de tração 49 A distância entre os dois pontos de suporte inferiores era de 51 mm. A velocidade de deslocamento do terceiro ponto utilizada no ensaio foi de 2 mm/min. Este ponto deslocou-se a uma distância máxima de 6 mm (distância à qual o provete perdia o contacto com os dois pontos de apoio base). Na Figura 21 encontram-se registos fotográficos retirados no decorrer de um dos ensaios de flexão. Figura 21 – a) Vista geral ensaio; b) Vista aproximada ensaio Figura 20 – a) Corte dos provetes com recurso à serra de fita; b) Provetes ainda com rebarbas (a) (b) (a) (b) 50 3.4.3 Ensaio de Impacto A resistência ao impacto de um material pode ser determinada com um ensaio Charpy ou Izod. No presente estudo, as três tipologias de composição do material reciclado foram submetidas a um ensaio de impacto Izod. Para a execução dos ensaios foram necessários equipamentos como um entalhador em forma de “v”, um Pêndulo de Impacto CEAST (Figura 22) e um paquímetro digital. Tal como se sucedeu nos ensaios anteriores, os corpos de prova foram obtidos a partir das placas moldadas no Ensaio nº3. Tendo em conta a geometria padronizada pela norma ASTM D 256-04, estes foram cortados de igual forma e com as mesmas dimensões dos provetes utilizados nos ensaios de flexão - secção retangular de 127 mm de comprimento, 12,7 mm de largura e 3 mm de espessura. De seguida, foi necessário realizar o entalhe em “v” na região central de cada um, conforme indica a norma. Para tal, colocou-se o provete centrado na base do entalhador e foi-se movendo a fresa em direção ao mesmo, até que o micrómetro indicasse 2,54 mm. Ao todo, este processo repetiu-se 15 vezes, uma vez que foram submetidos a ensaio cinco corpos de prova de cada condição a estudar. Cada ensaio foi realizado seguindo a seguinte metodologia: I. Realização de um ensaio sem provete para determinação da resistência do pêndulo (valor a ser retirado ao resultado de cada ensaio realizado); II. Medição da largura e espessura dos seis provetes de cada tipologia a estudar na região central; III. Colocação do corpo de prova no suporte com o entalhe virado para a zona de embate do pêndulo; IV. Libertação do pêndulo e registo do valor de energia absorvida no processo de rotura do provete. V. Tratamento dos resultados obtidos De referir que a etapa IV e V não foram possíveis de realizar, como será, posteriormente, explicado. 51 3.5 Reprocessamento – Averiguação de potencial de contribuição para economia circular A reciclagem de artes de pesca perdidas ou em fim de vida não representa diretamente uma contribuição para a economia circular marítima. Tal só se verifica quando os produtos resultantes da reciclagem são concebidos para ter, novamente, potencial de reciclagem após o seu período de vida útil (Stolte & Schneider, 2018). Assim, um dos fatores a ter em conta na identificação da tipologia de composição do reciclado mais indicada a utilizar no produto a conceber, para além das propriedades mecânicas, foi o potencial de poderem ser novamente recicladas. Para avaliar isso mesmo, voltou-se a triturar e secar (a 80ºC durante 8h) o material das placas, compostas pelos três tipos de composição, para que estivessem aptas para um novo ciclo de moldação por compressão. Sabia-se que ao executar este processo com placas que não incorporaram qualquer produto, as conclusões retiradas não seriam representativas do verdadeiro potencial de voltar a ser reciclado, isto Figura 22 – Realização de um ensaio no Pêndulo de Impacto CEAST 52 porque este não foi exposto a esforços, condições atmosféricas e outro tipo de agentes que podem afetar as suas propriedades durante um novo ciclo de vida. Desta forma, executar ensaios mecânicos após reprocessamento também não se justificaria. Acerca da forma como o reprocessamento pode afetar as propriedades mecânicas da poliamida, sabe-se que o processo repetitivo de fusão pode causar uma degradação severa do nylon, resultando na deterioração de todas as suas características. Estudos mostram que o Nylon 6 virgem pode ser reprocessado até sete vezes sem afetar suas qualidades físico-mecânicas ou morfologia, sendo que a única diferença observada entre processos é a cor. No entanto, no caso dos resíduos de nylon pósconsumo o comportamento pode ser diferente principalmente pelo facto da poliamida se encontrar combinada com outros materiais (Lozano-Gonzalez et al ., 1999 citado por Tonsi et al ., 2023) Os resultados deste processo são, desta forma, apenas úteis para perceber algumas diferenças visuais entre um primeiro e um segundo processamento do material, um aspeto que pode condicionar as opções de reaplicação do material. As condições de processamento utilizadas para o reprocessamento do material foram as mesmas utilizadas no Ensaio nº3, sendo que as composições tipo 1 e 2 foram reprocessadas conjuntamente (Figura 23a, enquanto a composição tipo 3 foi reprocessada individualmente (Figura 23b). . Figura 23 – a) Material composição tipo 1 e 2 triturado; b) Material composição tipo 3 triturado; c) Pormenor material composição tipo 3 triturado (a) (b) (c) 53 3.6 Pósprocessamento (união de peças) Quer pelo facto de as peças resultantes de um processo de moldação por compressão serem limitadas pelas dimensões dos moldes e equipamentos onde são produzidas (isto é, por não se conseguir realizar uma produção contínua de vários metros, tal como acontece num processo de extrusão, por exemplo), quer pelo facto de, por vezes, o design de um produto exigir ligações entre partes, decidiu-se, nesta fase de trabalho, explorar uma forma de unir diferentes partes moldadas com o material reciclado criado. A seleção do método correto para unir componentes plásticos pode ser uma tarefa complexa dado design das peças e a variedade de processos existentes para o efeito. Segundo Kohan (1995), os métodos de montagem geralmente utilizados para resinas termoplásticas, como o nylon, podem ser agrupados em quatro categorias amplas: soldagem (processos ultrassónicos, de vibração, de rotação, de placa quente e electromagnéticos); mecânicos (fixadores roscados, inserções, encaixes de pressão); forjagem (deformações mecânicas que podem ser realizadas "a frio", mas utilizam frequentemente calor ou energia ultra-sónica para amolecer o plástico antes da deformação; união com solventes ou adesivos (colagem). Decidiu-se testar o método de soldadura por ultrassons, com recurso ao equipamento iQ Series Hand Held Ultrasonic Welding Systems (Figura 24). A Soldadura por Ultrassons (SUS), trata-se de um processo de união de materiais conseguida através da vibração de alta frequência dos materiais a unir e aplicação de pressão. Este método diferencia-se de outros processos de união por não requerer adição de material de adesão, sendo assim um método limpo e livre de poluição. A SUS converte energia elétrica em movimentos mecânicos de alta frequência, resultando na geração de fricção na zona onde se pretende realizar a união. Esta fricção resultante, leva a um aumento de temperatura nessa área fazendo, consequentemente, com que os materiais em contacto fundam e haja uma união molecular entre os mesmos. (Jones, 2013, citado por Lopes, 2022). Para garantir sucesso no processo de soldadura, é essencial atentar aos seguintes parâmetros de funcionamento da máquina: força; frequência de vibração; energia; amplitude; distância de soldadura; e tempo de soldadura. De um modo geral, estes parâmetros devem ser definidos de acordo com o material e secção a soldar. Quando mal dimensionados podem levar a uma união fraca ou a uma deformação plástica excessiva do material. 54 Neste processo de soldadura, normalmente o sonotrodo (peça que transmite a vibração), entra em contacto com apenas um dos materiais a serem soldados pois as peças são soldadas encontrandose sobrepostas (Lopes, 2022). No entanto, neste estudo pretendeu-se explorar a viabilidade de soldar duas peças lado a lado de forma a perceber-se se esta poderia ser uma via de aumento de área de material disponível para criação de peças inteiras. Realizaram-se testes com um sonotrodo com forma em degrau e extremidade circular (Figura 24 e 25a) e testes com um sonotrodo de lado reto e extremidade retangular (Figura 24 e 25b), com o objetivo de aferir qual o mais indicado para a soldadura lado-a-lado das placas de reciclado de 3mm a nível de resistência e de acabamento visual. Para além disso, executaram-se testes onde se soldou apenas de um lado da junção das peças a unir e testes onde se soldou em ambos os lados. Figura 24 – a) iQ Series Hand Held Ultrasonic Welding Systems; b) Sonotrodos forma em degrau; c) Sonotrodo lado reto (a) (b) (c) (a) (b) Figura 25 – a) Teste com sonotrodo de degrau e extremidade circular; b) Teste com sonotrodo extremidade retangular 61 Do Ensaio nº1 resultaram placas onde foi percetível que o conjunto de condições de processamento utilizado assegurou o preenchimento total da cavidade do molde. No entanto, apesar da elevada temperatura utilizada, os monofilamentos do tipo C e D não fundiram totalmente, tendo mantido a sua geometria quase intacta (perceptível nas placas tipo 1 e 2), o que pode indicar a presença de monofilamentos não caracterizados anteriormente na mistura ou algum erro na realização dos testes DSC. No entanto, como é visível, estas placas assumiram uma coloração bastante amarelada. Isto deve-se, muito provavelmente, à oxidação do material gerada pelas elevadas temperaturas (cerca de 50ºC acima do ponto de fusão dos monofilamentos tipo B e cerca de mais de 20ºC acima do ponto de fusão dos monofilamentos do tipo A) e tempos de ciclo utilizados no processo de fusão (Kohan, 1995). Isto porque, apesar de se ter decidido realizar o Ensaio nº1 com uma temperatura inicial de 240ºC, a fim de diminuir o tempo de pré-aquecimento necessário (para estabilização dos pratos da prensa a uma temperatura suficiente para a fusão do material quando sob pressão - cerca de 220ºC), quando o molde, à temperatura ambiente, foi colocado entre os pratos da prensa, a temperatura dos mesmos baixou apenas 8ºC. Ao fim dos 2 min de pré-aquecimento a temperatura encontrava-se ainda a 232ºC, sendo que foi a essa temperatura que se iniciou a moldação sob pressão do material. Ao fim dos 2 min de moldação sob pressão a temperatura dos pratos da prensa já se encontrava bastante próxima dos 240ºC (238ºC). Por fim, não foram observados quaisquer sinais de degradação nas algas marinhas utilizadas na placa de composição tipo 3. Considerou-se que coloração das mesmas contrasta com o material, criando um visual bastante interessante. No Ensaio nº2, pretendeu-se verificar a influência da diminuição da temperatura dos pratos da prensa para 220ºC. Esta alteração resultou num maior tempo de aquecimento e estabilização da temperatura do molde, inicialmente à temperatura ambiente, à temperatura pretendida (4 min de préaquecimento). É percetível que existiu, tal como no ensaio anterior, oxidação do material, visto que a coloração da placa resultante era bastante amarelada. Assim, concluiu-se que a diminuição da temperatura não apresenta qualquer influência positiva nas propriedades óticas do material resultante se esta implicar o aumento do tempo de pré-aquecimento do molde com o material no seu interior. 62 A partir do Ensaio nº3, o material passou a ser colocado no molde apenas quando este já se encontrava pré-aquecido durante 5 min (tempo necessário para este atingir uma temperatura de 225ºC), o que, teoricamente, faria com que a estabilização da temperatura do molde preenchido a 225ºC ocorresse mais rapidamente, visto a diferença de temperatura entre os pratos da prensa e molde ser menor. Observou-se que essa situação ocorreu – o tempo de pré-aquecimento diminuiu significativamente relativamente ao ensaio anterior. Após moldação e arrefecimento foi possível perceber que o material (tipo A e B) fundiu completamente, preenchendo na perfeição a cavidade do molde. As placas, independentemente da sua composição, apresentavam uma coloração bastante mais clara, comparativamente às do Ensaio nº1 e nº2. Contudo, a coloração não era 100% uniforme em toda a área das placas, visto que existiam zonas um pouco mais escuras que as restantes. A fim de perceber se esta coloração não uniforme se devia a uma má distribuição do material aquando da sua colocação no molde (as superfícies irregulares e a heterogeneidade de tamanhos dificultam o processo), ou a uma cristalização parcial do material em certas zonas, tornando-as mais opacas, no Ensaio nº4, a variável alterada em relação ao ensaio anterior foi a “temperatura de arrefecimento”. Na placa resultante do Ensaio nº4 não foi identificada uma diferença significativa que justificasse o aumento da temperatura de arrefecimento na produção das placas de reciclado a incorporar o produto final. As zonas de diferentes colorações continuaram a ocorrer, o que indica que este aspeto se deve à distribuição do material no molde. Por fim, no último ensaio, Ensaio nº5, estudou-se um tipo de composição que não havia ainda ter sido testado, tipo 4, a fim de se retirar algumas conclusões acerca das consequências resultantes de se moldar simultaneamente materiais com um intervalo de temperatura de fusão de cerca de 30ºC entre si. Verificou-se que a ausência de monofilamentos tipo B em grande quantidade na mistura de monofilamentos a moldar resulta numa coloração ainda mais clara do que a previamente conseguida, concluindo-se que a moldação dos monofilamentos do tipo B a uma temperatura 30ºC acima do seu ponto de fusão causa uma ligeira oxidação nos mesmos. De salientar que em todos os ensaios, as placas resultantes continham “marcações” que, à primeira vista poderiam parecer bolhas de ar no interior do material. Este aspeto torna-se mais percetível 63 quando as placas são expostas a uma maior quantidade de luz. As figuras da Tabela 10, relativas às placas resultantes do Ensaio nº3, evidenciam isso mesmo. Tabela 10 – Placas resultantes do Ensaio nº3 expostas a luz natural A fim de se aferir se estes elementos se tratavam de porções de material não fundido ou de presença de ar, realizou-se um ensaio extra, utilizando um espaçador com as seguintes dimensões: 110 x 120 x 0,7 mm. As condições de processamento adotadas neste ensaio foram as mesmas utilizadas no Ensaio nº3. A baixa espessura do material reciclado resultante permitiu perceber que se tratavam, efetivamente, de porções de material não fundido, apenas prensado, como pode ver-se na Figura 29. Ensaio nº3 Placa exposta a luz natural (janela) Vista de pormenor Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 64 Este aspeto volta a sublinhar a heterogeneidade de monofilamentos presentes nas misturas de resíduos recolhidos e a dificuldade em utilizar condições de processamento que sejam adequadas tendo em conta os intervalos de fusão. 4.3 Caracterização Mecânica do Reciclado Neste subcapítulo serão apresentados e analisados os resultados dos ensaios de tração, flexão e impacto efetuados às três tipologias de composição do material reciclado produzido por moldação por compressão. Importa, de novo, salientar que os ensaios foram realizados após 2 meses da produção das placas das quais foram retirados os corpos de prova, uma vez que se pretendia ficar a conhecer o comportamento do material nas condições de utilização. Por essa razão, os valores devem ser analisados tendo em consideração a absorção de humidade ocorrida nesse tempo. 4.3.1 Ensaio de Tração As curvas tensãodeformação resultantes dos ensaios de tração realizados às três tipologias de composição das placas moldadas podem ser analisadas no Anexo 2. Após cálculo da média dos oito ensaios realizados para cada condição a estudar e de forma a poder realizar-se uma comparação mais direta, os dados relativos à tensão e deformação máximas e módulo de elasticidade dos três tipos de composição das placas produzidas quando submetidos a esforços de tração encontram-se representados nos gráficos das Figuras 30, 31 e 32. Figura 29 – Material reciclado tipo 1 moldado na espessura de 0,7 mm 65 Figura 30 - Resultados de tensão máxima em ensaios de tração Figura 31 - Resultados de deformação máxima em ensaios de tração Figura 32 – Resultados Módulo de Elasticidade em ensaios de tração 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 σM [MPa] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 εM [%] 0 20 40 60 80 100 120 140 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 E, módulo de elasticidade [MPa] 66 Analisando os gráficos da Figura 30 e 31, é possível perceber que as propriedades mecânicas dos reciclados produzidos com a tipologia de composição 1 e 2 são superiores às propriedades do material das placas produzidas com o tipo de composição 3, visto que conseguiram suportar uma maior tensão e deformação antes da sua rutura. Em termos de tensão máxima, estes suportaram, em média 17,5 MPa (tipo 1), 17,7 MPa (tipo 2), e 12,5 MPa (tipo 3). Já em relação à deformação máxima atingida, os valores foram de 34,8%, 34,1% e 24,7 % respetivamente. Passando à análise do gráfico da Figura 32, onde se encontram os dados relativos ao módulo de elasticidade médio de cada composição, pode concluir-se que a mesma tendência se verifica: o material moldado com o tipo de composição 1 e 2 apresentam valores mais elevados e muito semelhantes (104,4 e 107,2 MPa, respetivamente) enquanto o tipo de composição 3 apresenta um valor bastante inferior (77,1 MPa). Considera-se que estes resultados podem dever-se ao facto de as algas (presentes no tipo de composição 3) poderem impedir a homogeneização/ união molecular do material polimérico em certas zonas dada a sua presença nesse local, tornando o material menos resistente à tração e mais suscetível a deformações sob carga (mais flexível). Por fim, por ser evidente, em todas as curvas tensão-deformação resultantes do ensaio de tração, a presença de deformação plástica na região pós-limite de elasticidade e pela superfície de fratura exibir características de estricção (estreitamento antes da fratura) e irregularidade, concluiu-se, ainda, que o material reciclado criado se trata de um material dúctil, independentemente da sua composição (Figura 33). De ressaltar que não se cumpriu a geometria padronizada para os corpos de prova deste tipo de ensaios e que, por essa razão, estes valores serão utilizados apenas como método de comparação entre composições. 67 Figura 33Ensaios de tração: a) Composição tipo 1; b) Composição tipo 2; c) Composição tipo 3 4.3.2 Ensaio de Flexão Considerando o facto de que o terceiro ponto se deslocou a uma distância máxima de 6 mm (distância à qual os provetes perdiam o contacto com os dois pontos de apoio base e que delimitava, por esse motivo, até quando os valores do ensaio seriam válidos), não é possível fazer uma análise acerca da máxima tensão que o material, nas diferentes composições, conseguiu suportar antes de ocorrer rutura durante o ensaio de flexão, nem tão pouco acerca da quantidade de deformação que ocorreu no mesmo. Assim, a análise recairá apenas sobre o módulo de elasticidade na flexão. Após cálculo da média dos seis ensaios realizados para cada condição a estudar, reuniram-se os dados relativos ao módulo de elasticidade dos três tipos de composição de placas quando submetidos a esforços de flexão no gráfico da Figura 34. Verificou-se que o módulo de elasticidade na flexão denota, no material reciclado, independentemente da sua composição, uma maior capacidade de retornar à sua forma original após ser submetido a uma deformação elástica do que aquela calculada nos ensaios de tração (módulo de elasticidade mais elevado). Concluiu-se, assim, que apesar de teoricamente ser uma propriedade intrínseca dos materiais, independentemente do tipo de esforço ao qual é submetido, o módulo de elasticidade do reciclado apresenta variações em função do mesmo, sendo o valor determinado nos testes de flexão (327,5 MPa (a) (b) (c) 68 – tipo 1; 321,8 MPa – tipo 2; 296,3 MPa – tipo 3) bastante superiores ao determinado nos ensaios de tração. Este facto pode dever-se não só ao não cumprimento da geometria padronizada para os corpos de prova como também à ocorrência de escorregamento dos mesmos nas amarras durante o ensaio de tração. Por fim, verifica-se que os desvio-padrão são mais elevados nos ensaios de tração, o que pode evidenciar, mais uma vez, uma maior precisão nos ensaios de flexão. Figura 34 - Resultados Módulo de Elasticidade à flexão 4.3.3 Ensaio de Impacto Como referido no Subcapítulo 3.4.3, as etapas de registo do valor da energia absorvida no processo de rotura do provete e de tratamento dos resultados obtidos não puderam ser realizadas. Isto deve-se ao facto de nenhum dos corpos de prova ter sido levado à rutura quando submetidos a esforços de impacto. Na Figura 35 pode ver-se um registo representativo daquilo que se sucedeu à libertação do pêndulo em cada um dos 15 ensaios realizados (cinco para cada condição a estudar), registo esse que corrobora a informação acima descrita. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 Tipo 1 Tipo 2 Tipo 3 E, módulo de elasticidade [MPa] 69 Figura 35 – Ensaio de Impacto – material não partiu Sabe-se que a energia absorvida no ensaio de impacto Izod permite retirar conclusões diretas acerca da tenacidade do material em estudo. Materiais mais tenazes absorverão mais energia antes de fraturar, enquanto materiais menos tenazes terão uma absorção de energia menor. Assim, pode dizerse que materiais que não partem ou apresentam uma alta resistência ao impacto durante o ensaio Izod fazem parte do grupo de materiais que possui características de tenacidade superiores. As poliamidas, especialmente as aditivadas para tal, como é o caso da Ultramid® C40 L - um grau de copoliamida 6/66 lubrificado e de alta viscosidade, que proporciona um melhor desempenho mecânico (tenacidade, resistência ao nó) e ótico (transparência) (Monofilaments, s.d.) são exemplos de materiais pertencentes a esse grupo. Como exposto anteriormente, no caso das poliamidas, a absorção de água após processamento aumenta a sua resistência ao impacto e a tenacidade (Novello, 2010; WIebeck & Harada, 2005, citados por Ferreira, 2017). 70 4.4 Reprocessamento As placas moldadas após reprocessamento do material reciclado de composição tipo 1 e 2 (conjuntamente) e tipo 3 (separadamente) encontram-se representadas na Figura 36. Após análise das mesmas, concluiu-se que apenas o material de composição tipo 1 e 2 apresenta condições, a nível de aspeto visual, para ser reprocessado, apresentando potencial de contribuição para uma economia circular de artes de pesca apesar de se denotar algum escurecimento no material comparativamente às placas moldadas com apenas um ciclo de processamento. Considerou-se que o material moldado com composição tipo 3 não apresenta condições para ser reprocessado visto que as algas que fazem parte da composição, ao passarem pela fase de trituração, adquirirem o formato de partículas que acabaram por se depositar, em maior número, numa das faces da placa moldada, dando origem a um aspeto visual que se considera condicionar bastante as opções de reaplicação do material. Figura 36Placas reprocessamento: a) composição tipo 1 e 2 (conjuntamente); b) composição tipo 3 (separadamente) Tendo em conta os resultados obtidos nesta fase e na anterior (caracterização mecânica) decidiu desconsiderar-se o tipo de composição 3 como opção de material a incorporar no produto a desenvolver. Resolveu-se ainda optar por deixar que a percentagem de monofilamentos C e D ocorresse ao acaso na moldação de placas para a produção do mesmo, visto que em certos parâmetros e propriedades ( deformação máxima atingida) o tipo de composição 1 (98% monofilamentos tipo A e B; 2% monofilamentos tipo C e D) obteve resultados mais favoráveis e noutros (tensão máxima e módulo de elasticidade) o tipo de composição 2 (90% monofilamentos tipo A e B; 10% monofilamentos tipo C e D) obteve melhor desempenho. (a) (b) 77 Figura 45 – Modelo eco-cabana Azores EcoBlue – interior ( screenshot reproduzido de Nieta da Ponte Rocha, 2022) Figura 46 – Modelo eco-cabana Azores EcoBlue – a) separação sala de estar/sala de jantar e escritório; b) separação sala de estar/deck exterior ( screenshots adaptados de Nieta da Ponte Rocha, 2022) Após identificada e aprovada a oportunidade, é necessário definir-se mais pormenorizadamente o projeto de forma a deixar claro as restrições e objetivos gerais do mesmo antes de se passar ao desenvolvimento de conceitos. Estes são formalizados numa declaração de missão ( mission statement ) (Ulrich & Eppinger, 2015). Na Tabela 11 encontra-se a declaração de missão relativa ao projeto do separador de ambientes a ser criado. (a) (b) 78 Tabela 11 – Mission Statement : Separador de ambientes Descrição do Produto Separador de ambientes produzido com materiais recuperados do mar dos Açores. Proposta de benefício -Otimização e adornamento do espaço interior da eco-cabana, valorizando o mesmo. -Valorização material de artes de pesca descartadas; Principais objetivos “empresariais”: -Acrescer valor ao projeto; -Concluído em 2024. Mercado principal Projeto Azores EcoBlue. Mercado secundário -Moradores de casas cujos espaços necessitam de ser separados/otimizados; -Showrooms/ lojas. Pressupostos e restrições -Inclusão do material reciclado desenvolvido na sua composição; -Dimensões gerais adaptadas às dimensões da sala de estar/jantar da ecocabana; -Sustentabilidade (programar todo o ciclo de vida). Partes interessadas -Projeto Azores EcoBlue; -Produtores; -Hóspedes/utilizadores da eco-cabana; -Mercado secundário; 5.2 Desenvolvimento de conceitos Na fase de desenvolvimento de conceitos, são identificadas as necessidades do mercado-alvo, a fim de gerar vários conceitos de produtos que proponham solução às mesmas. Um ou mais conceitos são posteriormente selecionados para serem desenvolvidos com mais pormenor e testados (Ulrich & Eppinger, 2015). Esta fase engloba várias etapas de trabalho, nomeadamente as que se seguem. 5.2.1 Identificação das necessidades dos clientes O objetivo desta atividade é compreender, hierarquizar e ponderar a importância das necessidades dos clientes. No caso, a oportunidade de se desenvolver o Separador de Ambientes surgiu de um contacto direto com o cliente, a empresa Nieta Atelier, responsável pela conceção do showroom . Assim, as restantes necessidades foram facilmente identificadas uma vez que não se teve de aferir as mesmas junto de um conjunto heterogêneo de eventuais consumidores, mas sim junto da principal parte 79 interessada, permitindo uma maior personalização da abordagem de identificação das suas necessidades. O resultado da fase de recolha de dados relativos às necessidades dos clientes é um conjunto de dados em bruto, normalmente sob a forma de depoimentos dos mesmos. Na Tabela 12 pode ver-se o modelo utilizado para organizar estes dados em bruto. A primeira coluna corresponde à pergunta ou estímulo utilizado para suscitar os dados do cliente; a segunda coluna agrupa as declarações literais feitas pelo cliente; e, por fim, a terceira coluna contém as necessidades do cliente implícitas nos dados brutos. Tabela 12 – Modelo levantamento de necessidades dos clientes Pergunta/estímulo Declarações Necessidade Interpretada Aspetos a incluir Harmonia com o espaço/ambiente O separador de ambientes adequa-se ao espaço em que se insere. Ser prático (por exemplo, dar para mudar de sítio) O separador de ambientes pode ser movido. Aspetos a excluir Não pode sacrificar a amplitude do espaço O separador divide os ambientes sem prejudicar a sua amplitude. Não bloquear a passagem dos hóspedes entre ambientes; O separador permite a livre circulação dos hóspedes entre ambientes. Não pode cair facilmente O separador é estável e seguro. Considerou-se que, numa escala de 1 a 5, onde 1 - atributo indesejável e 5 - atributo crítico, todos os atributos interpretados têm importância máxima na conceção do produto. Esta informação encontra-se resumida na Tabela 13. Tabela 13 – Importância de cada necessidade identificada No. Necessidade Importância 1 O separador de ambientes adequa-se ao espaço em que se insere. 5 2 O separador de ambientes pode ser movido. 5 3 O separador divide os ambientes sem prejudicar a sua amplitude. 5 4 O separador permite a livre circulação dos hóspedes entre ambientes; 5 5 O separador é estável e seguro. 5 80 5.2.2 Estabelecimento de especificações-alvo Após identificar as necessidades do cliente, importa definir as especificações alvo do produto. Isto é, traduzir as necessidades do cliente em termos técnicos. As especificações fornecem uma descrição, em pormenor preciso e mensurável, do que o produto tem de fazer. Cada especificação consiste numa métrica e um valor (Ulrich & Eppinger, 2015). Para gerar a lista de métricas para o separador de ambientes a ser criado, contemplou-se cada necessidade e considerou-se qual a caraterística precisa do produto que poderia refletir o grau em que essa necessidade é satisfeita. Na Tabela 14 encontram-se as métricas identificadas e as respetivas ligações às necessidades. Algumas necessidades não puderam ser traduzidas em métricas quantificáveis e, por essa razão, essas métricas não apresentam unidades de medida associadas. Tabela 14 - Métricas Métrica Nº. Necessidade Nº. Métrica Unidades 1 1,2,3,4,5 Dimensões cm 2 1,3,4,5 Geometrias - 3 2,5 Peso kg 4 1,3 Cores - 5 3 Aberturas/Transparência dos materiais - 6 2,4,5 Rodas - De seguida, e mais uma vez, segundo Ulrich & Eppinger (2015), para facilitar o processo de definição dos valores-alvo das métricas, é importante recolher alguma informação de benchmarking da concorrência, visto que é uma via para se perceber de que forma as necessidades dos clientes estão a ser respondidas do ponto de vista técnico até ao momento, e uma forma de garantir competitividade. Uma vez que o produto a ser desenvolvido será composto por um material concebido a partir dos resíduos marinhos recolhidos pelo projeto cliente, considera-se que, no mercado, não existe um produto que represente concorrência direta ao mesmo. No entanto, considerou-se importante conhecer os valores das métricas de produtos com funções e subfunções semelhantes às pretendidas, isto é, produtos que têm como proposta a resolução de necessidades semelhantes às identificadas. 81 5.2.2.1 Métricas benchmarking Até aos dias de hoje, a ideia de planta livre, propagada por figuras como Le Corbusier, Mies van der Rohe e Walter Gropius, permanece relevante no design de casas. No entanto, o dia-a-dia da vida contemporânea requer, em diversas circunstâncias, formas de isolamento de espaços, quer seja este estético, funcional, visual ou auditivo ( How to Master the Act of Separation in Open-Plan Spaces , s.d.) Desta forma, os separadores de ambientes emergem como produtos relevantes. Estes permitem transformar um espaço de forma reversível, sem implicar a alteração permanente da planta através de uma construção, levando a que uma das razões benéficas para optar por separadores de ambientes seja o baixo custo associado à transformação. Existem diversas opções para dividir um espaço: biombos, cortinas, estantes, paredes de vidro, “paredes” divisórias, e por isso, opções móveis, fixas, híbridas, etc. Cada uma destas opções oferece diferentes benefícios e, por isso, a escolha entre elas deve ser feita de acordo com as necessidades concretas do espaço e do cliente. Como exposto anteriormente, nesta fase considerou-se pertinente conhecer os valores das métricas de produtos da concorrência que têm como proposta a resolução de necessidades semelhantes às identificadas. Assim sendo, selecionou-se para estudo os três produtos que serão descritos de seguida. Primeiramente, o biombo RISÖR (Figura 47), uma divisória que possibilita a criação de uma separação multifuncional, sem obstruir a passagem de luz. Este é um produto prático, fácil de dobrar e arrumar e é o separador de ambientes mais vendido pelo IKEA ( RISÖR Biombo, Branco/Preto, 216x185 Cm - IKEA , s.d.). Figura 47 - Biombo RISÖR: a) produto no contexto de utilização; b pormenor do produto (reproduzidas de RISÖR Biombo, Branco/Preto, 216x185 Cm - IKEA, s.d.) (a) (b) (a) (b) 82 Seguiu-se o divisor de ambientes independente Facet, cujas formas geométricas de diamante podem ser giradas independentemente, permitindo a escolha entre oclusão ou transparência entre espaços (Figura 48a). Este produto encontra-se disponível numa ampla variedade de tamanhos e cores. No que diz respeito à sua estabilidade, esta é assegurada por uma estrutura de alumínio robusta feita de seções triangulares (Figura 48b). Este separador é ideal para diversos ambientes: casas, espaços comerciais/públicos, hotéis, etc (Bloomming, s.d.). Figura 48 – Facet: a) formas de diamante giradas; b) estrutura de alumínio feita de seções triangulares (reproduzidas de Bloomming, s.d.). Por fim, foram selecionados para estudo, os separadores de ambientes Stick. Estes são divisórias modulares que podem ser organizadas conforme necessário e de acordo com o que o espaço permite. Os seus elementos verticais são inspirados por elementos da natureza e criam uma divisão ótica enquanto mantêm um fluxo aberto entre espaços (Figura 49). Existem quatro comprimentos e cores de hastes disponíveis e quatro formatos de base (Figura 49b), que permitem criar vários tipos de composição. Estas existem ainda com iluminação LED embutida (Figura 49c) e em diferentes materiais, de acordo com o ambiente em que serão inseridas (interior ou exterior). Para uma maior estabilidade, principalmente em ambientes externos, onde o produto poderá estar sujeito à força do vento, é possível adicionar peso extra nas bases ( Sticks , s.d.). (a) (b) 83 Figura 49 – Sticks: a) produto em contexto de utilização; b) diferentes formatos de base; c) base com iluminação LED (reproduzidas de Sticks , s.d.) Na Tabela 15, são apresentados os valores das métricas destes produtos. Tabela 15 – Métricas de produtos benchmarking Métrica Unidades RISÖR Facet Sticks Dimensões cm 216 x 185 x 3 Comprimentos disponíveis: 102; 136; 170;204;238 Alturas disponíveis: 160;180;200;220;240;260 Largura: 19 Bases disponíveis: Standard (60 x 30); Média (50 x 25); Quadrada (30 x 30); Curvatura acentuada (65 x 33); Curvatura suave (63 x 32) Alturas disponíveis: 120/150/180 /210 Geometrias - Retângulos Diamantes Hastes Peso kg 15,90 (aprox.) Variável de acordo com dimensões (máx. 47) Variável de acordo com dimensões (máx. 20,5) Cores - Preto e branco Castanho; Dijon; grafite; azul-claro; cinzento-pérola e branco. Hastes disponíveis: preto, branco, verde e madeira. Luzes: branco (frio/quente) Aberturas/ Transp. dos materiais - Sim Sim Sim Rodas - Não Não Não Principalmente em relação às métricas não-quantificaveis, a análise dos produtos semelhantes foi bastante frutifera, no sentido em que se pôde retirar algumas conclusões: no que diz respeito às formas que compõem os separadores, existe uma grande aposta em formas geométricas; concernente às cores, pôde perceber-se que a tendência passa por oferecer possibilidade de escolha entre uma gama (a) (b) (c) 84 de cores ao cliente. Quando tal não se verifica, as cores selecionadas são de cores neutras, algo que reforça a importância do requisito “O separador de ambientes adequa-se ao espaço em que se insere.” Para além disso, constatou-se que, para permitir a passagem de luz entre ambientes, de forma a não comprometer a sua amplitude, todos eles possuem alguma transparência nos seus materiais ou então aberturas/espaços negativos.Contudo, concluiu-se que no que toca ao controlo da quantidade de luz que transita entre espaços, nem sempre essa é uma função associada a estes produtos, algo que pode ser visto como uma oportunidade de inovação. Por fim, verificou-se que, apesar de numa primeira abordagem se poder pensar que a mobilidade do produto pode depender da existência rodas, nenhum deles foi concebido com esse componente. Assim, esta fase de recolha de dados relativos a outros produtos foi importante para encontrar soluções existentes tanto para a necessidade geral (separar espaço) quanto para as subnecessidades identificadas previamente. Desta forma, percebeu-se quais os subproblemas críticos para os quais ainda não existem muitas soluções prévias e que irão exigir mais esforço na fase de desenvolvimento de conceitos e quais as solução convencionais a serem combinadas com estas soluções inovadoras. 5.2.3 Geração de conceitos Nesta fase são desenvolvidos conceitos de produtos que possam responder às necessidades dos clientes. A geração de conceitos engloba uma combinação de pesquisa externa, com conhecimentos e criatividade internos. O resultado desta atividade é normalmente um conjunto de conceitos, cada um representado por um esboço e um breve texto descritivo (Ulrich & Eppinger, 2015). No que diz respeito à pesquisa externa, ao longo da fase de desenvolvimento de produtos continuou-se o processo de estudo de produtos existentes com funcionalidades semelhantes às do produto em desenvolvimento, iniciado anteriormente. Em relação à parte interna, começou por se realizar um brainstorming com aspetos a explorar, adicionalmente, na criação de conceitos. Estas dizem respeito não só à parte estética do produto como também à sustentabilidade do mesmo e à exploração do potencial do material desenvolvido para incorporar o produto (Figura 50). 85 De seguida, foram desenvolvidos conceitos de produtos a partir da junção desses exercícios. Estes encontram-se ilustrados nos esboços das Figuras 51 a 62. Importa referir que se considerou pertinente explorar a passagem de luz quer de forma direta (orifícios), filtrada (através do material), controlada ou não controlada, em todos os conceitos desenvolvidos. Sendo um separador de ambientes móvel, por si só, uma alternativa sustentável à construção de divisórias permanentes (visto permitir a alteração do layout de espaços de forma simples e rápida, sem que seja necessário recorrer a obras construtivas/destrutivas), não faria sentido que este bloqueasse a passagem de luz entre ambientes, fazendo com que fosse necessário recorrer a fontes extra de iluminação, possivelmente consumidoras de energia, antes do fim do dia. No entanto, essas fontes de luz artificial no período noturno acabarão por ser inevitáveis na iluminação dos espaços interiores. Desta forma, considerou-se que poderia ser interessante explorar a incorporação de luz no produto, atribuindo-lhe, assim, alguma multifuncionalidade, algo que pode ser visto também como uma estratégia que visa alcançar a sustentabilidade: se um mesmo produto for capaz de desempenhar mais do que uma função, pode evitar-se a aquisição de outros para o mesmo efeito. Adicionalmente, e ainda relativamente ao tópico da sustentabilidade, para além da relação mobilidade-sustentabilidade acima clarificada, considera-se que atribuir esta característica ao produto é ainda uma via para garantir o prolongamento do tempo de vida útil do mesmo: o material reciclado que fará parte da sua composição não se encontra aditivado no sentido de aumentar a sua resistência à exposição solar, logo, torna-se importante reduzir de alguma forma os períodos em que este estará submetido a tal. Assim, ao ser móvel, o produto permite ao utilizador utilizá-lo apenas quando necessário, evitando que este seja exposto por longos períodos ao sol desnecessariamente. Esses períodos poderão ainda ser atenuados dado o facto de as janelas e a claraboia possuírem uma tela Polyscreen (sistema de oclusão). Por fim, uma das preocupações ao desenvolver os conceitos que se seguem foi a de considerar, desde logo, o fim de vida dos mesmos, promovendo uma fácil desmontagem e separabilidade dos seus componentes. 86 Figura 50 - Brainstorming com aspetos a explorar na criação de conceitos Conceito nº1 Figura 51 – Conceito nº1: a) Esboço do conceito; b) espécie – inspiração (reproduzida de Peltodoris Atromaculata, 2023); c) esboço mimetização manchas da espécie – inspiração O primeiro conceito desenvolvido trata-se de um separador composto apenas por dois componentes: uma base (de madeira) e um painel com orifícios cujo formato tenta mimetizar as manchas da espécie Nudibrânquios Peltodoris atromaculata , espécie avistada na costa açoreana (Peltodoris Atromaculata, 2023). Conjuga, por isso, a exploração de geometrias mais bidimensionais, relacionadas com o contexto marinho, com a passagem direta de luz entre ambientes através de orifícios. Tem ainda como pressuposto a exploração do material reciclado numa maior espessura, que lhe assegura uma (a) (b) (c) 93 contribuiriam para acrescentar alguma tridimensionalidade ao produto, tal como pode ser observado na Figura 61b. A sua aparência poderia ainda remeter ao seu pólipo superior, ou pneumatóforo - um saco de ar que mantém o animal a flutuar (Figura 61c). Nos espaços entre curvas idealizou-se a colocação de placas de material com uma maior espessura. Estas funcionariam como “vitrais” no produto, permitindo a passagem de alguma luz entre ambientes. Este é um conceito com bastante carga simbólica: as caravelas portuguesas são sifonóforos (animais constituídos por uma colónia de organismos que trabalham em conjunto). Os tentáculos são o seu segundo organismo. Estes estão cobertos de nematocistos cheios de veneno, utilizados para paralisar e matar peixes e outras pequenas criaturas. O contacto com estes tentáculos representa, para os seres humanos, uma sensação extremamente dolorosa. Até mesmo as caravelas portuguesas mortas que dão à costa podem provocar uma picada (National Geographic, 2010). Apesar destes factos poderem afetar a perspetiva com que se observa estes seres, assim como Aaron Ansarov foi capaz de demonstrar através da sua obra, as caravelas portuguesas são organismos marinhos bastante interessantes esteticamente, graças às suas cores vibrantes, texturas e formas. A sua transparência aliada aos seus tons arroxeados e azulados fazem deste organismo algo único. De forma semelhante, os filamentos de pesca, quando abandonados no mar, podem constituir uma ameaça para a saúde do oceano. Contudo, quando recuperados e valorizados materialmente, podem ainda representar algum valor funcional e estético. Figura 60 - Conceito nº8 : Explicação curvaturas. a)Esboço do conceito; b) Fotografia da série "Zooids" captadas por Aaron Ansarov (adaptada de Matthews, 2017) (a) (b) 94 Figura 61 – Conceito nº8: a) Esboço do conceito – vista isométrica; b) pormenor “folhas” que acrescentam tridimensionalidade ao produto; c) pneumatóforo da espécie Physalia physalis (adaptada de National Geographic, 2014) Conceito nº9 Figura 62 – Conceito nº9: Esboço Por fim, no nono e último conceito explorou-se outra alternativa para a atribuição de alguma tridimensionalidade acrescida ao produto, já explorada em alguns produtos no mercado. Idealizou-se um (a) (b) (c) 95 separador composto por um conjunto de elementos verticais criados a partir do corte, seguindo formas orgânicas, das placas de material reciclado, que, conjuntamente formam ondulações que remetem, simbolicamente, ao ambiente marinho. Este conjunto de elementos seria suportado por uma estrutura de madeira. 5.2.4 Seleção de conceitos A seleção de conceitos é a atividade em que os vários conceitos gerados são analisados e eliminados sequencialmente de forma a identificar o conceito mais promissor (Ulrich & Eppinger, 2015). Existem diversos métodos para seleção de conceitos. Neste caso particular, a seleção foi algo intuitiva. Optou-se por não se recorrer a um método de seleção estruturado uma vez que na fase de geração de conceitos o nível de detalhamento dos mesmos foi baixo e por essa razão, seria difícil realizar uma justa análise comparativa dos conceitos relativamente ao grau de satisfação dos requisitos do cliente. No entanto, considera-se que o conceito selecionado reúne pontos fortes que o fazem sobressair diante dos demais: por se tratar de um conceito que proporciona a exploração de diferentes potencialidades do material reciclado criado, pela sua relação simbólica com o ambiente marinho e pelo potencial reconhecido relativamente à satisfação das necessidades do cliente, o oitavo conceito foi o selecionado para desenvolvimento no âmbito desta dissertação. Considera-se que, com o conjunto de atributos e o potencial para melhorias futuras que apresenta, este conceito responde, desde início a alguns dos requisitos do cliente, na medida em que: por se inspirar numa espécie característica do mar dos Açores, adequa-se ao espaço em que se insere - uma cabana construída a partir de resíduos do mar dos Açores - embora de um ponto de vista simbólico; Por contar, em grande percentagem na sua composição, com partes produzidas com o material reciclado criado, de baixa densidade, trata-se de um produto cujo peso não será um problema para a sua mobilidade. Adicionalmente, considera-se que, pelo facto de se basear em formas orgânicas, este conceito possui, além do seu lado funcional, um caráter decorativo, podendo atuar como um apontamento de natureza no interior da cabana. 96 Assim sendo, conclui-se que existe ainda margem para aprimoramento do conceito no sentido de alcançar resposta para os requisitos referentes à amplitude dos espaços e à estabilidade do produto. 5.2.5 Teste de conceito Após selecionar o conceito a desenvolver, é necessário testá-lo de forma a averiguar se as necessidades do cliente foram, de facto, satisfeitas e identificar quaisquer lacunas que devam ser corrigidas durante o desenvolvimento posterior. O teste de conceitos está, por isso, estreitamente relacionado com a criação de protótipos (Ulrich & Eppinger, 2015). Nesta fase de trabalho desenvolveu-se, então, um pequeno protótipo que serviu como “prova de conceito”. Isto é, permitiu avaliar se o oitavo conceito seria viável ou se necessitaria de ser modificado para atingir um resultado que fosse satisfatório. Com este pequeno protótipo pretendeu-se ainda testar se o material reciclado teria o desempenho pretendido em ambas as funções que exercerá (“folha” e “vitral”) e se as dimensões de algumas partes da estrutura de madeira, idealizadas, de grosso modo, na fase de geração de conceitos, necessitariam de ser ajustadas. 5.2.5.1. Materiais e dimensões Definiu-se que a espessura da estrutura de madeira seria de 10 mm (obtida a partir da junção de duas placas de contraplacado de 5 mm de espessura, de forma que o seu corte fosse possível executar na máquina laser do Instituto de Design de Guimarães - IDEGUI). De seguida, estabeleceu-se que cada forma orgânica que se encontra repetida teria uma largura de 11 mm, sendo que no seu centro seria executada uma ranhura para passagem das “folhas de material”, moldadas com cerca de 1 mm de espessura. Por fim, determinou-se que a largura dos espaços negativos entre estas formas, onde serão colocadas placas de material reciclado de 3 mm de espessura, seria de 20 mm e definiu-se que, neste teste de conceito, estas seriam encaixadas à pressão nesses espaços negativos, sendo que posteriormente seria essencial elaborar uma solução aprimorada para a colocação e fixação das mesmas no produto. Foi mantida uma margem de 10 mm em relação às extremidades das placas e procurou-se criar ângulos entre a mesma e as formas orgânicas que proporcionassem uma área de contacto entre esses elementos suficiente para assegurar resistência no suporte das formas. Evitaram-se, assim, os ângulos retos. 97 Para a concretização deste teste adquiriram-se duas placas de contraplacado de 600 x 300 x 5 mm (Figura 63a) e moldou-se uma placa de 200x200x3 mm e outra de 250x250x1 mm. Os cortes realizados não foram necessariamente cortes idênticos aos do conceito desenvolvido, tratam-se de uma adaptação dos mesmos à área das placas adquiridas. Na Figura 63b pode ver-se, em pormenor, uma das regiões do pequeno protótipo realizado após colocação do material moldado com 3 mm de espessura e com 1 mm de espessura nos devidos locais destinados. Figura 63: Protótipo prova de conceito: a) placas de contraplacado com os cortes realizados; b) pormenor de região após colocação dos restantes materiais 5.2.5.2. Problemas encontrados e soluções consequentes Após análise do resultado obtido, pôde concluir-se que existiam vários aprimoramentos a realizar. Apesar de o material reciclado moldado na espessura de 1 mm se comportar como esperado (boa flexibilidade que o permitiu adaptar-se aos variados ângulos das formas orgânicas criadas) o material reciclado moldado com 3 mm de espessura não permitiu passagem de luz suficiente para iluminar, de forma satisfatória, as “folhas de material”, criando alguma sombra do lado oposto ao da fonte de luz (como é visível na Figura 63b). (a) (b) 98 Reduzir a espessura das placas dos “vitrais” poderia resolver o problema, no entanto, identificouse aqui uma oportunidade de melhorar também a questão relacionada à amplitude do espaço, que poderia estar a ser comprometida dada a ausência de espaços negativos no produto, que permitissem alguma visibilidade entre ambientes. Nesse sentido, decidiu-se que ao invés de nos espaços negativos entre as formas orgânicas que se repetem serem colocadas placas de material reciclado, esses espaços passariam a estar vazios. Contudo, de forma a que a visibilidade entre ambientes não fosse excessiva, a largura desses espaços seria diminuida para 15 mm. De ressaltar que esta alteração apenas se verificará nos espaços entre as formas orgânicas que se repetem, sendo que nos restantes espaços negativos se irão manter os “vitrais”. Ademais, nesta fase foi possível identificar uma potencial solução para o método de colocação e fixação desses mesmos “vitrais” à estrutura: assim como se sucedeu na concretização do teste de conceito, construir a estrutura através da junção de duas metades e subtrair, em cada uma delas, metade da espessura das “placas-vitral num espaço de 2,5 mm relativamente às arestas dos espaços negativos a preencher. Esta alteração implica não só o aumento da largura das formas orgânicas como uma ainda maior atenção aos ângulos entre elementos, visto que a subtração de espessura terá de ser realizada com recurso a uma fresa CNC que, dada a sua geometria, não executa cortes com ângulos retos. Adicionalmente, percecionou-se que poderia ser vantajosa, quer funcional como esteticamente, a adição de um caixilho em torno da estrutura. Funcionalmente, este elemento é uma via para o aumento da àrea de contacto entre a estrutura e os pés de suporte, garantindo mais estabilidade do produto. Esteticamente, oferece mais robustez aparente ao produto e um melhor acabamento visual. Por fim, esta última modificação, por representar aumento do peso do produto, levou a que se recuperasse a ideia de incorporar rodas no separador de ambientes para facilitar a sua mobilidade. Contudo, para garantir que a estabilidade do separador não fosse comprometida, os pés de suporte mantiveram-se e foram modificados, de forma a poderem incorporar as rodas “no seu interior”, sem riscar o chão aquando das deslocações do produto, sendo que anteriormente tinham sido idealizados como simples retângulos. Após idealização de todas as modificações acima mencionadas, desenvolveu-se uma nova representação visual do produto, visível na Figura 64 e 65. 99 Figura 64 – Representação visual do produto: a) sem modificações; b) com modificações Figura 65 – Representação visual do produto: pormenor sistema de suporte e mobilidade Pode, então, concluir-se que o produto passará a ser composto por seis principais componentes: pés; rodas; caixilho; estrutura; “vitrais” e “folhas” (Figura 66). (a) (b) 100 Figura 66 – Vista explodida do produto e identificação dos principais componentes 5.3 Design ao nível do sistema A fase de Design ao nível do sistema inclui a definição da arquitetura do produto e a decomposição do produto em subsistemas e componentes. A arquitetura do produto trata da organização dos elementos funcionais do produto em blocos físicos e das suas interações (Ulrich & Eppinger, 2015). Considera-se que existem dois grandes blocos no separador a ser desenvolvido: um responsável pela estabilidade, segurança e mobilidade do separador e outro que assegura a adequação do produto ao espaço e que a amplitude do mesmo e a livre circulação não é comprometida. Esta informação e a que diz respeito às relações que existem entre os principais componentes do produto, pode ser analisada na Figura 67. Como pode ver-se na figura, o componente “estrutura” relaciona-se diretamente com três 101 outros componentes, sendo, por isso, o componente que mais será condicionado pelas especificações dos restantes. Figura 67 – Arquitetura do produto: identificação de blocos físicos e relações entre componentes 5.4 Design de detalhes A fase de projeto de pormenor inclui a especificação completa da geometria, materiais e tolerâncias de todas as peças únicas do produto e a identificação de todas as peças padrão a serem compradas aos fornecedores. Para além disso, nesta fase definem-se os planos de processo para o fabrico e montagem do produto (Ulrich & Eppinger, 2015). Primeiramente, começou por identificar-se as peças únicas e as peças padrão, de forma a perceber-se para quais componentes seria necessário definir pormenores e para quais seria necessário encontrar fornecedor. Esta distinção entre elementos do separador encontra-se representada nas Tabelas 16 e 17. Tabela 16 – Peças únicas Pés de suporte Caixilho (composto por duas partes iguais) Estrutura (composta por duas partes espelhadas) “Vitrais” “Folhas” Pés Rodas Estrutura "Folhas" "Vitrais" Caixilho Bloco físico Relação direta 102 Tabela 17 – Peças padrão Rodas Parafusos para fixação das rodas Parafusos para fixação pés Parafusos para fixação caixilho Feltro adesivo Previamente ao detalhamento de cada peça única, e à determinação das peças padrão específicas a adquirir, foi essencial definir concretamente as dimensões gerais do produto. Estabeleceram-se como referência as dimensões da metade fixa da janela representada na Figura 68, que permite acesso ao deck exterior: tendo em conta que se pretende que seja um produto móvel, que possa ser utilizado em mais do que um local (ex: entre a mesa e o sofá da sala; entre a sala e o deck exterior), e que permita a livre circulação dos hóspedes entre ambientes, considerou-se que o comprimento e altura do separador deveriam ser definidos de acordo com as dimensões da metade fixa da janela que permite a passagem da sala para o deck com o tanque. Figura 68 – Dimensões janela sala - deck exterior Tendo essas dimensões (2100 x 1475 mm) como base, e de forma que o separador ocupasse a área necessária para cumprir as suas funções sem interferir com o bom funcionamento da janela, decidiu-se que as dimensões gerais do produto, relativamente à sua altura e largura seriam de 2034 x 1430 mm. mm 109 5.6 Testagem e refinamento – protótipo físico A última etapa do trabalho desenvolvido nesta dissertação foi a de prototipagem do produto. Dada a janela temporal disponível para a sua execução e os recursos materiais à disposição, o protótipo realizado à sua escala real mas trata-se apenas da representação de uma parte do Separador e não da sua totalidade. A parte selecionada para prototipagem encontra-se assinalada na Figura 74 e corresponde a 1/3 da altura e largura da estrutura. O Caixilho, as rodas e os pés foram adaptados a esta secção seguindo as mesmas relações existentes no produto verdadeiro. Nas Figuras 75 a 78 podem ver-se fotografias do protótipo realizado e respetivos pormenores. Figura 74 – Parte do Separador selecionada para prototipagem Figura 75 – Protótipo Separador de Ambientes: a) com pés de suporte; b) sem pés de suporte (a) (b) 110 Figura 76 – Estrutura: a) ambas as partes; b) parte 1(desníveis na face oposta); c) parte 2 (desníveis na face frontal) Figura 77 – Montagem: a) Caixilho 1 + Estrutura 1 + “vitrais”; b) Pormenor da junção da Estrutura 1 e Estrutura 2 sem “vitral” para perceção do espaço criado para encaixe do mesmo; c) Pormenor Caixilho Figura 78 – Pormenores comportamento do produto consoante direção da luz: a) luz frontal; b) contraluz; c) contraluz (a) (b) (c) (a) (b) (c) (a) (b) (c) 111 De referir que os processos produtivos utilizados para conceção deste protótipo foram os mesmos que se definiram para a produção do produto real à exceção do processo utilizado para executar as ranhuras de 1,5 mm. Na empresa onde se produziu as partes da Estrutura não existiam fresas de CNC abaixo de 5 mm de diâmetro e, por essa razão, as ranhuras para passagem das “folhas” de material reciclado foram executadas a laser. Desta forma, existiram algumas dificuldades em alinhar perfeitamente os cortes realizados a fresa CNC e os cortes realizados com recurso a máquina laser. De salientar ainda que aquando da produção do produto para a eco-cabana seria prudente encontrar uma empresa com capacidade para produzir placas de material reciclado com maiores dimensões, visto que alguns dos espaços negativos que se destinam a serem preenchidos por placas de 3 mm possuem uma dimensão maior do que 250 x 250 mm (molde utilizado para produção das placas do protótipo). O mesmo acontece com o comprimento das ranhuras de 1,5 mm. Por fim, importa referir que com a realização do protótipo pôde perceber-se que talvez fosse necessário selecionar outro material para o componente “pés de suporte” visto que se considera que estes, na geometria atualmente definida, não teriam resistência mecânica suficiente e nem ofereceriam a estabilidade pretendida ao separador, quando produzido na sua totalidade, se executados em MDF. Aumentar o ângulo de inclinação deste componente poderia também beneficiar a estabilidade. 112 6 CONCLUSÕES E TRABALHO FUTURO Tal como descrito, o trabalho realizado no âmbito desta dissertação foi dividido em duas principais fases distintas: a primeira envolveu o desenvolvimento de um material reciclado a partir dos resíduos recolhidos do mar do Açores (monofilamentos de pesca, mais concretamente) e a segunda foi relativa ao desenvolvimento de um produto (para o showroom do projeto Azores EcoBlue) que integrasse esse mesmo material. Pretendia-se, portanto, avaliar a viabilidade de desenvolver produtos que promovam a reintrodução de materiais recuperados do ambiente marinho na economia (economia circular). De um modo geral, concluiu-se que é possível desenvolver, para além das soluções já exploradas por algumas empresas e projetos, produtos inovadores que integrem materiais criados a partir de resíduos como os monofilamentos de pesca perdidos/abandonados no mar, tirando partido das suas melhores propriedades e considerando, simultaneamente, o seu histórico e consequências associadas. No entanto, aferiu-se que o processo de reciclagem mecânica deste tipo de resíduos não é uma tarefa simples: a fase de preparação do material para um novo ciclo de moldação revelou-se bastante demorada e exigente a nível de mão-de-obra, pricipalmente devido ao nível de contaminação com elementos orgânicos e inorgânicos das misturas de monofilamentos recolhidas. Ademais, os equipamentos utilizados não foram os mais indicados para o tratamento de materiais como alguns tipos de PA6 modificados para um melhor desempenho mecânico contra tipos de esforços que ocorrem quer no seu contexto de utilização, quer precisamente nas operações de reciclagem mecânica. Para além disso, outro fator que contribuiu para a complexidade da reciclagem dos resíduos em questão foi a heterogeneidade de temperaturas de fusão das tipologias de monofilamentos presentes na amostra recolhida e estudada (sendo que nem todas as tipologias foram caracterizadas química e térmicamente). A temperatura utilizada para a moldação por compressão do material reciclado foi de 225ºC e resultou na fusão dos dois tipos de monofilamentos predominantes na amostra. Esta temperatura permitiu a produção de placas que preencheram as cavidades dos moldes utilizados mas onde é notória a não-fusão de algumas porções de material (que acabaram por atribuir um aspeto visual interessante ao material). No entanto, importa salientar que resíduos como os estudados dão o mote para a conceção de produtos com bastante valor simbólico e decorativo, como é o caso do Separador de Ambientes criado nesta dissertação. 113 Tendo em conta as dificuldades encontradas ao longo de todo o processo, como trabalho futuro seria pertinente encontrar soluções mais adequadas para o tratamento de materiais como os estudados principalmente no que toca às etapas de redução de dimensão e lavagem. Para além disso, fazer ensaios de envelhecimento ao material reciclado seria necessário para fazer uma estimativa do tempo de vida útil do produto criado. Contabilizar os custos associados a todo o processo de reciclagem, desde o momento em que os resíduos são recolhidos do ambiente até à sua integração num produto, seria um importante contributo para o dimensionamento do impacto da poluição marinha e consequentes tentativas de a minimizar. Por fim, produzir o Separador de Ambientes projetado neste trabalho com as suas dimensões reais, para que possa fazer parte do modelo protótipo de eco-cabana do projeto Azores EcoBlue, seria uma próxima etapa. A utilização de recursos externos à universidade poderá ser necessária (principalmente para a produção de placas de reciclado com maiores dimensões caso não se optasse pela soldadura como forma de aumento de área de material). 114 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Anzol - DGRM . (s.d.). https://www.dgrm.mm.gov.pt/anzol Artes e Utensílios de Pesca - DGRM . (s.d.). https://www.dgrm.mm.gov.pt/artes-e-utensilios-de-pesca Azores EcoBlue . 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