Calculadora de Formulação

Existem diversas maneiras de se produzir uma ótima formulação de poliuretano (PU). Se você é uma pessoa experiente na área, talvez seja possível que você consiga criá-la de cabeça e ser “razoavelmente preciso” naquilo que necessita ser adicionado para que ela funcione. Contudo, ser “razoavelmente preciso” não é suficiente se você trabalha em um laboratório de aplicação, ou se você cuida de um sistema produtivo de formulações. Nessas ocasiões, cada gota importa e o octoato de estanho está aí para não me deixar mentir. Foi pensando nisso que decidi criar e compartilhar à público uma calculadora de formulação para sistema de PU, a qual seja capaz de organizar as informações no formato de tabela e retornar valores chave para a realização do trabalho diário de laboratório/produção.

Conforme é possível observar, a sua estrutura é bastante simples e, provavelmente, familiar para muitos de vocês que já trabalham na área. Na parte de cima está localizado o famoso “B-side”, que é comumente associado ao “lado do poliol”. Essa será a parte da calculadora onde você irá incluir todas as informações dos aditivos do seu sistema (nome dos componentes, quantidade, índice de hidroxila e preço). Por precaução, somente as células com o fundo rosa são passíveis de serem editadas, facilitando, desta forma, a digitação de quem estiver utilizando essa ferramenta. Além disso, para lhe ajudar, programei a tabela para entender “.” e “,” da mesma forma, então não precisa se preocupar em manter o padrão americano tal qual está sugerido nos valores já preenchidos na tabela - contudo, lembre-se de não colocar ponto quando for digitar um número maior ou igual a mil (1.000 ➝ ❌, 1000 ➝ ✔️).

Na parte de cima da tabela, a Coluna A evidencia onde adicionar as diferentes classes de aditivos de formulação (Polyols, H2O e Formulation Additives). Optei por fazer a divisão desta forma para facilitar o entendimento do cálculo de PPHP (Parts Per hundred of Polyol) que será abordado mais adiante. É bastante importante que essa divisão seja respeitada, ou então, possivelmente, a calculadora não irá funcionar corretamente (exemplo: se sua formulação possuir somente um tipo de poliol e você adicioná-lo na primeira linha disponível da tabela, não adicione o restante dos aditivos de formulação nas linhas imediatamente abaixo de onde você inseriu as informações do poliol. O correto a se fazer é deixá-las em branco e continuar o preenchimento da tabela no local adequado).

Ainda na parte de cima da tabela, as colunas B, C, D e E fazem referência ao nome do componente, sua massa utilizada na formulação, seu índice de hidroxila e seu preço por quilograma (em R$), respectivamente. Com exceção do índice de hidroxila da água, todas as demais informações devem ser adicionadas por você, vide exemplo abaixo. OBS.: as informações dispostas no exemplo descrito na tabela abaixo fazem referência a uma formulação de espuma flexível slab de densidade de aproximadamente 8 kg/m³.

O índice de hidroxila da água já está apresentado na tabela devido ser um número fixo - e normalmente desconhecido por muita gente. Independente da água que for utilizada, para fins práticos, o seu índice de hidroxila será sempre o mesmo (~6.233,22 mgKOH/g). Ademais, note que a célula onde está armazenado este valor também é passível de ser editada, portanto, tome cuidado quando for preencher a tabela para não alterar essa informação (a menos que seja da sua vontade fazê-lo). Por hora, apenas aceite esse dado como verdadeiro, pois a sua explicação é um tema que será abordado em outro momento.

Tendo adicionado as informações necessárias na parte da formulação, as colunas F, G, H e I serão preenchidas automaticamente, evidenciando os parâmetros de PPHP, porcentagem (%) de cada componente na formulação, peso equivalente (Eq. Wt.) e equivalentes (Equivalents) de cada componente. Até o presente momento, inúmeras novas terminologias já foram mencionadas, o que pode estar gerando um certo nível de confusão para um leigo no assunto. Se você é está pessoa, fique tranquila! Todos estes termos serão devidamente explicados no seu devido momento, mas lembre-se: o nosso objetivo agora é entender o funcionamento da tabela.

Uma vez terminado o preenchimento do B-side, o próximo passo é incluir na calculadora as informações sobre o isocianato utilizado, vulgo A-side, e demais parâmetros do processo de espumação. As primeiras informações a serem preenchidas neste caso são: (i) a porcentagem de NCO do isocianato que está sendo utilizado e (ii) o index do sistema. Essas duas informações devem ser preenchidas nas células em rosa da 3ª coluna da parte debaixo da tabela (coluna C), conforme apresentado na figura abaixo. No exemplo em questão a porcentagem de NCO utilizada foi igual a 48,20%, pois trata-se da porcentagem de NCO média do TDI 80/20. O Index escolhido, por sua vez, foi igual a 110, o que sugere que teremos um leve excesso de TDI em relação à quantidade de hidroxilas presentes no sistema.

Após ter sido realizado essa etapa, as quantidades de poliol formulado e isocianato necessárias para realização um teste já podem ser acessadas. Ainda na coluna C da parte debaixo da tabela temos os seguintes valores:

1. Total A - Side ➝ quantidade de isocianato a ser pesada, que é calculada de levando em consideração todas as informações já preenchidas.

2. % Formulação ➝ este valor descreve a porcentagem de isocianato no somatório de todos os aditivos utilizados para a formulação da espuma. Com essa informação conseguimos calcular o preço por metro cúbico da espuma gerada.

3. Ratio (B/A) ➝ este valor nada mais é do que razão entre a massa do sistema formulado e a massa necessária de isocianato a ser utilizado. Em termos práticos, isso serve para quando você tiver uma quantia de poliol formulado já separada e quer descobrir a quantidade de isocianato a ser utilizada. Nesse tipo de situação basta dividir a quantidade de poliol formulado pelo “Ratio (B/A)”. Exemplo: se eu tenho 100 g do sistema formulado “espuma flexível slab de densidade de aproximadamente 8 kg/m³” e quero descobrir a quantidade necessária de TDI 80/20 (48,2% de NCO) a ser utilizada, basta dividir 100 g (que é a quantidade de poliol formulado) por 1,54 (que é o valor de Ratio (B/A) para este sistema em específico) e o resultado é a quantidade em gramas de TDI que deverá ser adicionada ao sistema - que neste caso será de ~65,00 g.

Feito isto, ainda podemos continuar o preenchimento da calculadora para obtermos informações automatizadas do processo de espumação. Na coluna F, ao preencher as células que fazem referência a Densidade, Altura, Largura e Comprimento do corpo de prova, geramos automaticamente a quantidade de poliol formulado e isocianato necessários para sua obtenção. Os valores da quantidade de poliol formulado e isocianato aparecem nas colunas H e I, nas células coloridas em rosa.

Perceba que ao passo que as informações sobre a quantidade de poliol formulado e isocianato aparecem nas colunas H e I, as quantidade de cada aditivo de formulação necessários para a sua obtenção também são preenchidas na coluna L (última coluna da tabela). Além disso, também nas colunas H e I, na última linha da tabela, é calculado automaticamente a quantidade de gás carbônico (CO2) produzido na reação entre o isocianato e a água (este também é um tópico importante, o qual será devidamente explicado no futuro). A quantidade de emissão gás carbônico é particularmente interessante para compreender corretamente o balanço de massa de um processo produtivo de um sistema de poliuretano.

Por fim, mas não menos importante, é possível ainda obter o preço por metro cúbico da espuma gerada, ao adicionar o preço/kg do isocianato utilizado nas colunas K/L (da parte debaixo da tabela). No exemplo da figura abaixo está sendo considerado o valor do isocianato como R$ 25,00/kg, o que resulta em um valor de R$ 123,04 por metro cúbico de espuma produzida. O resultado do preço por metro cúbico da espuma gerada aparece nas colunas L, na última linha da tabela - ou seja, no canto inferior direito da tabela.

Note que o preço total da formulação, desconsiderando o valor do isocianato, também é calculado e apresentado nas colunas K/L da parte debaixo da tabela. Levando em consideração os valores simbólicos antes adicionados à tabela, o valor final da formulação foi de R$ 9,13/kg.

Para ter acesso a essa essa ferramenta, basta acessar a aba "Calculadora de Formulação" deste site.