Centro Universitrio Geraldo Di Biase

Produo do cimento

Barra do Pira / RJ2015

Produo do cimento: Processos de fabricao

Trabalho apresentado para a primeira avaliao da disciplina de Introduo ao Clculo, do Curso de Engenharia Produo do terceiro perodo elaborado pelo aluno Srgio Yoshiharu Miki da Silva, sob orientao do professor, do Centro Universitrio Geraldo de Biasi.

Barra do Pira / RJ2015

SUMRIO

RESUMO__________________________________________________________________ 01ABSTRACT________________________________________________________________02INTRODUO______________________________________________________________03CARACTERSTICAS DO CIMENTO____________________________________________04PROCESSOS DE FABRICAO _______________________________________________05INDSTRIA CIMENTEIRA NO BRASIL________________________________________11CONSIDERAES FINAIS___________________________________________________14REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS____________________________________________15ANEXOS __________________________________________________________________17

RESUMO

Este trabalho tem como intuito definir o que o cimento, demonstrando toda a sua cadeia produtiva, desde a obteno da matria prima at a concepo do produto acabado. Identificar todos os danos ambientais e sociais causados por esta produo e demonstrar quais as medidas tomadas pelas empresas para amenizar estes impactos, visto que os danos causados pela indstria cimenteira so irreversveis em curto prazo. Para amenizar estes danos as empresas desenvolvem projetos sociais com o apoio da populao situada nas proximidades das indstrias, que so os mais prejudicados pelos danos. Temos como objetivo identificar e definir a atuao dos engenheiros qumicos e engenheiros de produo ao longo de todo o processo produtivo e at mesmo o papel dos mesmos na minimizao dos impactos ambientais provenientes da produo.

Palavra Chave: cimento; produo; engenharia; impactos ambientais; qumica.

ABSTRACT

This work has the aim to define what is cement, demonstrating its entire production chain, from procurement of raw materials to the design of the finished product. Identify all environmental and social damage caused by this production and demonstrate the measures taken by companies to mitigate these impacts, since the damage caused by the cement industry are irreversible in the short term. To mitigate this damage companies develop social projects with the support of the population located in the vicinity of industries, which are the most affected by the damage. We aim to identify and define the role of chemical engineers and production engineers throughout the production process and even the role of teachers in reducing environmental impacts from production.

INTRODUOA utilizao dos cimentos bem antiga e, ao longo do tempo, este produto foi aperfeioado. Os antigos egpcios usavam gesso impuro e calcinado, os gregos e romanos usavam calcrio calcinado, e posteriormente aprenderam a misturar cal, gua, areia e pedra britada, tijolos ou telhas. Este foi o primeiro concreto da histria. Outras culturas, por necessidades especiais, aprenderam a utilizar outras matrias para melhorar a qualidade e a eficincia do concreto, como por exemplo, cinzas vulcnicas e telhas de argila queimadas combinadas com o calcrio. Com este cimento, foram construdos diversos monumentos que duraram durante milnios. A tecnologia na composio do cimento continuou avanando durante anos, at que em 1845, por Isaac Johnson, o clnquer (principal componente do cimento atual) foi formado. O cimento ento passou a ser obtido pela mistura apropriada de materiais calcrios e argilosos, ou outros materiais contendo slica, alumina ou xidos de ferro, aquecendo tudo a uma temperatura necessria para a clinquerizao e moendo-se o clnquer resultante. Como definio, o cimento um p fino com propriedades aglomerantes, aglutinantes ou ligantes, que endurece sob ao da gua. Depois de endurecido, mesmo que seja novamente submetido ao da gua, o cimento no se decompe mais. Este, misturado com gua e outros materiais de construo, tais como a areia, a pedra britada, o p-de-pedra, a cal e outros, resulta nos concretos e argamassas usadas na construo civil (CAPURUCO, anos diversos). Hoje, a fabricao de cimentos est espalhada por todo o mundo, sendo o Brasil responsvel por uma produo de 51.479 mil toneladas apenas no ano de 2009, garantindo seu lugar entre os dez maiores produtores de cimento do mundo (SNIC, 2010)[footnoteRef:2]. A larga escala de produo gera altos nveis de impactos scio-ambientais. Por isso torna-se indispensvel a atuao de engenheiros qumicos e de produo para garantirem alm da qualidade do produto e otimizao da produo, uma reduo dos impactos nocivos e aperfeioamento de programas sociais. [2: ]

Caractersticas do Cimento

O cimento est presente em todo tipo de construo civil, e considerado uma commodity de baixa substitutibilidade. um produto homogneo, com variedade limitada de tipos e com especificaes e processo de fabricao semelhante em todo o mundo (SNIC, 2010)[footnoteRef:3]. [3: ]

Composio

O cimento composto de clnquer e de adies finamente modas. O clnquer o principal componente e est presente em todos os tipos de cimento. J as adies variam de um tipo para outro, e so elas que definem as propriedades dos diferentes cimentos existentes.

1. Clnquer: tem como matrias-primas o calcrio e a argila. A mistura do calcrio modo juntamente com a argila, chamada de farinha ou cru, passa por um forno cuja temperatura chega a 1450C, e transforma-se neste material denominado clnquer (CAPURUCO, anos diversos).

2. Adies:

(a) Gesso: tem como funo bsica reduzir a velocidade de endurecimento do cimento modo, por isso o gesso uma adio presente em todos os tipos de cimento. Em geral a quantidade adicionada pequena, apenas 3%. (CAPURUCO, anos diversos)

(b) Escria: um resduo silicoso que se forma juntamente com a fuso dos metais (Dicionrio Silveira Bueno, 2001). Adicionado moagem do clnquer com gesso, guardado em certas propores, permite ao produto maior durabilidade e maior resistncia final.

(c) Pozolana: so materiais slico-aluminosos que tm pouca ou nenhuma atividade aglomerante, mas que, finamente pulverizadas e na presena de umidade, reagem com o hidrxido de clcio temperatura ambiente, formando produtos com capacidade cimentante (Oliveira, 2010)[footnoteRef:4]. Adicionado ao cru oferece a vantagem de conferir maior impermeabilidade ao cimento. [4: ]

(d) Slica ativa: um produto obtido nos filtros do processo de fabricao do silcio metlico. A sua adio na fabricao de cimentos, proporciona boa resistncia a ataques qumicos, aumento das resistncias mecnicas (abraso, eroso, compresso, trao), maior aderncia, coeso, impermeabilidade e inibio da reao lcali-agregado (CAPURUCO, anos diversos).

(e) Carbonatos: so minerais modos, tais como o prprio calcrio. Tal adio serve para tornar o cimento mais trabalhvel, porque os gros desses minerais modos tm dimenses adequadas para se alojar entre os gros dos demais componentes do cimento, funcionando como um lubrificante (CAPURUCO, anos diversos).

Processos de fabricao

O processo de fabricao do cimento passou por sucessivos aprimoramentos, sendo hoje uma tecnologia conhecida e consagrada no mundo inteiro. Nas duas ltimas dcadas, o aumento de conscientizao ecolgica e a escassez de recursos naturais foraram o desenvolvimento de tecnologias altamente eficazes, empregando principalmente a automao industrial, o que transformou sobremaneira o processo produtivo (FARENZENA apud SELLITO, 1999, p. 71)[footnoteRef:5]. [5: ]

A figura 1 (em anexo) e as descries a seguir, detalham as etapas do processo de fabricao do cimento

Etapa 1 Minerao: extrao, britagem, transporte e pr-homogeneizao

o processo de desmonte, extrao e remoo dos minerais. Devido a dureza da rocha, utiliza-se explosivo para o desmonte, e a extrao realizada por processos mecnicos utilizando a p carregadeira. Depois de extrado, o material separado em parte til e parte estril, e fragmentado em duas etapas de britagem, para que facilite o transporte. Aps as britagens, forma-se uma pilha de material chamada de pr-homogeneizao. Esta tem como funo definir e pr-adequar os parmetros ou mdulos qumicos do material empilhado. Quanto mais homogneo for o material, mais simples ser a correo na fase seguinte.

Etapa 2 Moagem de cru: moagem, homogeneizao, clinquerizao.

O material extrado da pilha de homogeneizao chamado de matria cru. A moagem de cru, feita em moinhos tubulares de bolas ou moinhos verticais de rolos, executa a secagem e moagem de materiais in natura, transformando-os em uma mistura finamente moda, chamada de farinha. Os ajustes dos parmetros fsico-qumicos da farinha so feitos atravs da alimentao e dosagem dos dois tipos de calcrio calcrio principal (carbonato alto) e calcrio aditivo (carbonato baixo). Aps o ajuste, a farinha armazenada em silos onde passa por um novo processo de homogeneizao. Homogeneidade e estabilidade dos mdulos qumicos da farinha so fundamentais para a prxima etapa. A clinquerizao um processo de aquecimento e tratamento trmico controlado, a temperatura de at 1450C, que provoca um conjunto de reaes qumicas na farinha, transformando-a em clnquer. As principais reaes ocorridas na formao do clnquer so:

Descarbonatao dos carbonatos de clcio e de magnsio, transformando-os em xidos e gs carbnico:CaCO3 CaO + CO2 MgCO3 MgO + CO2

Combinao com xidos de silcio, alumnio e ferro e cinzas dos combustveis, formando o C4AF, C3A, C2S, C3S.

O clnquer j formado abandona a zona mais quente e passa por dois resfriamentos sucessivos. Depois de refrigerado transportado e armazenado em silos para emprego subseqente na moagem de cimentos. (FARENZENA apud SELLITO, 1999, p. 77).

Etapa 3 Moagem de cimento: finalizando o produto e distribuio.

Aps a estocagem do clnquer, este modo finamente em moinhos de bolas, ou rolos, sendo adicionado um pequeno percentual de gesso. Para cimentos compostos, neste momento, tambm so inseridas suas adies respectivas (escria, pozolana, slica ativa, etc.) nas quantidades adequadas (CAPURUCO, anos diversos). O cimento produzido conduzido atravs de transporte mecnico ou pneumtico a um conjunto de silos, onde so armazenados e protegidos de umidade ambiente. A ensacagem depende do tipo de veculo que ser empregado para retirar o produto da fbrica. As embalagens disponveis so de 25 e 50 kg, existindo ainda a possibilidade de transporte a granel, no qual o veculo a embalagem.

Nos processos de fabricao, os maiores custos so referentes ao uso de combustvel para o forno e energia eltrica. Para reduo destes custos, as empresas utilizam algumas alternativas. Segundo a engenheira rica Avelar (2011): [...] as empresas tem usado resduos orgnicos misturados a seus combustveis. Esta medida reduz o custo com o combustvel, como tambm d crditos de carbono para a cimenteira. O controle de energia eltrica feito atravs da negociao com a concessionria de energia e tambm pelo desligamento de alguns equipamentos (como moinhos) no horrio de pico (entre as 17 e 21 horas).[...] Algumas empresas tem investido em novos separadores para a classificao do produto da moagem. O aumento de eficincia destes equipamentos, evita altas cargas de recirculao neste circuito, o que reduz os custos de operao da moagem.

Perfil da indstria cimenteira no Brasil

Atualmente o Brasil est plenamente capacitado a suprir a demanda interna (figura 2, em anexo), pois 70 fbricas de cimento, mostradas na figura 3 (em anexo), pertencentes a 12 grupos industriais nacionais e estrangeiros, esto em operao e produzem em mdia 67 milhes t/ano (SINC, 2010). Definindo alguns nmeros de uma empresa padro, que produz anualmente 1 milho de tonelada, temos: Extrao de aproximadamente 1,4 milhes de toneladas por ano. Custo de implantao de US$ 280 milhes. Consumo de 100 GWh (Gigawatt/hora) de energia eltrica por ano. (relativo ao consumo anual de uma cidade de 200 mil habitantes). Consumo de 65 mil toneladas equivalentes de petrleo por ano. (equivalente a 10% do consumo residencial anual de Minas Gerais). Despacho, em mdia, de 300 caminhes por dia (apenas para o escoamento de produo)(CARVALHO, 2010)[footnoteRef:6] [6: ]

Desde a implantao da empresa, at a um ritmo de produo, ela trabalha com altos valores, tanto em consumo quanto em produo, o que implica, conseqentemente, na gerao de impactos ambientais significativos. Porm, no so apenas impactos nocivos que uma empresa de cimento causa. Ela tambm tem responsabilidade social e por isso desenvolve programas sociais e tcnicas para minimizao dos impactos ambientais.

Impactos Ambientais e SociaisDesde a extrao da matria at a ultima etapa do processo produtivo so muitos os ndices de poluio causados pela indstria cimenteira. Os nveis e as caractersticasdos poluentes dependem de uma srie de fatores como a composio qumica dos combustveis e da matria-prima utilizada, as tecnologias empregadas no processo industrial principalmente nos fornos rotativos de clnquer e dos sistemas de controle de emisso de gases poluentes (SANTI apud FILHO, 2004).Sobre a questo de impactos positivos e negativos, Willian Wills diz que:[..] Do lado positivo, podemos citar os empregos gerados pela indstria e novas oportunidades de negcios para a populao local, particularmente em regies mais remotas, onde existem poucas opes de desenvolvimento econmico. Os impactos negativos incluem danos a paisagem, poeira e rudos, e emisses de gases poluentes. O modo como as companhias valoram e gerenciam os aspectos sociais e ambientais afeta diretamente a qualidade de vida das comunidades envolvidas, e tambm a reputao da indstria cimenteira.A tabela 1, em anexo, descreve os impactos gerados em cada processo da fabricao de cimento e define as principais alternativas para minimizao destes impactos, e a tabela 2 indica quais os impactos sociais causados pela implantao da indstria de cimento.

Atuao do Engenheiro Qumico e de Produo

Diante de uma produo em grande escala como a maioria das industrias cimenteiras do Brasil, e os inmeros impactos causados por sua implantao, a atuao de Engenheiros Qumicos e de Produo torna-se imprescindvel para a gesto desse processo.Os dois profissionais, embora participem juntos de todo o processo industrial do cimento, possuem funes distintas mais especficas em sua rea.Segundo a Engenheira Qumica rica Avelar (2011), em uma entrevista concedida aos alunos autores deste artigo, os engenheiros qumicos podem atuar como engenheiros de processo, atuando na otimizao da produo e fazendo auditorias de processo (que so inspees em equipamentos que checam a performance de um circuito. Estas inspees incluem balanos de massa e energia do circuito). Ou como supervisores de rea (moagem, ou forno). Nesta funo, o engenheiro responsvel pela produo, qualidade do processo e manuteno em sua rea. Ele conta com apoio de um engenheiro de processos. J um Engenheiro de Produo pode atuar como supervisor de rea e s vezes como gerente de produo, supervisionando os trabalhos dos supervisores de rea e do engenheiro de processo (Avelar, 2011).

Implantao da Fbrica

Quando h alguma modificao ou construo de uma nova unidade, o engenheiro qumico responsvel pelo projeto da rota de processo daquela unidade e tambm pela estimativa dos custos de capital (custo da unidade em s, equipamentos e etc) e operacional desta. J o engenheiro de produo pode auxiliar nos custos dos passivos e tambm na anlise de mercado e financeira da unidade.

Otimizao de custos e qualidade do produto

Para avalizarem um bom desenvolvimento de todo os procedimentos, um engenheiro deve estar atento as novas tecnologias a serem implantas na empresa. Recursos como o uso de combustveis alternativos como coque ou um blend de leo e pet coque, garantem uma grande diminuio de custos na produo, j que o uso de combustveis para o forno e a energia eltrica consumida so os maiores gastos deste tipo de indstria. Porm, ainda segundo a Eng. rica Avelar (2011), os altos teores de enxofre desse combustvel so responsveis peloentupimentona torre de ciclones, o que diminui a disponibilidade da fabricao devido s paradas de produo. Para resolver este problema, algumas cimenteiras tm usado, recentemente, resduos orgnicos misturados a seus combustveis. Esta medida reduz o custo com o combustvel, como tambm d crditos de carbono para a cimenteira.

Reduo dos impactos ambientais

O engenheiro de processo inclui em seu cronograma de inspees o monitoramento dos gases da chamin, alm de atuar na implementao do co-processamento de resduos.

Projetos sociais

O engenheiro muitas vezes entra como um agente que esclarece dvidas da sociedade quando h algum processo de licenciamento ambiental para uma nova atividade na planta.(Avelar, 2011)

Consideraes Finais

Na forma de concreto, o cimento torna-se uma pedra artificial, que pode ganhar vrias formas e volumes de acordo com as necessidades de cada obra. Graas a estas caractersticas, o concreto o segundo material mais consumido no mundo, superado apenas pela gua. Sua importncia estende-se s reas econmica, social e ambiental, e por isso uma boa gesto de processo necessria para implantao de uma indstria cimenteira, seja no Brasil ou em qualquer lugar do mundo. A funo de um engenheiro Qumico e de Produo garantir alm da qualidade do produto, um avano tecnolgico que garanta reduo dos gastos e consumo de energia, sustentabilidade para a empresa, e aes sociais para conscientizao ambiental e esclarecimento de duvidas. Ambos tm importncia fundamental nesse processo, pois atuam juntos, em suas reas especificas desde o recebimento de matria prima das minas at a entrega do produto final ao cliente.

Referncia Bibliogrfica

GOBBO, Luciano de Andrade. Os compostos do clnquer Portland: sua caracterizao por difrao de raios-X e quantificao por refinamento de Rietveld. Dissertao (Mestrado em Recursos Minerais e Hidrogeologia). Universidade de So Paulo. So Paulo, 2003.

SNIC - Sindicato Nacional da Indstria de Cimento.Disponivel em: http://www.snic.org.br/pdf/presskit_SNIC_2010.pdf. Acesso em 02 de abril de 2011.

SELLITO, Miguel Afonso. Sistema de produo sincronizado: Uma aplicao em processos produtivos de propriedade contnuos segundo a teoria das restries.

FARENZENA, Hlio. Fabricao do cimento Portland, Aspectos Gerais, Edio Cimentec, 1995

SANTI, Auxiliadora Maria Moura; FILHO, Arsnio Oswaldo Sev. Combustveis e riscos ambientais na fabricao de cimento: casos na regio do Calcrio ao Norte de Belo Horizonte e possveis generalizaes. Campinas, 2004.

CAPURUCO, Flvio. Cimentos Portland. Apostila de fabricao de cimento Holcim. Anos diversos.

OLIVEIRA, Aline Fernandes de. Materiais de Construo. Disponvel em: http://notedi2.files.wordpress.com/2010/06/aula-mc-04_-pozolana_escoria.pdf Acesso em: 6 de abril de 2011.

REN, Maria Luisa Grillo. Uso de Tcnicas de Otimizao Robusta Multi Objetivos na Produo de Cimento. 2007. 123f. Dissertao de Mestrado (mestrado em Engenharia Mecnica) Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica, Universidade federal de Itajub, Itajub, 2007.

CARVALHO, Jos Otvio. A Indstria do Cimento e a Infraestrutura no Brasil. Disponvel em: http://www.senado.gov.br/sf/comissoes/ci/ap/AP20090511_joseotaviocarvalho.pdf Acesso em: 9 de abril de 2011

WILLS, William. Estudo 61: Indstria de cimento. Disponvel em: https://www.cedeplar.ufmg.br/pesquisas/pis/Estudo%2061.pdf Acesso em: 9 de abril de 2011)

WBCSD, 2005a. Environmental and Social Impact Assessment Guidelines. Land and Communities. World Business Council for Sustainable Development. Disponvel em www.wbcsd.org

Avelar, rica. Atuao do engenheiro qumico e de produo nos processos de fabricao do cimento. Belo Horizonte: Centro Universitrio Newton Paiva, 2011. Entrevista concedida a Carlos Eduardo Silva Ribeiro.

Anexos

Figura 1 Etapas do processo de fabricao do cimento

Figura 1. Fonte: Lafarge. Disponvel em: http://www.lafarge.com.br/wps/portal/br/2_2_1-Manufacturing_process

Figura 2 Etapas do processo de fabricao do cimento

Figura 3 Consumo de cimento no Brasil

Tabela 1 Impactos Ambientais e suas solues

(WILLS, anos diversos) e (WBCSD apud WILLS, anos diversos)

Tabela 2 Impactos Sociais

FaseImpactos BenficosImpactos NocivosSoluo

Fase de projeto

Reduo da pobreza local.Deslocamento de pessoas

Confeco do plano de reassentamento

Fase de Construo

Aumento temporrio na atividade econmica e no nmero de empregos disponveis para a comunidade local, desenvolvimento de competncias locais e um possvel aumento de financiamento de obras de infra-estrutura por parte do governo para atender o aumento populacional, desenvolvimento de nova infra-estrutura, aumento do padro de vida local, implementao de medidas gerais de higiene e seguranaFluxo de pessoas estranhas nas comunidades locais, a ruptura dos sistemas sociais e nas estruturas da comunidade, afetando valores e religio, maior demanda de servios e infra-estrutura, aumento do nmero de crimes na regio. Perigos segurana devido ao aumento de trfego nos acessos ao local do empreendimento, potenciais impactos na sade devido a rudos, poeira, vibraes, etc.

Responsabilidade do governo local.

Fase de Operao

Ajuda financeira para melhoria de bem-estar da comunidade local e de grupos desfavorecidos (melhoria no acesso da comunidade local a hospitais, etc.). Melhorias na infra-estrutura j existente na comunidade, como em hospitais e postos de sade, escolas e etc.Presso adicional sobre a infra-estrutura fsica e social existente; Impactos na sade da populao local; Rompimento das redes sociais devido ao fluxo de pessoas estranhas; Diminuio da coeso da comunidade; Aumento no nmero de crimes e de casos de conduta inadequada; Mudanas de percepes sociais (riqueza, pobreza, etc.), e Mudana de valores culturais.

Responsabilidade do governo local.

(WILLS, anos diversos) e (WBCSD apud WILLS, anos diversos)