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BRUNO BRANDINO ZUIM
REAPROVEITAMENTO ENERGÉTICO
DOS REFUGOS INDUSTRIAIS DO
PROCESSO DE ROTOMOLDAGEM A
PARTIR DA GASEIFICAÇÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à
Escola de Engenharia de São Carlos, da
Universidade de São Paulo
Curso de Engenharia Elétrica com ênfase em
Sistemas de Energia e Automação
ORIENTADOR: Prof. Dr. Valdir Schalch
São Carlos
2013
RESUMO ZUIM, B. B. Reaproveitamento energético dos refugos industriais do processo de rotomoldagem a partir da gaseificação. 2013. 140 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2013. O desenvolvimento do sistema capitalista, o crescimento populacional e o aumento da produção de bens de consumo são alguns dos fatores que contribuem para a geração crescente e, por vezes, desordenada dos resíduos sólidos no planeta. Contudo, em muitos casos não há a prática de destinação e disposição ambientalmente adequada para tais materiais. Possíveis tratamentos para os resíduos englobam processos termoquímicos de reaproveitamento energético, os quais convertem materiais de baixo valor agregado em produtos de interesse, tal como a eletricidade. Este trabalho consistiu, particularmente, na avaliação da instalação de um sistema de gaseificação em uma indústria de médio porte. A partir de um estudo de caso, foram obtidos os dados do processo de transformação de polímeros por seu processo produtivo de rotomoldagem, segundo os quais foi estimada a quantidade de energia possível de ser gerada a partir do poder calorífico da resina polimérica proveniente dos refugos industriais, sendo estes o combustível para o processo de gaseificação. A estratégia metodológica compreendeu a determinação das rotas produtivas e dos equipamentos constituintes do sistema gaseificador. Dessa forma, foram discutidas, primeiramente, as vantagens e as desvantagens da eventual utilização de tal sistema para a empresa do estudo de caso. Por fim, foi considerada tal hipótese para outros possíveis tipos de indústrias presentes no mercado, principalmente no que se refere às diferentes capacidades produtivas. Os resultados destacam, em relação à indústria alvo, que o sistema ainda não é viável, em razão de seu baixo consumo de resina polimérica. No entanto, a discussão aponta uma série de vantagens para esta aplicação em empresas de grande porte. Nestas, além de assegurarem-se demandas poliméricas satisfatórias para a geração de energia elétrica em escalas tangíveis, outros inconvenientes intrínsecos à aquisição do sistema gaseificador são também minimizados. A análise dos resultados permitiu concluir, ainda, que um processo de tratamento de resíduos, tal como a gaseificação, não propicia apenas o benefício energético, mas integra uma das possíveis medidas capazes de desenvolver plenamente um sistema de gestão ambiental empresarial. Este sistema, ao considerar a destinação correta dos resíduos em vez da simples disposição final, contemplaria aspectos econômicos e ambientais. Ao mesmo tempo, a organização fortificaria sua imagem e projetar-se-ia competitivamente no mercado, minimizando o risco de eventuais prejuízos financeiros. Palavras-chave: resíduos sólidos, reaproveitamento energético, gaseificação, refugos industriais, rotomoldagem.
ABSTRACT ZUIM, B. B. Energy recovery of the industrial scrap from the rotational molding process through gasification. 2013. 140 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2013. The development of the capitalist system, the population growth and the rising production of consumer goods are some of the factors that contribute to the growing and, at times, disordered generation of solid waste on the planet. However, in some cases there is still no environmentally sound destination and disposal conducts for such materials. Possible treatments include energy recovery through thermo chemical processes, which convert low value-added products into ones of interest, such as electricity. The present study consisted, particularly, of the evaluation of installing a gasification system in a medium-sized industry. Based on a case study, data were obtained from the polymer transformation process of its productive process of rotational molding, through which allowed to estimate the achievable amount of energy that could be generated from the calorific value of the polymer resin derived from the industrial scrap, being this one the fuel for the gasification process. The methodological strategy involved the determination of the production routes and also the constituent equipment of the gasifier system. Thus, were discussed, first, the advantages and disadvantages of the eventual use of such a system for the targeted company. This hypothesis was considered for other existing sorts of industries, especially regarding to the different productive capacities. The results revealed, concerning to the targeted industry, that the system is not yet feasible, due to its low consumption of polymer resin. Nevertheless, the discussion suggests a range of advantages for this application in large-sized companies. In these ones, besides being ensured satisfactory polymer demands for generating electricity in tangible scales, other drawbacks inherent to the acquisition of the gasifier system are also minimized. The analysis of the results led to the conclusion, moreover, that a waste treatment process, such as gasification, not only provides the energy benefit, but integrates one of the suitable measures for developing a fully corporate environmental management system. This system, by addressing a proper waste management instead of its simple final disposal, would contemplate both economic and environmental aspects. At the same time, the organization would fortify its image and project itself competitively in the market, minimizing the risk of any financial losses. Keywords: solid waste, energy recovery, gasification, industrial scraps, rotational molding.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Abreviatura/Sigla Descrição
A Cinzas
ABELPRE Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e
Resíduos especiais
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABQUIM Associação Brasileira da Indústria Química
ABS Acrilonitrila butadieno estireno
ADN ou DNA Ácido Desoxirribonucléico
ANNEL Agência Nacional de Energia Elétrica
ASTM American Society for Testing and Materials
BEN Balanço Energético Nacional
BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social
BR Borracha de Polibutadieno
C Carbono
CD Compact Disc (Disco Laser)
CEMPRE Compromisso Empresarial para a Reciclagem
CMM Crescimento Mensal Médio
CMMAD Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento
CNUMAD Conferência das Nações Unidas de Meio Ambiente e
Desenvolvimento
CONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente
CP Capacidade Produtiva
DPMM Demanda Polimérica Mensal Média
EG Eficiência do Gaseificador
EGM Eficiência Global do MACI
EIA Estudo de Impacto Ambiental
ET Energia Térmica
ETA Estação de Tratamento de Água
ETE Estação de Tratamento de Esgoto
ETS Eficiência Total do Sistema
EVA Espuma Vinílica Acetinada
FU Fator de Utilização
H Hidrogênio
IBAMA Instituto Brasileiro do Meio Ambiente e dos Recursos Naturais
Renováveis
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IMNC Índice Médio de Não Conformidade
INC Índice de Não Conformidade
IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry
MACI Motor Alternativo de Combustão Interna
MCC Material Contendo Carbono
MP Massa Polimérica Mensal Média
N Nitrogênio
NBR Borracha Nitrilica
O Oxigênio
ONU Organização das Nações Unidas
PA Poliamida
PC Poder Calorífico
PCI Poder Calorífico Inferior
PCS Poder Calorífico Superior
PE Polietileno
PEAD Polietileno de Alta Densidade
PEBD Polietileno de Baixa Densidade
PELBD Polietileno Linear de Baixa Densidade
PET Poli (tereftalado de etileno)
PEUAPM Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular
PEUBD Polietileno de Ultra Baixa Densidade
PI Potência Instalada
PIB Produto Interno Bruto
PMMA Polimetil Metacrilato
PNRS Política Nacional dos Resíduos Sólidos
POM Polióxidometileno (Poliacetal)
PP Polipropileno
ppm Partes por Milhão
PS Poliestireno
PT Potência Térmica
PTFE ou TEFLON Politetrafluoretileno
PVC Policloreto de Vinila
PVDC Policloreto de Vinilideno
PVF Polifluoreto de Vinila
QP Quantidade Processada
RIMA Relatório de Impacto Ambiental
RS Resíduos Sólidos
RSS Resíduos de Serviço da Saúde
RSU Resíduos Sólidos Urbanos
S Enxofre
SBR Borracha de Butadieno Estireno
SISNAMA Sistema Nacional do Meio Ambiente
SNVS Sistema Nacional de Vigilância Sanitária
TG Turbinas ou Microturbinas a Gás
TU Tempo de Utilização
VM Vazão Mássica
W Umidade
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 12
1.1. A problemática dos resíduos sólidos ....................................................................... 13
1.2. Desenvolvimento sustentável .................................................................................. 15
2. OBJETIVOS .................................................................................................................. 18
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................... 19
3.1. Resíduos sólidos ..................................................................................................... 19
3.1.1. Definições ......................................................................................................... 20
3.1.2. Conceitos iniciais .............................................................................................. 21
3.1.3. Caracterização ................................................................................................. 22
3.1.3.1. Composição elementar .............................................................................. 23
3.1.3.2. Poder calorífico .......................................................................................... 24
3.1.4. Classificação .................................................................................................... 25
3.1.5. Acondicionamento e armazenamento ............................................................... 26
3.1.6. Coleta e transporte ........................................................................................... 27
3.1.7. Tratamento e destinação final ........................................................................... 29
3.1.7.1. Triagem ...................................................................................................... 30
3.1.7.2. Reciclagem ................................................................................................ 31
3.1.7.3. Compostagem ............................................................................................ 33
3.1.7.4. Digestão anaeróbia .................................................................................... 34
3.1.7.5. Incineração ................................................................................................ 35
3.1.8. Disposição final ................................................................................................ 36
3.2. Polímeros ................................................................................................................ 39
3.2.1. Nomenclatura ................................................................................................... 39
3.2.2. Histórico ........................................................................................................... 41
3.2.3. Origem e utilização ........................................................................................... 42
3.2.4. Classificação .................................................................................................... 44
3.2.5. Polietileno ......................................................................................................... 46
3.2.5.1. Polietileno linear de baixa densidade ......................................................... 48
3.2.6. Biodegradação e reciclagem ............................................................................ 50
3.3. Processos produtivos industriais de transformação de polímeros ........................... 52
3.3.1. Moldagem por injeção ...................................................................................... 53
3.3.1.1. Histórico ..................................................................................................... 53
3.3.1.2. Etapas gerais do processo ......................................................................... 54
3.3.1.3. Tipos de injeção ......................................................................................... 55
3.3.1.4. Máquinas de injeção .................................................................................. 55
3.3.1.5. Parâmetros do processo ............................................................................ 57
2.3.2. Extrusão ........................................................................................................... 58
3.3.2.1. Histórico ..................................................................................................... 59
3.3.2.2. Etapas gerais do processo ......................................................................... 60
3.3.2.3. Tipos de extrusão ....................................................................................... 61
3.3.2.4. Máquinas de extrusão ................................................................................ 63
3.3.2.5. Parâmetros do processo ............................................................................ 64
2.3.3. Rotomoldagem ................................................................................................. 64
3.3.3.1. Histórico ..................................................................................................... 65
3.3.3.2. O processo ................................................................................................. 68
3.3.3.2.1. Dosagem do pó ................................................................................... 69
3.3.3.2.2. Aquecimento do molde ........................................................................ 69
3.3.3.2.3. Resfriamento e rotação ........................................................................ 72
3.3.3.2.4. Desmoldagem ..................................................................................... 73
3.3.3.3. Matéria-prima ............................................................................................. 73
2.3.3.3.1. Moagem .............................................................................................. 73
3.3.3.3.2. Pigmentação ........................................................................................ 75
3.3.3.4. Tipos de máquinas ..................................................................................... 76
3.3.3.4.1 Rock and Roll ....................................................................................... 76
3.3.3.4.2. Clamshell ............................................................................................. 76
3.3.3.4.3. Shuttle ................................................................................................. 77
3.3.3.4.4. Turret ................................................................................................... 78
3.3.3.5. Vantagens e limitações .............................................................................. 78
3.3.4 Outros processos .............................................................................................. 79
3.3.4.1. Moldagem por sopro .................................................................................. 79
3.3.4.2. Termoformagem ......................................................................................... 80
3.3.4.3. Calandragem ............................................................................................. 81
3.3.4.4. Moldagem por compressão ........................................................................ 82
3.4. Aproveitamento energético ..................................................................................... 83
3.4.1. Pirólise .............................................................................................................. 85
3.4.2. Gaseificação ..................................................................................................... 87
3.4.2.1. Tipos de gaseificadores ............................................................................. 91
3.4.2.1.1. Gaseificadores de leito fixo .................................................................. 92
3.4.2.1.1.1. Gaseificador contracorrente .......................................................... 92
3.4.2.1.1.2. Gaseificador co-corrente ............................................................... 94
3.4.2.1.2. Gaseificadores de leito fluidizado ........................................................ 95
3.4.2.1.2.1. Gaseificador de leito fluidizado circulante ...................................... 95
3.4.2.1.2.2. Gaseificador de leito fluidizado borbulhante .................................. 96
2.4.2.2. Comparação entre gaseificadores .............................................................. 97
3.4.2.3. Limpeza do gás de síntese......................................................................... 98
3.4.2.4. Utilização do gás de síntese ..................................................................... 105
3.4.2.4.1. Aproveitamento térmico ..................................................................... 106
3.4.2.4.2. Geração de energia e elétrica ............................................................ 106
3.4.2.4.2.1. Motores alternativos de combustão interna ................................. 107
3.4.2.4.2.2. Motores stirling ............................................................................ 108
3.4.2.4.2.3. Turbinas a gás ............................................................................ 110
3.4.2.4.2.4. Células a combustível ................................................................. 111
4. ESTUDO DE CASO..................................................................................................... 113
4.1 Dados obtidos ........................................................................................................ 115
5. METODOLOGIA .......................................................................................................... 117
5.1. Considerações iniciais........................................................................................... 117
5.2. Taxa de geração de refugos ................................................................................. 118
5.3. Vazão mássica ...................................................................................................... 119
5.4. Potência térmica ................................................................................................... 120
5.5. Especificação do reator de gaseificação ............................................................... 121
5.6. Eficiência total do sistema ..................................................................................... 122
5.7. Capacidade produtiva ........................................................................................... 123
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 124
7. CONCLUSÕES ........................................................................................................... 129
8. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 132
12
1. INTRODUÇÃO
Pode-se definir industrialização como um processo de modernização pelo qual os
meios de produção de uma sociedade passam, trazendo como consequências diretas o
aumento da produtividade e a alteração da dinâmica das relações sociais.
Na Idade Média, técnicas avançadas de manufatura, agricultura e artesanato
iniciaram e conduziram os povos a um avanço na produção, sendo estes os primeiros
fomentos ao desenvolvimento industrial. O primeiro país do mundo a atravessar uma fase
de pleno desenvolvimento industrial foi a Inglaterra. No século XVIII, houve a chamada
Primeira Revolução Industrial, momento a partir do qual este país passou a basear seu
desenvolvimento econômico nas indústrias. Essa fase teve como principais características
desde a invenção da máquina a vapor à exploração dos trabalhadores, dentre outros
fatores, os quais impulsionaram o estabelecimento do sistema capitalista na economia.
A Segunda Revolução Industrial, ocorrida no século XIX, esteve inserida no
contexto do Imperialismo, em que os países partiam em busca de novas áreas e territórios
de influência por todo o mundo. Assim, poderiam vender seus produtos industrializados e
obter matérias-primas necessárias às suas indústrias. Pode-se dizer que essa Revolução
acabou por expandir os principais grupos de países detentores de tecnologias e produções
industriais, sendo um período caracterizado pela descoberta e utilização da energia elétrica
e o uso do petróleo como importante matéria-prima dos processos industriais.
Em um cenário mais contemporâneo, a Terceira Revolução Industrial, por sua vez,
pode ser caracterizada pelo uso da informática e da telemática, as quais atribuíram maior
velocidade às relações de trabalho e produção. Comparado a países como os Estados
Unidos ou Japão, o Brasil sem dúvida iniciou com certo atraso seu processo de
industrialização, experimentando um desenvolvimento industrial mais vigoroso e
representativo apenas no governo de Getúlio Vargas, a partir do qual se investiu
fortemente na industrialização de base. Em um segundo momento, no governo de
Juscelino Kubitscheck, houve outro significativo desenvolvimento das indústrias de
produção de bens de consumo, junto à proliferação das empresas multinacionais.
Nas décadas de 70, 80 e 90, a industrialização do Brasil continuou a se
desenvolver, embora o país tenha sofrido alguns períodos de estagnação e crises
econômicas. Mudanças de governos e moedas, criação de novas leis, dentre outros
acontecimentos, marcaram essa transformação no cenário brasileiro. Atualmente, o Brasil
desfruta de um extenso parque industrial, capaz de produzir e distribuir uma vasta gama de
produtos por seu território. Embora grande parcela da indústria nacional ainda seja voltada
às commodities, o que atribui ao país certa carência ou até mesmo dependência em
13
alguns setores de tecnologia mais fina e elaborada, o parque industrial brasileiro vem
passando por uma intensa fase de transformação, buscando acompanhar as tendências da
crescente urbanização e do exacerbado aumento do consumo por grande parte da
população. Nesse contexto, o mundo corporativo indubitavelmente se reestrutura, na
incessante busca de sua parcela do mercado e da maximização de seus lucros, através da
competitividade comercial.
É de se esperar, porém, que essa dinâmica traga graves consequências ao meio
ambiente e ao próprio Homem, como a futura escassez dos recursos naturais, a
transformação do meio físico, a perspectiva da crise energética e do esgotamento da água
potável, o aumento do volume de resíduos produzidos e a problemática de sua disposição,
dentre outros problemas. A produção de resíduos, embora inerente a toda e qualquer
forma de vida ou atividade, vem se acelerando de forma exponencial em vista dessa
dinâmica.
Diante de possíveis entraves ao seu próprio desenvolvimento, não resta alternativa
ao Homem que não se preocupar em resolvê-los ou ao menos minimizá-los. Dessa forma,
aquela antiga visão, da Natureza como fonte inesgotável de recursos materiais e
energéticos e que possui capacidade infinita de deposição e depuração é aos poucos
substituída por um modelo com base no ciclo de vida e integração da gestão dos resíduos.
Segundo Zanin (2004), esse conceito requer a montagem de um sistema complexo de
procedimentos e ações em que a quantidade de resíduos a ser reaproveitada dentro de um
sistema produtivo ou de consumo seja cada vez maior e que a quantidade a ser disposta,
menor.
1.1. A problemática dos resíduos sólidos
No início do século XXI, com uma população estimada de 6,2 bilhões, eram
gerados mais de um bilhão de toneladas de resíduos sólidos por ano (ZANIN, 2004).
Segundo Borges (2000), em 2000, o Brasil produziu o dobro da quantidade de resíduos
que produzia 15 anos antes.
Sabe-se, por certo, que estes índices de produção de resíduos estão intimamente
ligados tanto ao crescimento populacional quanto às mudanças de comportamento da
sociedade. Como consequência inevitável deste processo, tem-se uma série de impactos
ambientais. O agravamento da situação ambiental iniciou-se após a Revolução Industrial,
já que as tecnologias desenvolvidas resultaram em uma melhora nas condições de vida da
sociedade e geraram significativo crescimento populacional. Nesse contexto, já se tornava
14
irreversível o processo de desenvolvimento de técnicas de produção em massa, visando
atender a demanda crescente de consumo. Os processos industriais passaram a gerar
produtos em velocidade cada vez maior, contribuindo para o aumento da produção de
resíduos, seja durante o processo de fabricação, seja pelo estímulo ao consumo.
Entretanto, é sabido que a elevada geração de resíduos não caminha em parceria
com o descarte correto. Segundo a (Associação Brasileira de Empresas de Limpeza
Pública e Resíduos Especiais – ABRELPE, 2012), dos 64 milhões de toneladas de
resíduos produzidos pela população, 24 milhões (37,5%) foram enviados para destinos
inadequados. Assim, a adequada destinação desses resíduos representa um dos maiores
desafios para o Brasil e para a humanidade.
De acordo com o Panorama dos Resíduos Sólidos produzido anualmente pela
Abrelpe, cerca de três mil cidades, 54% do total, incluindo as capitais Belém e Brasília,
ainda enviam resíduos para destinos inadequados. Além disso, o desconhecimento dos
brasileiros em relação ao destino dos resíduos também é preocupante. De acordo com o
estudo Consumo Sustentável da WWF-Brasil (2013), uma em cada três pessoas não faz
ideia para onde vão os próprios resíduos produzidos em sua casa.
É fato que faltam os investimentos necessários para avançar na coleta e destinação
correta dos resíduos sólidos, mas práticas sustentáveis na hora de consumir ainda são
deixadas de lado por grande parte dos brasileiros. É o que revela outros dados do estudo
Consumo Sustentável. O valor do produto, por exemplo, é considerado um aspecto
fundamental por 70% dos entrevistados. Características do produto ligadas à
sustentabilidade, no entanto, como os meios utilizados na produção, o tempo que o
produto leva para desaparecer na natureza e o fato de a embalagem ser reciclável, ficam
em segundo plano (WWF-Brasil, 2013).
Vive-se, pois, em meio à problemática dos resíduos sólidos. O sistema capitalista, o
crescimento populacional, o aumento da produção de bens de consumo, dentre outros
fatores, parecem não ceder de forma alguma, enquanto a geração massiva de resíduos
continuará sendo inerente a tais avanços. Contudo, não há como dispor eterna e
adequadamente todos esses resíduos, o que pode configurar, no futuro, uma situação de
calamidade.
Aprovada em 2010, a Política Nacional de Resíduos Sólidos (PNRS) foi elaborada
para organizar e definir a forma como o país deve tratar seus resíduos, a partir de
definições e conceitos estabelecidos com rigor. Depois de sua aprovação foi criado, ainda,
o Plano Nacional de Resíduos Sólidos, que determina para 2014 o fechamento dos lixões
a céu aberto, dando lugar à construção de aterros sanitários apropriados. Como
penalidade, os municípios que não cumprirem a determinação serão enquadrados por
crimes ambientais.
15
É perceptível, portanto, que embora a problemática da geração de resíduos e sua
disposição final ainda sejam alarmantes, algumas ações estão sendo colocadas em
prática, na tentativa de frear este processo. Ainda que não sejam suficientes para alterar
completamente o cenário ambiental, social e econômico do Brasil, no que se refere ao
manejo adequado dos resíduos sólidos, deixam claro por onde se deve começar.
1.2. Desenvolvimento sustentável
Segundo Agra Filho (2012), para atender às suas necessidades básicas, a
sociedade interfere no ambiente, provocando alterações sensíveis em suas condições
naturais. Desse modo, torna-se indispensável o entendimento do processo de geração dos
impactos ambientais como consequência dos processos dinâmicos e interativos que
ocorrem entre os diversos componentes do ambiente natural e social.
Em geral, os problemas ambientais emergem da inadequação ou insustentabilidade
dos próprios padrões de produção e de consumo da sociedade que, por sua vez,
constituem o seu modelo de desenvolvimento (MAIA e GUIMARÃES, 1997). Em meio a
esse paradoxo de desenvolvimento e à necessidade de práticas ambientalmente mais
corretas, surge o conceito de desenvolvimento sustentável.
Há muito anos já se considerava a ideia da necessidade de ao menos tentar impor
limites ao crescimento desordenado da sociedade. Diante dessa polêmica, a Organização
das Nações Unidas (ONU) decidiu realizar a primeira “Conferência Mundial sobre o
Ambiente Humano”, em 1972, na cidade de Estocolmo.
Apesar das controvérsias e da heterogeneidade de interesses envolvidos, os
princípios e recomendações resultantes dessa conferência representaram um marco no
enfoque conceitual do desenvolvimento. Proclama-se a falência do modelo de
desenvolvimento existente e preconiza-se a necessidade de alternativas à qualidade do
crescimento e que se reconheça o ambiente como dimensão fundamental e base de sua
sustentação.
As iniciativas e manifestações internacionais evoluíram para a criação da Comissão
Mundial sobre o Meio Ambiente, também instituída pela ONU, que resultou no relatório
“Nosso Futuro Comum”. Nesse documento propôs-se a seguinte definição para o
desenvolvimento sustentável: “é o desenvolvimento que atende às necessidades do
presente sem comprometer a possibilidade das gerações futuras atenderem a suas
próprias necessidades” (CMMAD, 1988).
16
Através dos compromissos firmados na Conferência das Nações Unidas de Meio
Ambiente e Desenvolvimento (CNUMAD, 1997), os governos nacionais consolidaram a
perspectiva de se redirecionarem os processos de crescimento econômico vigentes para
um novo modelo de desenvolvimento regido pela integração e sustentabilidade nas suas
dimensões sociais, econômicas, ecológicas, geopolíticas e culturais (SACHS, 1993).
Esse desenvolvimento considera, como suas características fundamentais, a
equidade na distribuição dos bens econômicos e ecológicos, o consenso social dos seus
propósitos econômicos e a prudência na apropriação dos recursos ambientais
(ACSELRAD, 1997; SACHS, 1993). Ainda para este último autor, o planejamento do
desenvolvimento deve considerar as seguintes dimensões do ecodesenvolvimento:
Sustentabilidade social: prega a construção de uma civilização com maior
equidade na distribuição de rendas e bens, de modo a reduzir o abismo entre os
padrões de vida dos ricos e dos pobres.
Sustentabilidade cultural: inclui a procura de raízes endógenas de processos de
modernização e de sistemas agrícolas integrados; processos que busquem
mudanças dentro da continuidade cultural e que traduzam o conceito normativo
de ecodesenvolvimento em um conjunto de soluções específicas para o local, o
ecossistema, a cultura e a área.
Sustentabilidade econômica: deve ser viabilizada através da alocação e do
gerenciamento mais eficiente dos recursos e de um fluxo constante de
investimentos públicos e privados. A eficiência econômica deve ser avaliada em
termos macrossociais, e não apenas através do critério da rentabilidade
empresarial de caráter microeconômico.
Sustentabilidade espacial: deve ser dirigida para a obtenção de uma
configuração rural-urbana mais equilibrada e uma melhor distribuição territorial
de assentamentos urbanos e atividades econômicas, com ênfase no que segue:
Reduzir a concentração excessiva nas áreas metropolitanas;
Frear e reverter a destruição de ecossistemas frágeis, mas de
importância vital;
Promover a agricultura e a exploração agrícola das florestas através de
técnicas modernas e regenerativas altamente controladas;
Explorar o potencial da industrialização descentralizada, acoplada à
nova geração de tecnologias;
Criar uma rede de reservas naturais e de biosfera, para proteger a
biodiversidade.
Sustentabilidade ecológica: pode ser aperfeiçoada utilizando-se das seguintes
ferramentas:
17
Ampliar a capacidade de carga do planeta Terra intensificando o uso do
potencial de recursos dos diversos ecossistemas, com um mínimo de
danos aos sistemas de sustentação da vida;
Limitar o consumo de combustíveis fósseis e de outros recursos e
produtos que são facilmente esgotáveis ou danosos ao meio ambiente,
substituindo-os por recursos ou produtos renováveis e/ou abundantes,
usados de forma não agressiva ao meio ambiente;
Reduzir o volume de resíduos e de poluição, através da conservação de
energia e de recursos e da reciclagem;
Promover a autolimitação no consumo de materiais;
Intensificar a pesquisa para a obtenção de tecnologias de baixo teor de
resíduos e eficientes no uso de recursos para o desenvolvimento
urbano, rural e industrial;
Definir normas para uma adequada proteção ambiental através de
instrumentos econômicos, legais e administrativos necessários para o
seu cumprimento.
A efetivação da sustentabilidade compreenderia, portanto, o atendimento e
aplicação de todas essas condições, o que representa, incontestavelmente, um dos
maiores desafios para a humanidade. Por fim, este trabalho se baseia, principalmente, nos
aspectos da sustentabilidade ecológica aliados aos da sustentabilidade econômica.
18
2. OBJETIVOS
O objetivo principal deste Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) consistiu na
realização de um estudo de caso em uma indústria de transformação de polímeros pelo
processo de rotomoldagem. Foram obtidos, essencialmente, os dados de consumo de
matéria-prima desta indústria, bem como a geração de produtos não conformes pelo
processo produtivo.
A partir destes dados, estimou-se a quantidade de energia possível de ser gerada a
partir do poder calorífico da resina polimérica, ou seja, da utilização da matéria-prima
presente nos produtos não conformes como combustível para o processo de gaseificação.
Para isso, foram traçadas rotas produtivas e definidos os equipamentos constituintes do
sistema gaseificador.
De acordo com a análise da escala de grandeza da potência obtida, foram
estabelecidas comparações entre as vantagens e as desvantagens da eventual utilização
de um sistema de gaseificação para esse tipo de aplicação. Por fim, estendeu-se esta
análise a outros casos, englobando diferentes capacidades e características produtivas
das indústrias de transformação de polímeros existentes no mercado.
19
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo visa a contextualizar a proposta deste trabalho, a partir da reunião de
conceitos, definições e diferentes opiniões de diversos autores com relação a todos os
assuntos pertinentes ao completo desenvolvimento dos objetivos e da metodologia
apresentada.
3.1. Resíduos sólidos
O desenvolvimento da sociedade é impossível sem a geração de resíduos, que
compreende desde sobras de alimentação e entulhos provenientes de construções, até
baterias e carcaças de eletroeletrônicos, cuja geração é acelerada pelo consumo cada vez
maior e mais diversificada da população. Diante desse cenário surge o problema de como
geri-los e gerenciá-los.
Felizmente, a sociedade atual tem visto o problema de maneira diferenciada, dando
importância que revela avanços significativos no que se refere à produção, tratamento e
disposição final de resíduos sólidos. Tem havido, gradativamente, uma maior abertura do
tema no âmbito político, sendo inúmeras vezes tema central de discussões e assuntos
abordados pela mídia.
Neste sentido, a palavra lixo, associada a qualquer coisa imprestável, nociva e que
não possui valor, passa a ser substituída por resíduo, passando a sugerir outra concepção,
segundo a qual se muda drasticamente a abordagem do assunto. Enquanto se define o
lixo, de forma simplista, como tudo aquilo que na realidade não tem mais função e pode
ser descartado, a nova perspectiva permite várias alternativas para os resíduos sólidos:
Evitar a produção de certos resíduos;
Diminuir sua produção ou a quantidade de materiais poliméricos utilizados nas
embalagens dos produtos;
Reutilizá-los antes de considerar uma alternativa mais complexa;
Submetê-los ao processo de reciclagem;
Aproveitá-los energeticamente, ou seja, utilizar a energia presente nos resíduos
através de processos químicos, físicos ou biológicos;
Inertizar e dispor os resíduos sem valor (rejeitos).
Cada uma dessas opções apresenta, sem dúvidas, certas dificuldades e não são
facilmente realizáveis. A opção de evitar a produção de certos resíduos, por exemplo, não
20
é de simples execução no que diz respeito aos principais bens de consumo. Assim, deve-
se considerar a viabilidade das estratégias em cada situação.
Essencialmente, este capítulo visa a abordar os diversos aspectos dos resíduos
sólidos, desde sua definição e características até formas de disposição final. São tratados,
ainda, conceitos que dizem respeito à gestão e gerenciamento destes materiais.
3.1.1. Definições
A literatura de resíduos sólidos apresenta, sem dúvidas, diversos conceitos e
abordagens para o assunto. Segundo a (Associação Brasileira de Normas Técnicas -
ABNT, 2004), resíduos sólidos são
“resíduos nos estados sólido ou semissólido, que resultam de atividade da comunidade de origem: industrial, doméstica, comercial, agrícola, de serviços e de varrição. Ficam incluídos nesta definição os lodos provenientes dos sistemas de tratamento de água, aqueles gerados em equipamentos e instalações de controle de poluição, bem como determinados líquidos cujas particularidades tornem inviável o lançamento na rede pública de esgotos ou corpos d’água, ou exijam, pra isso, soluções técnica e economicamente inviáveis face à melhor tecnologia prática disponível”.
Outra definição relevante é a contida na Agenda 21, na qual consta que resíduos
sólidos
“compreendem todos os restos domésticos e resíduos não perigosos, tais como os resíduos comerciais e institucionais, o lixo da rua e os entulhos de construção. Em alguns países, o sistema de gestão dos resíduos sólidos também se ocupa dos resíduos humanos, tais como excrementos, cinzas de incineradores, sedimentos de fossas sépticas e de instalações de tratamento de esgoto. Se manifestarem características perigosas, esses resíduos devem ser tratados como resíduos perigosos” (CNUMAD, 1997).
Vale observar, ainda, a definição da Legislação norte-americana que define
resíduos sólidos como
“qualquer tipo de lixo, refugo, lodo de estação de tratamento de esgoto, de tratamento de água ou de equipamento de controle de poluição de ar e outros materiais descartados, incluindo sólidos, líquidos, semissólidos, gases em contêineres resultantes de operações industriais, comerciais, de mineração e agrícolas, e de atividades da comunidade, porém não inclui sólidos ou materiais dissolvidos e esgoto doméstico, sólidos ou materiais dissolvidos na água de fluxo de retorno em irrigação e descargas pontuais” (USA 1989).
21
Por fim, a Lei nº 12.305, que constitui a PNRS, estabelece, em seu inciso XVI do
Artigo 3º, que são considerados resíduos sólidos três grandes grupos de materiais:
1. Material, substâncias, objetos ou bens descartados resultantes de atividades
humanas em sociedade, nos estados sólido ou semissólido;
2. Líquidos cujas particularidades tornem inviável o seu lançamento na rede pública
de esgotos ou em corpos de água, ou exijam, para isso, soluções técnica ou
economicamente inviáveis em face da melhor tecnologia disponível;
3. Gases contidos em recipientes (BRASIL, 2010).
Outra definição importante com relação ao resíduo consiste na avaliação de sua
periculosidade. Esta característica é atribuída a um resíduo que, em função de suas
propriedades físicas, químicas ou infecto-contagiosas, pode apresentar (ABNT, 2004):
a) Risco à saúde pública, provocando mortalidade, incidência de doenças ou
acentuando seus índices;
b) Risco ao meio ambiente, quando o resíduo for gerenciado de forma inadequada.
3.1.2. Conceitos iniciais
Embora criteriosamente definidos pela PNRS, vale reiterar que os resíduos sólidos
englobam os gases e líquidos, uma vez que, se o gás contido no recipiente não pudesse
ser considerado resíduo sólido, este deveria ser completamente removido do recipiente, o
que muitas vezes não é viável. Em outras palavras, se os gases não fossem assim
considerados, embalagens só poderiam ser descartadas caso se fizesse vácuo dentro
delas, o que é um contrassenso (SOUTO e POVINELLI, 2012).
Quanto aos líquidos, o fato de poder considerá-los como resíduos sólidos permite
que líquidos perigosos sejam acondicionados em tambores e dispostos em aterros de
resíduos industriais. Por fim, o termo “semissólido” permite que os lodos de estações de
tratamento de água (ETA) e de tratamento de esgoto (ETE) sejam gerenciados como
resíduos sólidos e, como tais, dispostos em aterros, desde que atendidos determinados
requisitos (SOUTO e POVINELLI, 2012).
A PNRS também formalizou os conceitos de “destinação final ambientalmente
adequada dos resíduos” e “disposição final ambientalmente adequada dos rejeitos”, duas
definições distintas, embora complementares (BRASIL, 2010).
Um resíduo passa a ser chamado de rejeito quando se esgotarem todas as
possibilidades de tratamento e recuperação por processos tecnológicos disponíveis e
22
economicamente viáveis, de modo que não haja alternativa que não seja a disposição final
ambientalmente adequada (BRASIL, 2010).
Dessa forma, o que se entende por “destinação final ambientalmente adequada” é o
encaminhamento dos resíduos para reutilização, reciclagem, compostagem,
aproveitamento energético, dentre outras destinações admitidas pelo poder público, no
intuito de evitar danos ou riscos à saúde pública e à segurança, minimizando, ainda, os
impactos ambientais negativos (BRASIL, 2010).
Já a “disposição final ambientalmente adequada” se refere exclusivamente aos
rejeitos, consistindo na sua disposição ordenada em aterros. Como a disposição final
também é um tipo de destinação final, ela também deve evitar os mesmos aspectos
negativos da “destinação final ambientalmente adequada”, segundo a Brasil (2010).
Por fim, vale ressaltar que esta política também instituiu a responsabilidade
compartilhada pelo ciclo de vida dos produtos. Isto significa que, atualmente, os
fabricantes, distribuidores, comerciantes, titulares dos serviços públicos de limpeza urbana
e manejo de resíduos sólidos e os próprios consumidores são responsáveis pelos resíduos
em geral.
3.1.3. Caracterização
As características dos resíduos sólidos basicamente determinam a classificação
dos resíduos e, consequentemente, a forma de manuseio e operação. Algumas das
características importantes são (PHILLIPI JR., 2005):
Densidade aparente, medida em unidade de massa por unidade de volume;
Umidade, em porcentagem de massa;
Composição qualitativa, que corresponde à lista dos materiais e substâncias de
interesse presentes nos resíduos;
Composição quantitativa, que corresponde à quantidade percentual dos
materiais ou à quantidade massa/massa de substâncias de interesse;
Caracterização química, que corresponde à quantificação dos elementos
químicos presentes ou ao comportamento do resíduo submetido a testes
químicos específicos, como lixiviação, solubilização e combustão.
Neste trabalho, se faz necessária uma abordagem mais específica de dois
conceitos envolvidos na caracterização química dos resíduos sólidos: a composição
elementar e o poder calorífico destes materiais.
23
3.1.3.1. Composição elementar
A análise química elementar corresponde à porcentagem em massa dos principais
componentes que constituem a biomassa e outros materiais contendo carbono. Os
elementos considerados são: carbono (C), hidrogênio (H), enxofre (S), oxigênio (O),
nitrogênio (N), cinzas (A) e umidade (W).
A composição elementar é característica fundamental e de extrema importância do
combustível e constitui a base para a análise de processos como a combustão e a
gaseificação. A quantidade de ar necessária para alimentar o processo, o volume de gases
de saída e sua composição e o poder calorífico são determinados e calculados a partir
desse conceito.
Nos cálculos de combustão ou gaseificação da biomassa, por exemplo, utiliza-se a
composição em base úmida. Nos manuais e publicações especializados, os valores da
composição elementar dos combustíveis são apresentados em base seca e em base
combustível, o que os torna independentes de eventuais variações nos teores de umidade
e cinzas. Cabe mencionar, porém, que em casos no quais o material já se encontre seco
antes de alimentar tais processos de recuperação energética, deve-se considerar a base
seca ou anular a umidade nos cálculos dos demais parâmetros.
Na Tabela 3.1 é mostrada uma comparação da composição elementar de alguns
materiais como madeira, plástico, papel e papelão.
Combustível
Elemento
%C %H %O %N %S %Cinzas %W PCS(MJ/kg)
Resto de Alimento 48 6,4 37,6 2,6 0,4 5 0 18,82
Papel e papelão 44 6 44 0,3 0,2 6,8 0 16,33
Têxteis 55 6,6 31,2 4,6 0,15 2,5 0 22,07
Madeira 49,5 6 42,7 0,2 0,1 1,5 0 18,32
Plástico 60 7,2 22,8 0 0 10 0 25,28
Tabela 3.1: Composição elementar e PCS de alguns combustíveis (SANNER et al., 1970).
Observa-se que o plástico, embora contenha a maior porcentagem de carbono
dentre os materiais apresentados, apresenta a mais alta porcentagem de cinzas. Por outro
lado, o papel e o papelão, quando comparados ao plástico, por exemplo, chegam a
apresentar o dobro de oxigênio, em porcentagem, em suas composições.
24
3.1.3.2. Poder calorífico
O poder calorífico (PC) pode ser definido como a quantidade de energia liberada na
forma de calor durante a combustão completa de um determinado combustível. O valor
dessa propriedade pode variar muito de acordo com o teor de umidade do combustível.
O Poder Calorífico Superior (PCS) considera que a água presente no combustível
não evapora junto aos gases de combustão, enquanto o Poder Calorífico Inferior (PCI)
considera que a água presente no combustível seja toda vaporizada junto a tais gases. É
importante ressaltar que para vaporizar a água presente na biomassa necessita-se de
energia, o que justifica o PCS ser maior que o PCI.
O PC pode ser determinado através da combustão de uma amostra analisada em
uma bomba calorimétrica. Entretanto, se estes valores não estão disponíveis, é possível
determiná-los a partir de inúmeras relações matemáticas obtidas empiricamente, tendo
como referência a composição elementar do resíduo em análise. O cientista russo Dimitri
Mendeleiev descreveu a primeira fórmula para calcular o PCI de um combustível, como
mostrado na Equação 3.1:
W%12,25S%O%85,108H%95,1029C%13,339PCI (3.1)
A Equação 3.2 representa, por sua vez, uma fórmula para a determinação do PCS
de um combustível (YOUNG, 2010).
W11,2S51,10O34,10H83,111C91,34PCS (3.2)
Elucidativamente, na tabela 3.2 são relacionados, segundo Young (2010), os
poderes caloríficos de alguns resíduos sólidos que compõem o RSU. Neste caso, suas
respectivas umidades foram consideradas para efeito da obtenção daquela grandeza.
Tipo de resíduo sólido Poder Calorífico (kJ/kg) Umidade (%)
Resíduo de comida 4.600 70,0
Papel 16.700 6,0
Plástico 32.500 2,0
Têxtil 17.500 10,0
Borracha 23.300 2,0
Madeira 18.600 60,0
Tabela 3.2: Poder calorífico de alguns resíduos que compõe o RSU (YOUNG, 2010).
25
3.1.4. Classificação
A classificação de resíduos sólidos envolve uma série de aspectos, tais como a
identificação do processo ou atividade que lhes deu origem, suas características e seus
constituintes. Estes últimos ainda são comparados com listagens de resíduos e
substâncias cujo impacto à saúde e ao meio ambiente já é conhecido. A identificação dos
constituintes a serem avaliados na caracterização do resíduo deve ser criteriosa e
estabelecida de acordo com as matérias-primas, os insumos e o processo que lhe deu
origem (ABNT, 2004).
Ainda para efeitos da norma NBR 10004 (ABNT, 2004), os resíduos são
classificados em:
Resíduos classe I - Perigosos: aqueles que apresentam periculosidade,
conforme definido em 3.4.1 ou outra característica, como inflamabilidade,
corrosividade, reatividade, toxicidade, patogenicidade, dentre outros atributos
também definidos pela norma;
Resíduos classe IIA – Não perigosos e não inertes: aqueles que não se
enquadram nas classificações de resíduos classe I ou de resíduos classe II B.
Os resíduos classificados na classe II A podem apresentar propriedades tais
como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água;
Resíduos classe II B – Resíduos não perigosos e inertes: são resíduos que,
quando amostrados de uma forma representativa, segundo a ABNT NBR 10007,
e submetidos a um contato dinâmico e estático com água destilada e deionizada,
à temperatura ambiente, conforme a ABNT NBR 10006, não tiverem nenhum de
seus constituintes solubilizados a concentrações superiores aos padrões de
potabilidade da água, excetuando-se aspecto, cor, turbidez, dureza e sabor. São
as rochas, tijolos, vidros e certos plásticos e borrachas que não são
decompostos facilmente.
Por outro lado, a Lei n° 12.305, que constitui a PNRS, estabelece, em seu artigo 13,
a classificação dos resíduos sólidos quanto à origem:
a) Resíduos domiciliares: os originários de atividades domésticas em residências
urbanas;
b) Resíduos de limpeza urbana: os originários da varrição, limpeza de logradouros
e vias públicas e outros serviços de limpeza urbana;
c) Resíduos sólidos urbanos: os englobados nas alíneas a e b;
d) Resíduos de estabelecimentos comerciais e prestadores de serviços: os gerados
nessas atividades, excetuados os referidos nas alíneas b, e, g, h e j;
26
e) Resíduos dos serviços públicos de saneamento básico: os gerados nessas
atividades, excetuados os referidos na alínea c;
f) Resíduos industriais: os gerados nos processos produtivos e instalações
industriais;
g) Resíduos de serviços de saúde: os gerados nos serviços de saúde, conforme
definido em regulamento ou em normas estabelecidas pelos órgãos do Sisnama
e do SNVS;
h) Resíduos da construção civil: os gerados nas construções, reformas, reparos e
demolições de obras de construção civil, incluídos os resultantes da preparação
e escavação de terrenos para obras civis;
i) Resíduos agrossilvopastoris: os gerados nas atividades agropecuárias e
silviculturais, incluídos os relacionados a insumos utilizados nessas atividades;
j) Resíduos de serviços de transportes: os originários de portos, aeroportos,
terminais alfandegários, rodoviários e ferroviários e passagens de fronteira;
k) Resíduos de mineração: os gerados na atividade de pesquisa, extração ou
beneficiamento de minérios.
3.1.5. Acondicionamento e armazenamento
A qualidade da operação de coleta e transporte dos RSU depende da forma
adequada do seu acondicionamento e armazenamento, segundo os locais, dias e horários
estabelecidos pelo órgão de limpeza urbana para a coleta. A população tem, portanto,
participação decisiva nesta operação.
Segundo Oliveira (1992), o acondicionamento correto dos resíduos sólidos é
importante à medida que contribui para evitar a proliferação de vetores, além de minimizar
problemas relacionados aos odores indesejáveis e à estética do ambiente, fatores estes
decisivos para garantir o bem-estar dos cidadãos.
Em resumo, a importância do acondicionamento e do armazenamento adequado
está em:
Evitar acidentes;
Evitar a proliferação de vetores;
Minimizar o impacto visual e olfativo;
Reduzir a heterogeneidade dos resíduos, no caso de haver coleta seletiva;
Facilitar a realização da etapa da coleta.
27
Para isso, a forma de acondicionamento deve obedecer a normas específicas, as
quais são estabelecidas de modo a facilitar as etapas subsequentes de coleta e de
transporte dos RSU. Nos locais onde não é possível o acesso dos veículos de coleta, por
exemplo, devem ser instaladas lixeiras coletivas em pontos estratégicos. Estes, por outro
lado, devem ser acessíveis a aqueles veículos e objetivam essencialmente que a
população concentre o despejo dos resíduos produzidos.
Em alguns casos, ainda, é inevitável a necessidade de armazenar os resíduos
durante um determinado período no local de geração, até que sejam coletados. Isso exige,
contudo, instalações físicas prediais específicas para cada tipo de resíduo, em especial
nas indústrias, no comércio de grande porte e nos estabelecimentos de serviços de saúde.
3.1.6. Coleta e transporte
A coleta consiste em uma etapa fundamental no gerenciamento dos resíduos
sólidos, o qual será futuramente abordado. Trata-se do processo através do qual os
resíduos são reconhecidos junto ao gerador e encaminhados para a destinação final. A
coleta dos resíduos deve ser feita com frequência adequada, levando em conta que o
acúmulo excessivo de resíduos pode aumentar os riscos para o meio ambiente e para a
saúde pública, enquanto que a frequência excessiva eleva o custo operacional a níveis não
viáveis (PHILLIPI JR., 2005).
Segundo o Cempre (2000), a coleta dos RSU, feita pelo município ou empresa
concessionária, recebe o nome de Coleta Regular, enquanto a coleta dos outros tipos de
resíduos recebe o nome de Coleta Especial. A coleta regular normalmente é feita pelas
ruas, porta a porta, por caminhões compactadores. Os RSU podem ser acondicionados em
sacos plásticos, como ocorre no Brasil ou em contêineres, como acontece na Alemanha.
A coleta especial, por sua vez, envolve procedimentos mais complexos, uma vez
que há diversos resíduos que não podem ou não devem ser simplesmente misturados aos
RSU, devendo ser coletados separadamente. É o caso dos RSS, dos resíduos da
construção civil, entre outros assim definidos por lei. Há outros casos nos quais se aplica,
ainda, o que se chama de logística reversa.
Logística reversa é o nome que se dá ao processo de retornar um material do
consumidor para o fabricante, o oposto da logística convencional, que se refere ao
processo de levar um material do fabricante ao consumidor final. Formalmente, de acordo
com a PNRS, a logística reserva é
28
“o conjunto de ações, procedimentos e meios destinados a viabilizar a coleta e a restituição dos resíduos sólidos ao setor empresarial, para reaproveitamento, em seu ciclo ou em outros ciclos produtivos, ou outra destinação final ambientalmente adequada”.
Os materiais hoje sujeitos a logística reversa são os agrotóxicos, seus resíduos e
embalagens, pilhas e baterias, pneus, óleos lubrificantes, diversos tipos de lâmpadas,
produtos eletroeletrônicos e seus componentes e demais produtos cuja embalagem, após
o uso, constitua resíduo perigoso (BRASIL, 2010).
Os sistemas de logística reversa para esses produtos e suas embalagens devem
ser estruturados e implementados pelos fabricantes, importadores, distribuidores e
comerciantes, independentemente do serviço público de limpeza urbana e manejo de
resíduos sólidos. Neste contexto, os consumidores, por sua vez, são responsáveis por
devolver àqueles primeiros os produtos objeto desta ação.
A PNRS prevê, ainda, que a logística reversa pode ser estendida para outros
produtos, dependendo do grau e extensão do impacto de seus resíduos à saúde pública e
ao meio ambiente, bem com da viabilidade técnica e econômica do processo.
Quando existe, ainda, uma segregação prévia de acordo com a constituição ou
composição dos resíduos, tem-se a Coleta Seletiva (BRASIL, 2010), a qual costuma ser
associada a melhores desempenhos e resultados. Tanto o processo de triagem quanto o
de separação realizada por catadores não apresentam, em contrapartida, uma eficiência
muito alta. Segundo Schalch e Leite (2000), a triagem a posteriori não consegue recuperar
mais de 50% dos materiais recicláveis. Ademais, os catadores não conseguem separar
fragmentos de resíduos do restante da massa de lixo.
A segregação na fonte permite, portanto, otimizar os sistemas de tratamento e
disposição final, uma vez que aumenta a qualidade e a quantidade de matéria-prima
disponível. Porém, quando se permite que um resíduo perigoso seja misturado a outros
não perigosos, o resultado é que a massa total destes materiais acaba sendo classificada
como perigosa e deve ser tratada e disposta como tal. Sendo assim, deve se evitar ao
máximo essa mistura de resíduos.
De maneira geral, os resíduos, uma vez coletados, devem ser transportados até os
pontos de destinação final, sejam eles as indústrias de reciclagem, as centrais de
tratamento ou os aterros. Quando as distâncias e os volumes são pequenos, o transporte
dos resíduos pode ser feito pelos próprios veículos de coleta. De maneira geral, estes
veículos devem ser escolhidos de acordo com a quantidade de resíduos, do tipo de
resíduo transportado, das características topográficas e da malha viária da região a ser
atendida. Horários e itinerários devem ser selecionados de modo a minimizar o incômodo à
29
população pelo ruído, além dos riscos decorrentes do excesso de tráfego em certas vias e
dos riscos de acidentes, principalmente no transporte de produtos perigosos.
Entretanto, em cidades grandes ou quando os aterros estão muito distantes, é
preciso lançar mão de estações de transbordo. Estas consistem em instalações nas quais
se faz o translado dos resíduos de um veículo coletor a outro veículo com capacidade de
carga maior. Este segundo veículo é o que transporta os resíduos até o seu destino final.
Estas instalações podem resumir-se a uma simples plataforma elevada, dotada de uma
rampa de acesso, ou a um edifício sofisticado e de grandes dimensões (SOUTO e
POVINELLI, 2012).
Phillipi Jr. (2005) destaca algumas das vantagens do emprego de estações de
transbordo:
Redução do tempo ocioso do serviço de coleta, uma vez que o veículo coletor e
a mão-de-obra são utilizados exclusivamente na coleta;
Possibilidade de redução do tempo necessário ao procedimento de coleta, de
maneira que o lixo permaneça tempo mais curto na via pública;
Maior flexibilidade na programação de coleta;
Menor quantidade de veículos circulando, o que diminui o custo do transporte,
composto pelo combustível, manutenção dos veículos e salários, além de
minimizarem os impactos ao meio ambiente e reduzirem o trânsito.
3.1.7. Tratamento e destinação final
Como os RSU são gerados em grande quantidade, torna-se imprescindível adotar
técnicas que minimizam o volume a ser disposto. O tratamento de resíduos sólidos
compreende a utilização dessas técnicas que visam pelo menos à estabilização do volume
destes materiais para aumentar a vida útil dos aterros sanitários e evitar uma série de
outros eventuais problemas.
Segundo Souto e Povinelli (2012), a escolha da alternativa de tratamento a ser
adotada deve enfocar, basicamente, os seguintes aspectos:
Custos de implantação e operação;
Disponibilidade financeira dos agentes envolvidos;
Capacidade de atender às exigências legais;
Quantidade e capacitação técnica dos recursos humanos.
Ainda de acordo com estes autores, o fato de uma alternativa apresentar um alto
custo em termos absolutos, como um incinerador, não é razão suficiente para que seja
30
descartada, pois talvez seja a mais barata e eficaz para tratar um determinado resíduo
industrial ou de serviços da saúde quando comparada a outras.
A operação que precede qualquer processo específico de tratamento é a triagem,
enquanto a reciclagem, por sua vez, representa o reprocessamento de materiais,
permitindo novamente sua utilização (CALDERONI, 1997). A menos destes dois
processos, as demais tecnologias com foco na estabilização dos resíduos podem ser
divididas em processos biológicos e físico-químicos. Entre os primeiros estão a
compostagem, a vermicompostagem e a digestão anaeróbia. Entre os últimos, a
incineração, a pirólise, a gaseificação, a hidrólise térmica, entre outros processos.
Nos subitens seguintes, será abordada grande parte destas tecnologias no que diz
respeito às características, ao funcionamento, à viabilidade entre outros aspectos
importantes na eventual consideração de aderir a um determinado tratamento de resíduos.
Particularmente, os processos de gaseificação e pirólise ganham um destaque especial,
sendo abordados mais a diante, quando se define – de forma mais abrangente e não
apenas para os RSU – o conceito de aproveitamento energético. Esse tratamento especial
se deve ao fato da gaseificação integrar a proposta baseada no estudo de caso deste
trabalho e a pirólise constituir etapa fundamental do processo de gaseificação.
3.1.7.1. Triagem
O objetivo deste processo é separar os materiais que se deseja recuperar, ou
aqueles prejudiciais à qualidade do processamento ou à durabilidade dos equipamentos.
Pode ser executada manualmente em pátios, mesas ou esteiras rolantes. Métodos
mecânicos e automatizados, como equipamentos magnéticos, peneiras, separadores
balísticos entre outros também servem ao processo (PHILLIPI JR., 2005).
A operação de triagem pode ser realizada em usinas, nos aterros, nos lixões ou em
outros locais apropriados. Quando realizada nos sacos à espera de coleta, pelos
catadores, tem o inconveniente de causar sujidade local e outros problemas já
mencionados anteriormente.
Nos processos manuais, quanto maior o grau de separação desejado e menor a
quantidade de impurezas permitidas, maior será a mão de obra envolvida. No caso da
separação de materiais a recuperar, o grau de pureza e a limpeza do produto final
influenciam sobremaneira o valor de mercado. Após a triagem, os materiais podem ser
prensados a fim de baratear o transporte até os locais onde serão industrializados. Por fim,
31
a eficiência da mão de obra de triagem pode ser avaliada pela quantidade de resíduos
triados por pessoa, por hora (PHILLIPI JR., 2005).
No Brasil, tem havido importantes investimentos nesse setor, dada a elevada
importância do processo de triagem. O Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e
Social (BNDES) informou, em junho deste ano, que vai destinar R$ 21,3 milhões para a
instalação de 12 centrais de triagem e a capacitação de 2.160 catadores do Distrito
Federal.
De acordo com o BNDES, 98% das 2,4 mil toneladas coletadas diariamente no
Distrito Federal são aterrados em lixões e os 2% restantes são encaminhados para a
reciclagem pelos catadores. No entanto, a maioria das 33 cooperativas desta região não
tem estrutura física para realizar a triagem dos resíduos coletados.
Além das 12 centrais de triagem que serão instaladas, cada uma receberá um
caminhão de seis toneladas para dar suporte logístico à operação. Os catadores serão
capacitados para realizar triagem, classificação, prensagem, comercialização e gestão de
empreendimentos coletivos.
O projeto prevê, ainda, a formação de um corpo técnico para apoiar as cooperativas
na gestão e desenvolver um programa de limpeza, manutenção de galpões de triagem,
construção e equipagem de uma central de comercialização, estruturação de uma escola
de formação para os catadores, bem como o fortalecimento das cooperativas que não
foram selecionadas para as centrais de triagem, de modo a inseri-las no modelo.
Os recursos são do Fundo Social do BNDES e correspondem a 50% do valor total a
ser investido. É a quarta operação do tipo aprovada pelo banco, que já contratou
operações semelhantes com os municípios do Rio de Janeiro, Curitiba e Porto Alegre.
3.1.7.2. Reciclagem
A reciclagem é um processo que permite a reinserção de materiais descartados em
um ciclo produtivo, por meio de sua transformação. Em outras palavras, este processo
possibilita que materiais considerados resíduos para o gerador passem a configurar
matérias-primas secundárias para outro indivíduo e para a sociedade como um todo. A
reciclagem difere da reutilização ao passo que exige um maior grau de processamento,
excedendo a simples triagem e limpeza do material.
As técnicas para o processamento de resíduos com vista à reciclagem são
normalmente específicas para cada material. Costumam envolver algum grau de
32
fragmentação de resíduo, trituração ou moagem, para facilitar o seu transporte,
armazenamento e processamento.
Segundo Phillipi Jr. (2005), as entidades empresariais promovem os chamados
bancos ou bolsas de resíduos. Neste sentido, as empresas apresentam os resíduos que
geram, com detalhes de quantidade e qualidade. Outras empresas, por sua vez, que
utilizam tais resíduos como matéria-prima em seus processos produtivos, podem se
informar sobre como obtê-los diretamente com o gerador.
É importante que se tenha em mente que a reciclagem só faz sentido do ponto de
vista econômico se o custo do produto reciclado for inferior ao custo do produto
confeccionado a partir de materiais virgens, ou se o custo da reciclagem for menor que o
custo de outras formas de tratamento e disposição final (ANDRADE, 2002). Caso nenhuma
dessas condições seja satisfeita, a reciclagem somente vai acontecer se for obrigatória por
lei.
A reciclagem de materiais pela indústria, por exemplo, depende muito desta
viabilidade econômica. Sobre esse processo pesa também a dificuldade de
desenvolvimento de mercado para os produtos reciclados, que muitas vezes são vistos
como produtos de qualidade inferior. Diversos fabricantes de produtos confeccionados a
partir de materiais reciclados ainda não se utilizam de argumentos adequados à otimização
desta informação, no intuito de motivar a aquisição destes produtos por parte dos
consumidores. Economia de energia, preservação de matérias-primas e recursos naturais
e redução da quantidade dos RSU que são destinados aos aterros sanitários, são alguns
dos argumentos positivos da prática da reciclagem.
No Brasil, nos últimos anos, foram desenvolvidas diversas iniciativas para colaborar
com a eficiência dos processos de triagem e coleta seletiva e, consequentemente, da
reciclagem. Exemplo disto são as auto declarações ambientais, que consistem em textos,
na simbologia e em gráficos presentes em produtos industrializados em geral,
consolidando-se como excelente interface com o consumidor. Os símbolos mais comuns
são apresentados na figura 3.1.
Figura 3.1: Principais símbolos das auto declarações ambientais (ABIQUIM, 2009).
33
A norma NBR 13230 da ABNT padroniza os símbolos que identificam os diversos
tipos de resinas plásticas utilizadas. O principal objetivo é facilitar a etapa de triagem dos
diversos resíduos plásticos que serão encaminhados à reciclagem. Na tabela 3.3 são
relacionados os símbolos existentes aos seus respectivos termoplásticos e às suas
principais características, bem como a algumas das aplicações após a reciclagem de cada
material.
Termoplástico Simbologia Características Uso após reciclagem
Polietileno Tereftalato (PET)
Transparente e extremamente leve.
Tecido para bolsas, lonas e velas náuticas,
cordas e fios.
Polietileno de Alta Densidade (PEAD)
Leve, rígido e com boa
resistência química.
Sacaria industrial, garrafas de detergente,
tubos.
Policloreto de Vinila (PVC)
Transparente, leve e
resistente. Tubos e acessórios para
jardim, cercas.
Polietileno de Baixa Densidade (PEBD)
Flexível, leve, transparente e impermeável.
Reservatórios industriais e de resíduos, tubos,
filmes para uso agrícola.
Polipropileno (PP) Rígido, brilhante e
resistente a variações térmicas.
Caixas e recipientes para transporte, artigos
de decoração.
Poliestireno (PS) Impermeável, leve,
transparente, rígido e brilhante.
Lixeiras, material para isolamento térmico,
acessórios em geral.
Outros (ABS, EVA, PA, etc.)
- -
Tabela 3.3: Símbolos padronizados e principais atributos dos termoplásticos (ABIQUIM, 2009).
3.1.7.3. Compostagem
A compostagem, um processo biológico de decomposição controlada de matéria
orgânica contida em restos de origem animal ou vegetal, produz um composto, útil para
melhorar as propriedades físicas do solo, além de ter propriedades fertilizantes (NAUMOFF
e PERES, 2000).
34
De acordo com Bidone e Povinelli (2010), este composto é estabilizado e também
chamado de húmus. Essa técnica pode ser utilizada para tratar a fração orgânica dos RSU.
Para Phillipi Jr. (2005), o processo promove a inativação da maioria dos agentes
patogênicos normalmente presentes nos resíduos sólidos, já que são expostos a
temperaturas da ordem de 65 a 70°C.
Há inúmeras alternativas de processos tecnológicos de compostagem, desde os
mais simples, como a compostagem em montes periodicamente revirados, até instalações
de grande porte com tambores rotativos. A compostagem pode ser realizada por meio de
processos aeróbios, anaeróbios ou mistos, mas é um processo lento que, dependendo da
tecnologia empregada, pode levar de 45 a 180 dias (PHILLIPI JR., 2005).
A vermicompostagem, por sua vez, é um processo complementar à compostagem
que visa a melhorar as características do composto, aumentando a disponibilização de
macro e micronutrientes, produzindo um material mais estável (BIDONI e POVINELLI,
2010).
Segundo estes autores, os agentes deste processo são as minhocas, as quais
dependem de algumas condições para sua sobrevivência. O composto não pode estar
encharcado, pois isso levaria à morte daqueles animais por afogamento. Por outro lado,
também não pode estar ressecado, uma vez que a umidade é essencial à realização do
processo.
3.1.7.4. Digestão anaeróbia
Esse método de tratamento baseia-se no rendimento da atividade microbiana,
principalmente dos microrganismos anaeróbios que, através de seu metabolismo,
transformam a matéria orgânica em produtos combustíveis, como gás metano e hidrogênio
e em um composto, potencialmente utilizável como condicionador do solo (SOUTO e
POVINELLI, 2012).
Mata-Alvarez (2000) afirma que a energia produzida pela digestão anaeróbia
ultrapassaria a necessária para a operação do sistema de tratamento, além de que este
processo causaria menores impactos ambientais por liberar menos gases estufa por
tonelada de resíduo tratado que qualquer outro sistema, inclusive a compostagem.
Os sistemas de digestão anaeróbia podem ser divididos em sistemas de fluxo
contínuo e sistemas em batelada. Os primeiros podem tratar quantidades muito maiores de
resíduo, porém sua implantação é mais custosa quanto comparada aos sistemas de
batelada. Estes, por sua vez, requerem áreas muito maiores.
35
Os reatores anaeróbios também podem ser divididos em sistemas “a seco” e “a
úmido”, também conhecidos como sistemas com alta e baixa concentração de sólidos,
respectivamente. Os sistemas com alta concentração trabalham com os resíduos na sua
umidade natural, enquanto os de baixa concentração requerem adição de água, sendo que
o meio de reação tem a aparência de uma sopa (LISSENS et al., 2001).
Para Souto e Povinelli (2012), os reatores anaeróbios hoje disponíveis no mercado
não são capazes de estabilizar completamente a matéria orgânica. Sendo assim, faz-se
necessário que os resíduos que saem do reator sejam estabilizados de forma aeróbia, ou
seja, por compostagem. Cumpre ressaltar que os reatores conseguem trabalhar com
cargas orgânicas muito mais altas que os sistemas de compostagem, de modo que suas
vantagens residem tanto na possibilidade do aproveitamento do biogás quanto na
economia de área para a instalação do sistema.
3.1.7.5. Incineração
A incineração é uma técnica que pode ser usada para qualquer tipo de resíduo
orgânico. De acordo com Cempre (2000), esta tecnologia consiste na combustão dos
resíduos em temperaturas acima de 800°C, com injeção de ar para garantir a queima
completa, ou seja, a conversão total da matéria orgânica em gás carbônico e água.
Neste processo, não somente toda a matéria orgânica, mas também praticamente
toda a umidade é eliminada, enquanto os resíduos são convertidos em cinzas, devendo ser
classificadas de acordo com a NBR 10004 da ABNT e encaminhadas para a destinação
final correspondente. São gerados, ainda, alguns gases tóxicos que também devem sofrer
o tratamento adequado.
Embora seja muito criticada por essa geração de gases, a incineração é a técnica
de escolha de alguns países que dispõem de poucas áreas para aterros, como é o caso da
Suíça e do Japão (CEMPRE, 2000). Neste último país, mais de 70% dos resíduos sólidos
domésticos são incinerados (USHIMA e SANTOS, 2000). No Brasil, a incineração é muito
utilizada para o tratamento de RSS, com capacidade instalada para tratar 58.874 toneladas
por ano (ABRELPE, 2013). A larga utilização da incineração para o tratamento destes
últimos tipos de resíduos se deve ao fato dos agentes patogênicos serem destruídos, além
de eliminar uma série de compostos químicos tóxicos nele presentes.
Alguns incineradores são projetados de modo a permitir o aproveitamento do calor
da queima para a produção de energia elétrica. Uma das desvantagens desse processo
está no risco de produção e emissão de compostos tóxicos e cancerígenos, os quais
36
podem depositar-se no solo e entrar na cadeia alimentar via vegetais e provocar danos
ambientais graves. Tecnicamente, existes, porém, algumas formas de minimizar essa
possibilidade, mediante resfriamento mais rápido dos gases e filtragem de materiais
particulados, entre outros métodos.
Leão e Tan (1998), a partir de um estudo a respeito de alternativas para os
resíduos sólidos do município de São Paulo, mostram que a incineração de alguns
componentes dos resíduos sólidos domésticos pode não ser economicamente mais
interessante que a coleta seletiva e reciclagem, embora investimentos mais expressivos
em educação ambiental possam inverter essa situação. No mesmo trabalho, os autores
concluem que, considerando mais especificamente o ponto de vista ambiental e tendo
como parâmetro o efeito estufa – a elevação da temperatura da superfície da terra devido
ao aumento da presença de certos gases na atmosfera -, a reciclagem se torna mais
vantajosa.
3.1.8. Disposição final
Os resíduos não tratados e os rejeitos dos diversos processos de tratamento
precisam ser finalmente dispostos no solo. A solução mais frequentemente indicada é o
aterro sanitário. Segundo Oliveira (1992), estes locais são obras de engenharia destinadas
a acomodar os resíduos sobre o solo, minimizando os impactos ambientais e os riscos à
saúde. Devem possuir drenos para os líquidos percolados que se formam na
decomposição natural da matéria orgânica e impermeabilização adequada para evitar a
contaminação de aquíferos. Ademais, precisam dispor de drenos também responsáveis
por escoar os gases que se formam no processo de fermentação da matéria orgânica.
A operação de aterros sanitários, por sua vez, deve incluir a compactação dos
resíduos e sua cobertura diária com terra, a qual tem por objetivo ajudar a evitar a
emanação de maus odores e a proliferação de vetores. Além disso, deve haver um sistema
de drenagem de águas pluviais e tratamento adequado para o chorume, bem como um
sistema de monitoramento de lençol freático.
De acordo com Phillipi Jr. (2005), entre as soluções sanitária e ambientalmente
adequadas, os aterros sanitários são considerados a forma mais barata, no curto prazo,
para solucionar a questão dos resíduos sólidos em cidades médias e grandes.
Quando a capacidade de um aterro se esgota, a área deve ser recuperada do ponto
de vista paisagístico e de utilização pela sociedade, respeitando-se as limitações técnicas
inerentes às características dos terrenos aterrados com resíduos.
37
Um dos mais importantes aspectos de um projeto de aterro sanitário consiste na
determinação das áreas de sua localização. Do ponto de vista técnico, precisam favorecer
e facilitar as atividades ali realizadas, como transporte, manuseio e cobertura dos resíduos.
Já sob a ótica econômica, devem ser financeiramente acessíveis e próximas o suficiente
dos centros de geração, no intuito de não encarecer demasiadamente os custos de
transporte. Segundo os aspectos ambientais, o terreno deve possuir características
hidrogeológicas favoráveis, tais como solo de baixa permeabilidade e alta estabilidade
mecânica, ausência de movimentos naturais de terra e lençol freático suficientemente
distante. Por fim, no que diz respeito à perspectiva social, deve ser devidamente negociada
com a comunidade, uma vez que poucos tendem a aceitar impassivelmente a ideia de
serem vizinhos de um aterro sanitário (PHILLIPI JR., 2005).
Resumidamente, dentre as principais características que devem ser levadas em
consideração na definição das áreas potencias para instalação de aterros sanitários
destacam-se:
Dados populacionais;
Características dos resíduos;
Situação da coleta e transporte dos resíduos produzidos na região, inclusive
custos;
Dados geotécnicos, tipo de solo e relevo;
Águas subterrâneas, superficiais e regime de chuvas;
Legislação, incluindo o uso e ocupação do solo;
Investimento necessário à aquisição das terras;
Dados sociopolíticos das comunidades envolvidas (PHILLIPI JR., 2005).
Com o passar do tempo, entretanto, as áreas acessíveis para dispor os resíduos
sólidos tendem a se esgotar, provocando aumento de custo devido ao preço dos novos
terrenos ou às maiores distâncias em relação aos centros geradores. Vale ressaltar, ainda,
que no futuro existe a possibilidade de esgotarem-se totalmente as áreas factíveis para
instalação de aterros sanitários.
É a partir dessa realidade que se torna imperioso considerar cada vez mais as
tecnologias alternativas de tratamento e aproveitamento energético dos resíduos sólidos.
Porém, várias são as leis e resoluções já existentes no âmbito da disposição, as quais
objetivam alterar, para melhor, a dinâmica deste processo. Embora essa prática seja
inevitável, faz-se necessário garantir condições adequadas e ambientalmente corretas,
desde o projeto ao funcionamento correto dos aterros.
Neste sentido, a resolução CONAMA Nº 001/1986 prevê a necessidade de se
estabelecerem as definições, as responsabilidades, os critérios básicos e as diretrizes
38
gerais para uso e implementação do Estudo de Impacto Ambiental (EIA) como um dos
instrumentos da Política Nacional do Meio Ambiente. Para tal, faz-se necessária a
elaboração de um estudo de impacto ambiental e respectivo Relatório de Impacto
Ambiental (RIMA), a serem submetidos à aprovação do órgão estadual competente e do
IBAMA, para o licenciamento de atividades modificadoras do meio ambiente, tais como os
aterros sanitários (CONAMA, 1986).
Em resumo, o EIA consiste em um documento técnico de avaliação do impacto
ambiental de qualquer alteração das propriedades físicas, químicas e biológicas do meio
ambiente, causada por qualquer forma de matéria ou energia resultante das atividades
humanas que, direta ou indiretamente, afetam:
A saúde, a segurança e o bem-estar da população;
As atividades sociais e econômicas;
A biota, ou o conjunto de seres vivos de um ecossistema, o que inclui a flora, a
fauna, os fungos e outros grupos de organismos;
As condições estéticas e sanitárias do meio ambiente;
A qualidade dos recursos ambientais.
Dentre os aspectos mais importantes da adesão à elaboração do EIA, destacam-se:
Visa a garantir que as medidas preventivas sejam compatíveis com o
desenvolvimento sustentável;
Proporciona um instrumento de tomada de decisão que integra variáveis
ambientais, econômicas, sociais e tecnológicas (instrumento de gestão);
Permite a elaboração de um respectivo RIMA, para que a sociedade possa ter
acesso e compreender o projeto.
O RIMA, por sua vez, reflete as conclusões do EIA, o qual deve ser apresentado de
forma objetiva e adequada a sua compreensão. Todas as informações desse documento
deverão ser traduzidas em linguagem acessível e ilustradas por mapas, quadros, gráficos
e demais técnicas de comunicação visual, de modo que se possa entender as vantagens e
desvantagens do projeto, bem como todas as consequências ambientais de sua
implementação (CONAMA, 1986).
Existem, entretanto, formas de disposição na quais não há quaisquer cuidados para
a redução de impactos, normalmente sendo chamadas de lixões. Não podem, a rigor,
constituírem formas de disposição final, já que dispor significa colocar de forma ordenada
(FERREIRA, 1993). Os lixões são inadequados do ponto de vista sanitário porque
propiciam a proliferação de vetores, os quais podem provocar o aparecimento de doenças.
Podem provocar também a poluição do solo, das águas, do ar e de diversos problemas
ambientais.
39
Do ponto de vista social, acabam refletindo a miséria presente na região, já que são
fontes de sustento para os catadores. Infelizmente, os lixões são a forma mais numerosa
de locais de disposição final no Brasil (IBGE, 2000), sendo dispostos milhares de toneladas
de resíduos por dia em locais com essa classificação.
Para situações intermediárias entre os lixões e os aterros sanitários, é utilizada a
expressão aterros controlados. Segundo Phillipi Jr. (2005), esta última denominação
cumpriu durante algum tempo a função de diferenciar situações de descuido total daquelas
que já incorporavam alguns cuidados, mas é atualmente considerada imprópria por muitos
profissionais, já que passa a impressão de que os riscos ambientais estão todos
controlados dentro das normas estabelecidas, o que não é verdade. Tipicamente, esses
aterros recebem cobertura diária de terra, mas não possuem sistemas de
impermeabilização e de drenagem de líquidos e gases.
3.2. Polímeros
A palavra “plástico” tem origem no grego plastikós, que significa adequado à
moldagem. Plásticos são materiais formados pela união de grandes cadeias moleculares
chamadas polímeros e estes, por sua vez, são macromoléculas formadas a partir de
moléculas menores (monômeros) e caracterizadas por seu tamanho, sua estrutura química
e interações intra e intermoleculares. As unidades químicas fundamentais (meros) são
unidas por ligações covalentes, que se repetem ao longo da cadeia.
Os polímeros são capazes de adquirir condições plásticas por ação de calor e
pressão e podem ser obtidos através de reações poliméricas produzidas pelo Homem,
sendo considerados sintéticos. Por outro lado, existem os polímeros naturais, encontrados
e extraídos diretamente da natureza.
Na figura 3.2 são apresentados alguns exemplos de polímeros comuns, associados
às suas respectivas unidades repetitivas e aos monômeros que lhe dão origem.
3.2.1. Nomenclatura
Analogamente às substâncias orgânicas, os polímeros possuem um nome que se
relaciona diretamente com a sua fórmula química. De acordo com a IUPAC - International
Union of Pure and Applied Chemistry (2012), os polímeros são designados pelo prefixo
“poli” seguido do nome da unidade repetitiva colocado entre parêntesis. A título de
suposição, se se considerasse o nome da unidade repetitiva como “ABC”, o nome do
40
Figura 3.2: Principais polímeros, associados às suas respectivas unidades repetitivas e ao monômero de origem (ABIQUIM, 2009).
polímero correspondente seria poli (ABC).
Muitos polímeros possuem nomes mais comuns e populares, pois foram
desenvolvidos antes da sistematização da nomenclatura das substâncias químicas. Por
exemplo, o polímero normalmente designado por “polipropileno”, de acordo com a
nomenclatura recomendada pela IUPAC, dever-se-ia designar-se por “poli (1-metiletileno)”.
No entanto, a IUPAC reconhece que esses nomes comuns se encontram
fortemente enraizados na linguagem popular e não seria sensato aboli-los definitivamente.
No entanto, recomenda-se que a comunidade científica recorra à classificação dos
polímeros de acordo com a nomenclatura sistemática.
No intuito de simplificar a designação de polímeros e materiais poliméricos é
frequente o uso de abreviações através de siglas. Os polímeros sintéticos são muitas
vezes designados por um nome comercial atribuído pela empresa que o sintetiza. Por
41
exemplo, o poli (tetrafluoroetileno) é muito conhecido por um dos seus nomes comerciais –
o Teflon. Na figura 3.3 são apresentados alguns polímeros relacionados às suas
estruturas, nome comum e nome sistemático, bem como as siglas a eles atribuídas.
Figura 3.3: Polímeros relacionados às suas estruturas, nome comum e nome sistemático e suas siglas (ABIQUIM, 2009).
3.2.2. Histórico
Até a primeira metade do século XIX, acreditava-se que reações orgânicas eram
possíveis apenas no interior de seres vivos, conforme a Teoria da Força Vital, enunciada
por Jöns Jacob Berzelius. Em 1828, um discípulo de Berzelius, o alemão Friedrich Wohler,
descobriu a fórmula para sintetizar uréia a partir do isocianato de uréia inorgânico. Este se
configurou, então, como o ponto de partida para o desenvolvimento de materiais
poliméricos, a partir do qual houve um gradativo crescimento das pesquisas e estudos
voltados à química orgânica (ABIQUIM, 2009).
42
Ainda segundo a Abiquim (2009), no ano de 1838, o francês Victor Regnault
polimeriza o PVC com auxílio de luz solar. No ano seguinte, o norte-americano Charles
Goodyear descobre a vulcanização da borracha natural, possibilitando o uso desse
material. Já no fim do século, em 1898, os químicos Einhor e Bischoff descobrem, por
acaso, o policarbonato, que seria desenvolvido apenas em 1950.
Logo no início do século 20, em 1907, o norte-americano Leo Hendrik Baekeland
sintetiza resinas de fenol-formaldeído, que ficariam conhecidas como baquelites. Também
chamado de fórmica, o baquelite foi o primeiro plástico totalmente sintético que surge em
escala comercial. No período de 1920 a 1950 são desenvolvidos os polímeros: PVC,
polimetacrilato de metila (PMMA), PS, nylon, polietileno, silicone, poliuretano, acrinolitrina
butadieno estireno (ABS) e poliéster, além de fibras sintéticas de poliéster e acrílico, entre
outros. Especificamente, em 1924, são criadas as fibras de acetato de celulose.
Em termos gerais, após a Segunda Guerra Mundial, a produção de polímeros
cresceu muito rapidamente, embora por volta de 1860 já houvesse a moldagem industrial
de plásticos naturais reforçados com fibras. Atualmente, a partir da engenharia de
macromoléculas, vários elastômeros termoplásticos estão presentes no nosso cotidiano,
como sacolas de supermercado em PEAD, lentes de contato flexíveis e garrafas de PET.
3.2.3. Origem e utilização
Segundo Matos (2009), os polímeros sintéticos são materiais produzidos
basicamente a partir do petróleo e constituem, hoje, a principal matéria-prima para a
fabricação de embalagens e recipientes plásticos, assim como os “plásticos de engenharia”
(usados em indústrias da construção civil, automobilísticas, entre outras). Ainda segundo
este autor, suas propriedades e características são variáveis e dependem da natureza
química e física das unidades repetitivas (mero).
Outros tantos são os segmentos nos quais esses materiais estão inseridos, desde
as indústrias até as áreas da medicina. Elucidativamente, os polímeros podem ser
substitutos do aço ou até mesmo uma válvula cardíaca. Segundo a ABIQUIM (2009), o
crescimento do mercado de materiais poliméricos tem sido superior a 10% ao ano ao longo
das últimas décadas, como por exemplo, os poliésteres. A crescente exigência por
materiais de melhor desempenho, mais resistentes a temperaturas elevadas, maior poder
de isolamento, dentre outros atributos, garantiram a estes materiais maior
representatividade no mercado.
43
No que tange a construção civil, a aplicação de polímeros tem ganhado parcela
cada vez mais significativa. O PVC, por exemplo, começou a ser utilizado há décadas e
hoje integra boa parte dos itens de base das construções, a saber, canos, tubulações,
juntas de ligação, dentre outros itens. Não somente na base das obras, estão presentes
também no acabamento, como janelas e divisórias, portas, forros e coberturas, pisos e
decoração em geral. Por fim, a própria alvenaria de algumas residências já está sendo
construída a partir do PVC, graças às diversas características vantajosas desse material
em relação à madeira, por exemplo. O baixo custo, a resistência à umidade, imunidade a
fungos e corrosão e rapidez na montagem são alguns desses atributos.
Na tabela 3.4 são relacionados alguns dos principais polímeros às suas respectivas
aplicações:
Polímero Aplicações
Poliestireno
Polietileno
Polipropileno
Poliamida (nylon)
PVC
Plexiglass (Acrílico)
Teflon
Borracha natural
Amido
Celulose
Baquelite (fórmica)
Poliuretano
Copos, caixas, CDs, cassetes e outras
Baldes, sacos de lixo, sacos de embalagens
Cadeiras, poltronas, pára-choques de automóveis
Fibras, cordas, roupas
Tubos
Portas e janelas, lentes de óculos
Revestimento interno de panelas
Pneus, câmaras de ar, objetos de borracha
Alimentos, fabricação de etanol
Papel, algodão, explosivos
Revestimento de móveis, materiais elétricos
Espumas rígidas e flexíveis, isolantes
Tabela 3.4: Principais polímeros relacionados às suas aplicações mais comuns (CANEVAROLO JR., 2006).
De modo geral, a utilização dos materiais poliméricos está associada às suas
propriedades mecânicas que, por sua vez, dependem da constituição química: massa
molar, grau de interações intermoleculares, cristalinidade, entre outros quesitos. A
classificação dos polímeros é essencial para a especificação correta de uma resina
polimérica como matéria-prima de um processo industrial de transformação.
44
3.2.4. Classificação
Tal como ilustrado na figura 3.4, os polímeros podem ser classificados em dois
grupos: naturais e sintéticos. Há, ainda, como subdividi-los em elastômeros, termoplásticos
e termofixos, de acordo com suas características.
Os polímeros sintéticos são produzidos industrialmente através de reações
químicas que dão origem aos plásticos, enquanto os polímeros naturais podem ser
encontrados em plantas e animais, como a madeira, o algodão, o látex, dentre outros. O
ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA), que contém o código genético que define as
características das pessoas e outros seres vivos, trata-se de outro polímero natural, assim
como as proteínas e o amido presente nos alimentos.
Figura 3.4: Subdivisões classificatórias dos polímeros (CANEVAROLO JR., 2006).
Embora haja muitas maneiras de classificar os polímeros sintéticos, existem
algumas mais comuns, as quais se referem a: Estrutura Química; Método de Preparação;
Comportamento termomecânico e Desempenho mecânico.
Segundo Canevarolo Jr. (2006), os polímeros podem ser classificados quanto à
estrutura química e ao método de preparação a partir da seguinte definição:
Estrutura Química – Considera a estrutura química do mero e apresenta duas
subdivisões:
Dotados de cadeira carbônica, sendo a principal constituída de carbono.
Neste subgrupo estão inseridos os polímeros de dienos (BR, NBR, etc.),
polímeros acrílicos, as poliolefinas (PEAD, PEBD, PP, etc.), polímeros
estirênicos (PS, SBR, etc.), polímeros clorados (PVC, PVDC, etc.),
polímeros fluorados (PVF, PTFE, etc.), entre outros;
45
Polímeros de cadeia heterogênea, nos quais a cadeia principal possui,
além do carbono, outro átomo (heteroatomo), tendo como exemplo o
oxigênio, nitrogênio, enxofre, silício, entre outros. Nesta categoria
enquadram-se os poliéteres (POM), poliésteres (PET), policarbonato,
poliuretanos, entre outros.
Método de preparação – Esta classificação refere-se ao processo de formação
(reação dos monômeros) dos polímeros e são divididos em duas classes:
Polímeros de adição, cujo processo de formação ocorre sem perda de
massa na forma de compostos de baixo peso molecular, ou seja, pela
adição do monômero. Como exemplos desta classe tem-se o PE, o PP,
PVC, entre outros;
Polímeros de condensação, cujo processo de formação de polímeros
ocorre pela reação entre dois grupos funcionais reativos com a
eliminação de moléculas de baixo peso molecular (água, amônia, HCL,
etc.). Como exemplo desta classe tem-se o PET, entre outros.
As reações de polimerização por adição ocorrem quando o monômero apresenta
pelo menos uma insaturação. Além disto, na dupla ligação, a ligação π é rompida,
possibilitando que se formem grupos com duas valências livres, as quais se ligam entre si
numa reação de adição, fazendo com que haja o crescimento da cadeia carbônica.
Por outro lado, as reações de polimerização por condensação ocorrem quando o
polímero é formado a partir de dois ou mais monômeros diferentes, que apresentam
grupos reativos como hidroxilas, carbonilas, carboxilas, etc.
Quando à classificação referente ao comportamento mecânico, conforme Manrich
et al. (1997), os polímeros são classificados em três grupos: elastômeros, plásticos
termofixos e plásticos termoplásticos.
Chegando a assumir duas vezes o seu comprimento original, os elastômeros são
polímeros que se caracterizam por uma elevada elasticidade a temperatura ambiente e alta
absorção de impactos. As borrachas, em geral, são exemplos de aplicações desses
polímeros. Trata-se da classe intermediária entre os termoplásticos e os termorrígidos e
seu processo de reciclagem é complicado devido à incapacidade de fusão.
Os polímeros termofixos são rígidos e frágeis, sendo muito estáveis a variações de
temperatura. Possuem, ainda, um número elevado de ligações cruzadas entre suas
cadeias, conferindo-lhes a característica de não serrem remodelados pelo calor. O
poliéster insaturado é um exemplo de aplicação deste tipo de polímero, utilizado na
fabricação de barcos, concreto e argamassas poliméricas, entre outras aplicações. O
aquecimento do polímero acabado a altas temperaturas promove a decomposição do
material antes de sua fusão, o que torna sua reciclagem também complicada.
46
Os termoplásticos são polímeros que, ao contrário dos termofixos, se caracterizam
por serem processados repetidas vezes pelo calor. Dependendo do tipo do termoplástico,
também podem dissolver-se em vários solventes, devido às ligações fracas que unem suas
moléculas. Logo, a sua reciclagem é possível, uma característica bastante desejável nos
dias de hoje.
Por fim, os polímeros termoplásticos, ou simplesmente plásticos, como são
popularmente conhecidos, apresentam uma subdivisão de classificação, a qual é feita com
base no critério de desempenho tecnológico e durabilidade, e, conforme Manrich et al.
(1997), podem ser de engenharia ou convencional.
Os termoplásticos de engenharia são polímeros que se caracterizam por possuir
melhores propriedades térmicas e mecânicas, ressaltando-se a tenacidade a altas e baixas
temperaturas, aliada à possibilidade de utilização em aplicações de longa duração. São
exemplos de aplicações: Poliamidas (náilon), usados em engrenagens e carcaça de
ferramentas; Policarbonatos, utilizados na fabricação de CDs, janelas de aeronaves,
ginásios esportivos, entre outros (MATOS, 2009).
Os termoplásticos convencionais, por sua vez, são polímeros largamente utilizados
para a fabricação de embalagens plásticas para produtos de setores como de limpeza,
alimentação e higiene pessoal, etc. Os principais polímeros utilizados são o PEAD e o
PEBD, PP, PVC, PS, entre outros.
Para Matos (2009), o PET, largamente utilizado em embalagens de bebidas
carbonatadas, água mineral com gás e de alimentos em geral, sempre foi utilizado em
aplicações de engenharia, considerando suas propriedades de alto desempenho. Desta
forma, pode ser considerado como um termoplástico de engenharia, embora seja um
polímero de grande uso, o qual compete com polímeros convencionais em diversas
aplicações.
Existem outros tipos de classificação para os polímeros, como por exemplo, em
relação à configuração molecular, grau de organização molecular, entre outros. Estes,
entretanto, não serão abordados em detalhes nesta seção.
3.2.5. Polietileno
Em função dos crescentes níveis de consumo, o mercado brasileiro de polietileno
ganhou, nos últimos anos, um novo perfil em volume e qualidade deste polímero. A
competitividade entre as indústrias de transformação acabou gerando maior oferta de
materiais poliméricos, com consequente aumento de sua qualidade e desempenho.
47
As poliolefinas representam aproximadamente 60% da demanda mundial de
termoplásticos, na qual os polietilenos se encaixam no patamar dos 40%. No Brasil, as
poliolefinas representam cerca de 65%, dos quais 43% correspondem aos polietilenos. O
mercado brasileiro de polietileno cresce em um ritmo duas vezes superior ao do Produto
Interno Bruto (PIB). Entre 1999 e 2000, as vendas do polímero aumentaram em mais de
150 mil toneladas, ou seja, cerca de 10% da produção nacional (RETO, 2000).
O mercado de polietileno linear avança acentuadamente sobre a resina de baixa
densidade convencional, cujas vendas estão estagnadas e a sua produção apresenta
tendência de queda. Enquanto o volume de produção do polietileno linear de baixa
densidade cresceu 25% entre 1999 e 2000 e o de alta densidade aumentou 17%, o de
baixa densidade convencional caiu 2% (RETO, 2000).
Em geral, o polietileno é um polímero parcialmente cristalino, flexível, cujas
propriedades são acentuadamente influenciadas pela quantidade relativa das fases amorfa
e cristalina. As menores unidades cristalinas, chamadas lamelas, são planares e consistem
de cadeias perpendiculares ao plano da cadeia principal e dobradas em "zig-zag", para
cada 5 a 15 nm, embora haja defeitos que são pouco frequentes (DOAK, 1986).
Segundo Neves (1999), os polietilenos são inertes face à maioria dos produtos
químicos comuns, devido a sua natureza parafínica, seu alto peso molecular e sua
estrutura parcialmente cristalina. Em temperaturas abaixo de 60°C são parcialmente
solúveis em todos os solventes. Entretanto, dois fenômenos podem ser observados:
A interação com solventes pode provocar inchamento, dissolução parcial,
aparecimento de cor ou, com o tempo, completa degradação do material;
A Interação com agentes tensoativos pode resultar na redução da resistência
mecânica do material por efeito de tenso-fissuramento superficial.
Em condições normais, os polímeros etilênicos não são tóxicos, podendo inclusive
ser usados em contato com produtos alimentícios e farmacêuticos, a menos da utilização
de certos aditivos considerados nocivos.
No passado, o polietileno era classificado pela sua densidade e pelo tipo de
processo usado em sua fabricação. Atualmente, os polietilenos são mais apropriadamente
descritos como polietilenos ramificados e polietilenos lineares (NEVES; SILVA, 1999).
Dependendo das condições reacionais e do sistema catalítico empregado na
polimerização, cinco tipos diferentes de polietileno podem ser produzidos:
Polietileno de baixa densidade (PEBD ou LDPE);
Polietileno de alta densidade (PEAD ou HDPE);
Polietileno linear de baixa densidade (PELBD ou LLDPE);
Polietileno de ultra alto peso molecular (PEUAPM ou UHMWPE);
48
Polietileno de ultra baixa densidade (PEUBD ou ULDPE).
Cada tipo de polietileno possui uma estrutura diferente, com influência direta sobre
a sua densidade, propriedades mecânicas, dentre outras características. Ramificações
longas, como as presentes no polietileno de alta densidade, por exemplo, aumentam a
resistência ao impacto, diminuem a densidade e facilitam o processamento, enquanto que
as ramificações curtas, mais presentes no polietileno linear de baixa densidade, aumentam
a cristalinidade e a resistência à tração.
Como este trabalho se baseia em um estudo de caso de um processo industrial
cuja matéria-prima é o polietileno, especificamente o linear de baixa densidade, o objetivo
principal desta seção é abordar as principais aplicações, propriedades físicas, assim como
o tipo de processamento e outras características importantes para este tipo de polietileno.
3.2.5.1. Polietileno linear de baixa densidade
Os polietilenos lineares de baixa densidade (PELBD) são copolímeros de etilenos
com α-olefinas (propeno, 1-buteno, 1-hexeno ou 1-octeno) que apresentam algumas
propriedades intermediárias em relação aos PEAD e aos PEBD. Considerado um polímero
termoplástico com elevada capacidade de selagem a quente, o PELBD tem sido utilizado
com sucesso nas últimas décadas, tanto acadêmica quanto comercialmente (MARTINS,
1999).
Embora sua maior aplicação consista na produção de filmes para embalagens
alimentícias, também são utilizados em filmes para uso industrial, fraldas descartáveis e
absorventes, lonas em geral, brinquedos, artigos farmacêuticos e hospitalares,
revestimento de fios e cabos, entre outras aplicações. Em alguns processos utilizam-se
misturas de PEAD e PEBD, como na fabricação de sacaria industrial, embalagens para
ração animal e filmes agrícolas (BAILEY, 1993).
Como pode ser verificado na figura 3.5, ao contrário do PEBD convencional, que
contém uma combinação aleatória de ramificações de cadeias curtas e longas, o PELBD
possui, essencialmente, ramificações de cadeias curtas e comprimento constante, embora
existam PELBD mais recentes que, além das ramificações de cadeias curtas, possuem
também pequenas quantidades controladas de ramificações de cadeias longas (INOUE,
1999; SCHOUTERDEN et al., 1987).
A microestrutura da cadeia dos copolímeros de etileno depende do tipo e da
distribuição do comonômero utilizado, do teor de ramificações e do peso molecular dos
polímeros. Esses parâmetros influenciam as propriedades físicas do produto final, pois
49
Figura 3.5: Ramificações dos polímeros PELBD e PEBD (NEVES, 1999).
atuam diretamente na cristalinidade e outros aspectos da morfologia dos polímeros
(SCHOUTERDEN et al., 1987). Em geral, as propriedades das cadeias levam o PELBD a
ter alta cristalinidade, alto ponto de fusão e melhores propriedades mecânicas que o PEBD
(SILVA, 1999).
Na tabela 3.5 é estabelecida uma comparação entre polietilenos quanto a alguns de
seus principais parâmetros. Percebe-se, nitidamente, a superioridade da resistência à
tração do PELBD comparado ao PEBD. Sua temperatura de fusão cristalina (Tm) e
densidade são exemplos de propriedades intermediárias entre os demais polietilenos.
Propriedade PEBD PELBD PEAD
Tm (°C) 110 120 – 130 >130
Densidade (g/cm3) 0,92 0,92 – 0,94 0,94 – 0,97
Resistência à tração (Mpa) 24 37 43
Tabela 3.5: Comparação entre polietilenos e seus principais parâmetros (GUITIÁN, 1995).
Outro fator determinante na caracterização das qualidades de um polímero consiste
no tipo de catalisador utilizado em sua fabricação. Os catalisadores Ziegler Natta, por
exemplo, originam PELBD com ampla distribuição de massa molar e distribuição
heterogênea de comonômeros, os quais se concentram – principalmente - nas cadeias
poliméricas. Já os catalisadores denominados metalocênicos originam PELBD com
distribuição mais estreita de massa molar e distribuição mais homogênea de ramificação.
Neste sentido, os PELBD podem apresentar diferentes características físicas e
mecânicas entre si. Vale ressaltar que os efeitos da quantidade de ramificações e a da
massa molar nas características do material não são facilmente diferenciados, já que a
massa molar está inversamente relacionada à quantidade de ramificações curtas. Portanto,
o fracionamento deste termoplástico é essencial para o estudo da cinética de cristalização,
da morfologia da fase cristalina e do comportamento do fundido das frações (DOAK, 1996;
MILES e BRISTON, 1965).
50
Por fim, a maior resistência ao cisalhamento e a maior susceptibilidade à fratura do
fundido conferem ao PELBD a necessidade de uma tecnologia mais refinada para seu
processamento. No entanto, segundo (SILVA, 1999; MILES e BRISTON, 1965), as ótimas
propriedades mecânicas deste tipo de polietileno, aliadas às suas boas características
ópticas, justificam seu uso em detrimento de outros tipos de resinas poliméricas.
3.2.6. Biodegradação e reciclagem
É inegável que o crescimento sustentado do setor de polímeros se deve, dentre
outros fatores, à enorme flexibilidade das aplicações e do relativo baixo custo desses
materiais. Novas tecnologias de produção de resinas poliméricas ainda vêm sendo
desenvolvidas e cada vez mais estes materiais substituirão outros materiais tradicionais,
como o vidro, os metais e a madeira (RABELLO, 2000). No entanto, devido à lenta
biodegradação dos materiais plásticos e aos crescentes níveis de produção aliados ao
descarte indevido, estes vêm se acumulando no meio ambiente, sobrecarregando os
aterros sanitários e causando a impressão de poluição descontrolada (ACHILIAS et
al.,2008).
Segundo Matos (2009), as taxas de reciclagem no Brasil apresentam crescimento a
cada ano, sendo que o PET representa mais de 50% em relação às demais resinas. Ainda
segundo o mesmo autor, certos países da União Europeia, que possuem taxas elevadas
de reciclagem de plástico, possuem legislações específicas, disciplinando a recuperação
dos resíduos plásticos, diferentemente do Brasil, onde a reciclagem acontece basicamente
em função do interesse de mercado.
O tempo de vida útil dos materiais poliméricos varia em função da sua utilização
final. Em cerca de 20% dos casos, o tempo previsto para uso e descarte é inferior a um
ano (MATOS, 2009). Embora haja uma forte pressão ambiental no intuito de reduzir a
utilização desses materiais, parece nada natural que o crescimento de seu consumo e
consequente produção venha a diminuir. Ao contrário, vê-se uma tendência nítida de
aumento desses índices, por razões já discutidas em no item 2.1. É fundamental, pois, que
também se desenvolvam técnicas eficientes de reciclagem, na tentativa de minimizar o
impacto ambiental.
A degradação de um material polimérico consiste na alteração irreversível de suas
propriedades, através de reações químicas propiciadas por determinados agentes físicos
ou químicos. Geralmente, a degradação de um material é indesejável, dado que se
51
pretende alcançar elevada durabilidade. Esta característica é um dos principais
argumentos de venda por parte dos fabricantes em geral.
Vale ressaltar que a degradação pode ocorrer durante o processamento do
material, principalmente pela exposição a altas temperaturas e elevados esforços
mecânicos, caracterizando – respectivamente - a degradação térmica ou mecânica. Este
mesmo processo pode ocorrer durante a vida útil do produto, através, por exemplo, da
fotodegradação, que se dá a partir de sua exposição intensa à luz solar.
O processo de biodegradação, em contrapartida, consiste na alteração das
propriedades físicas e químicas do polímero por ação enzimática de microorganismos em
determinadas condições de temperatura, umidade, radiação, oxigênio e presença de
nutrientes orgânicos e minerais. Em outras palavras, consiste na exposição direta do
polímero ao meio ambiente.
Os plásticos são materiais muito resistentes à biodegradação, sendo necessário,
para muitos deles, mais de cem anos para completar este processo, dada a sua elevada
massa molecular e a sua hidrofobicidade, as quais dificultam a ação enzimática dos
microorganismos na superfície do polímero.
Segundo a ASTM - American Society For Testing and Materials (1999),órgão
estadunidense que desenvolve e publica normas técnicas para uma ampla gama de
materiais, a reciclagem dos polímeros pode ser classificada e dividida em quatro tipos:
Reciclagem Primária – É realizada por meio dos resíduos de origem industrial,
referentes às obras ou aparas, desde que não apresentem qualquer tipo de
contaminação. O processo compreende as etapas de seleção dos resíduos,
lavagem, moagem, secagem e reprocessamento. Este último é realizado, em
geral, por extrusoras ou injetoras. Na reciclagem de filmes plásticos pode ser
acrescentada a etapa de aglutinação, com a finalidade de aumentar a densidade
do material. O produto reciclado final possui, portanto, propriedades
semelhantes a da resina virgem;
Reciclagem Secundária – Pode ser definida como a recuperação dos produtos
plásticos pós-consumo presentes nos RSU. O processo é semelhante ao da
reciclagem primária, pois também compreende todas as etapas deste tipo de
reciclagem. Entretanto, este processo está sujeito a um maior risco de
contaminação da matéria-prima, seja pela presença de partículas de outros
polímeros, ou mesmo outros materiais, como adesivos, colas ou tintas aderidas
em sua superfície. Desta forma, o produto reciclado apresenta, invariavelmente,
propriedades inferiores ao de resina virgem;
Reciclagem Terciária – Consiste em submeter os resíduos poliméricos a uma
despolimerização, a qual é realizada por meio da decomposição química
52
controlada do polímero, visando à obtenção de monômeros passíveis de serem
utilizados para uma nova polimerização. Neste caso, o polímero é considerado
de boa qualidade para novos processamentos;
Reciclagem Quaternária – Dá-se através da incineração dos resíduos
poliméricos, os quais são submetidos à combustão, obtendo-se como produto a
energia desprendida, sob forma de calor, e emissões gasosas. Este processo
apresenta seu melhor resultado com a combustão completa, ou seja, com
excesso de oxigênio presente na queima, com obtenção do dióxido de carbono
como principal produto. Configura-se, pois, a perda da matéria-prima
propriamente dita, pois a massa de polímeros é utilizada na combustão como
combustível e transformada, por conseguinte, em energia térmica e subprodutos
(cinzas).
Estes diversos tipos de reciclagem se dão a partir de três diferentes processos,
segundo os quais, Piva e Wiebeck (2004) apresentam outra classificação:
Reciclagem Mecânica – Tem por objetivo a obtenção de uma nova peça de
plástico por meio das etapas de seleção, moagem, lavagem, secagem,
aglutinação e reprocessamento, independentemente da origem do resíduo
polimérico;
Reciclagem Química – Objetiva a despolimerização controlada do plástico, com
a destruição da estrutura polimérica, obtendo-se produtos como monômeros e
substâncias de baixa massa molar, os quais se constituirão em matéria-prima
para um novo processo de polimerização;
Reciclagem energética – Visa à obtenção do conteúdo energético dos plásticos
por meio da combustão, conforme o processo descrito na reciclagem
quaternária.
3.3. Processos produtivos industriais de transformação de polímeros
Os produtos plásticos podem ser moldados a partir de diversos processos de
transformação de polímeros, através dos quais as diversas resinas poliméricas, em
formato de grânulos, pó ou líquidos, serão aquecidas ou catalisadas.
Este capítulo tem como principais objetivos detalhar minuciosamente o processo de
rotomoldagem, por tratar-se do processo envolvido no estudo de caso proposto e
caracterizar alguns dos processos mais utilizados pelas indústrias na fabricação de
53
produtos plásticos, como a injeção e a extrusão. Por fim, a título de complemento, são
superficialmente abordados outros processos de transformação de resinas poliméricas.
3.3.1. Moldagem por injeção
O processo de moldagem por injeção consiste basicamente no aquecimento da
matéria-prima polimérica, passando-a do estado sólido, normalmente encontrado em pó,
granulado de formas geométricas diversas ou flocos (flakes) como nos materiais
reciclados, para um estado pastoso e plastificado. Tal alteração se dá por consequência do
aquecimento do cilindro da unidade de injeção, calor este transmitido por resistências
elétricas e por atrito da matéria-prima durante o processo de dosagem (BLASS, 1988).
Ainda segundo este autor, a moldagem por injeção não é um processo contínuo, mas sim
intermitente, seguindo um período de repetição denominado “ciclo de injeção”, o qual pode
conter eventos que se intercalam ou que se sucedem sequencial e indefinidamente.
Segundo Manrich (2005), um dos processos mais versáteis e modernos no campo
da transformação e processamento dos polímeros é, sem dúvida, o da moldagem por
injeção. Atualmente, trata-se de um dos processos mais comuns de fabricação de peças
de plástico, sendo a maioria das indústrias a este adepta.
Além da moldagem por injeção utilizar-se dos termoplásticos, termofixos e
elastômeros vulcanizados (borrachas e silicones), também pode ser utilizada para a
fabricação de peças cerâmicas, metálicas, de alumínio, dentre outras, a partir de
compostos que utilizam um material polimérico como vetor.
3.3.1.1. Histórico
O processo de moldagem por injeção foi patenteado em 1872 pelos irmãos Hyatt.
Desde então, começou a ser utilizado cada vez mais e, ao longo do século XX sofreu uma
grande evolução, marcada – principalmente - pela máquina hidráulica (anos 40), a
máquina de parafuso alternativo (1951) e a máquina elétrica (1988).
Inicialmente desenvolvido para a transformação de resinas termoendurecíveis,
como a ureia formaldeído ou baquelite, o processo teve um enorme desenvolvimento
frente ao advento dos materiais termoplásticos, consagrados após a Segunda Guerra
Mundial. Atualmente, a moldagem por injeção é um dos principais processos de
transformação de materiais de base polimérica, com enorme importância nos grandes
54
mercados consumidores, tais como a construção civil e automobilística, indústrias de
embalagens e materiais elétricos e eletrônicos, dentre outros (HARADA, 2004).
O grande sucesso desta tecnologia deve-se ao efeito combinado de uma série de
vantagens comparativas, entre as quais se salientam: a elevada capacidade produtiva, a
grande reprodutibilidade e precisão dimensional, a flexibilidade em termos de geometria e
dimensões das moldagens, entre outros atributos. A gama de aplicações deste processo é
vasta, desde as micromoldagens, gerando peças inferiores a 1 mg, até as
macromoldagens, com peças de mais de 100 kg (MANRICH, 2005).
3.3.1.2. Etapas gerais do processo
Segundo Mano (2004), o ciclo de moldagem do processo de injeção de
termoplásticos obedece a um sequenciamento típico, envolvendo as seguintes etapas:
1. Dosagem do material termoplástico granulado ou em pó no cilindro de injeção;
2. Aquecimento com consequente fusão do material até a consistência adequada;
3. Injeção do material plástico fundido no molde fechado;
4. Resfriamento, com consequente solidificação e recuperação da rigidez do
material;
5. Extração do produto com o molde aberto.
Em resumo, o material plástico a transformar, originalmente no estado sólido e
normalmente sob a forma de grãos, é carregado no funil da máquina de injetar e
alimentado para o interior do cilindro de plastificação, onde é aquecido a fim de tornar-se
fluido e homogeneizado. O aquecimento do material provém do calor transmitido através
das paredes do cilindro por resistências elétricas e pelo calor gerado por efeito de
dissipação viscosa, em resultado do esforço mecânico da rotação do parafuso. Dessa
maneira, o fundido resultante é forçado a fluir para o interior de um molde, o qual irá
preencher a respectiva cavidade e resfriar devido às trocas de calor com as superfícies
moldantes.
Finalmente, o processo conclui-se com a extração da moldagem, que ocorre após o
período de resfriamento. Em outras palavras, o produto, depois de resfriado o suficiente
para manter sua estrutura e forma, é extraído do molde. No caso da moldagem de
termofixos ou de borrachas vulcanizadas o molde apresenta uma temperatura mais
elevada que a do cilindro, no intuito de garantir a reticulação do material após a injeção.
55
3.3.1.3. Tipos de injeção
As máquinas injetoras são providas de sistemas de abertura e fechamento do
molde, os quais garantem o sequenciamento correto do processo de injeção do material
plástico na cavidade do molde. A unidade de fechamento promove o fechamento do molde
com força suficiente para suportar a pressão do material, no momento da injeção.
Uma das maneiras convencionais de diferenciar os tipos de injeção consiste em
classificar o processo de fechamento do molde, segundo as seguintes possibilidades de
sistema (SENA, 2003):
Mecânico: esse sistema funciona com alavancas ligadas em dois braços, os
quais recebem o acionamento manual, transmitindo a força para as alavancas,
que se deslocam de acordo com o movimento, abrindo ou fechando o molde. É
um sistema antigo, ainda utilizado para pequenas produções, nas quais todos os
movimentos dependem do operador;
Hidráulico de pistão: nesse sistema, a abertura e fechamento do molde são
feitos por um pistão hidráulico de grande área, ligado a um cilindro hidráulico. A
força de fechamento é dada pela pressão do óleo, de maneira que, quanto maior
a pressão, maior será a força aplicada no molde. Vazamentos internos ou
externos no sistema de fechamento implicam perda de pressão, a qual diminui a
força de fechamento, com possibilidade de deixar rebarbas no produto;
Hidráulico-mecânico: a maioria dos fabricantes de máquinas injetoras utiliza
esse sistema de fechamento. Um cilindro e um pistão hidráulico de área bem
reduzida em relação ao sistema com pistão ficam ligados a um sistema de
articulações, composto por tesouras ou joelhos, que irá movimentar a placa
móvel, fechando ou abrindo o molde. A pressão do óleo, ou a pressão de
fechamento, faz com que as articulações se travem, ocorrendo um “estiramento
das colunas” e gerando a força de fechamento necessária.
3.3.1.4. Máquinas de injeção
O processo utiliza dois equipamentos essenciais: a injetora e o molde. Contudo, a
moldagem de qualidade pode exigir um conjunto adicional de equipamentos: dispositivos
para transporte e alimentação de matéria-prima, robô manipulador para manuseio de
moldagens ou sistemas de alimentação, esteira transportadora, moinho granular e
dispositivo para controle da temperatura do molde.
56
Em termos gerais, a máquina injetora, cujo esquema é apresentado na figura 3.6,
consiste no equipamento utilizado para fabricação descontínua de produtos moldados, pela
injeção de material plastificado no molde, que contém uma ou mais cavidades, na qual
ocorre a formação da peça. A máquina injetora consiste, essencialmente, da unidade de
fechamento, unidade de injeção, sistemas de acionamento e controle.
Figura 3.6: Esquema geral da máquina injetora (SENA, 2003).
A unidade de injeção ou sistema de injeção, por sua vez, recebe o material no
estado sólido, em forma de grânulos ou pó, e transporta-os nas quantidades
preestabelecidas, para o interior do molde. A unidade de injeção pode ser dividida em dois
tipos, o que praticamente define o tipo de máquina injetora: tipo pistão e tipo rosca.
As máquinas tipo rosca são as mais utilizadas atualmente. Sua unidade de injeção
trabalha com uma rosca que serve também de êmbolo de injeção. A rosca gira em um
cilindro aquecido, dotado de um funil superior, por onde se introduz o material
termoplástico. A unidade de injeção move-se, geralmente, sobre a base da máquina.
Algumas vezes faz-se necessária a substituição do cilindro, do parafuso e do bico de
injeção, de forma a se ajustarem a um novo material a ser processado ou a um diferente
volume de injeção solicitado (SENA, 2003).
Contudo, independentemente do tipo de sistema de injeção, o plástico é dosado,
fundido, homogeneizado, transportado e injetado no molde, ficando a unidade de injeção
responsável, basicamente, por dois grupos de funções, a saber, a plastificação do material
plástico e a injeção do material no molde.
Por fim, os sistemas de acionamento e controle, integrados a um painel eletrônico
na máquina de injeção, são responsáveis por garantir os parâmetros do processo, a partir
das características desejadas pelo fabricante. Constitui etapa fundamental para o sucesso
da moldagem quanto ao atendimento da demanda e capacidade produtiva. A velocidade
de abertura e fechamento, a velocidade de amortecimento (desaceleração), a pressão de
abertura e travamento são alguns dos diversos parâmetros intrínsecos ao processo de
moldagem por injeção.
57
3.3.1.5. Parâmetros do processo
Segundo Cominatto (1997) e Engel e Huell (1996), os principais e mais influentes
parâmetros do processo de moldagem por injeção são:
Tempo de ciclo: é o tempo necessário para completar todas as etapas de um
ciclo de moldagem de uma máquina injetora;
Velocidade de Injeção: é a velocidade de avanço do pistão ou da rosca, no
momento em que o material é injetado;
Tempo de injeção: é o tempo estabelecido, no painel da máquina injetora, para
realizar a operação de injeção e eventualmente o recalque da peça injetada.
Possui controle independente e normalmente é contabilizado em segundos;
Tempo de Recalque: é o tempo estabelecido no painel da máquina injetora para
que a rosca continue fazendo pressão sobre os componentes injetados;
Tempo de resfriamento: fator que controla o tempo que o produto fica no molde.
Ao iniciar-se o tempo de resfriamento, geralmente se inicia a dosagem da
próxima fase de injeção;
Temperatura do molde: é determinada a partir do controle da temperatura da
água industrial ou líquido refrigerante que circula pelos moldes;
Temperatura da máquina: fator ajustado automaticamente pelo processo, dado
que influencia diretamente na temperatura do material;
Dosagem: é a quantidade de material utilizada para realizar o ciclo completo do
processo. O material é escoado através da rotação do parafuso (rosca) que fica
dentro do cilindro de aquecimento;
Pressão de injeção: é a pressão com que o material polimérico é injetado no
molde, controlada automaticamente pela máquina através de um sistema
presente em seu cilindro;
Pressão de recalque: é a pressão que atua dentro do tempo de recalque. Essa
operação é realizada no processo de moldagem para garantir que todas as
cavidades do molde sejam preenchidas, caso contrário, a peça apresentará
defeitos ou não uniformidades de espessura.
O equipamento utilizado, junto à estratégia de determinação dos parâmetros do
processo poderão desde otimizá-lo até mesmo prejudicar consideravelmente a qualidade
do produto final.
58
2.3.2. Extrusão
Extrudar um material significa comprimi-lo acima de seu limite de elasticidade em
uma câmara e forçá-lo a escoar e adquirir a forma do orifício de saída da câmara. Uma
simples analogia do nosso dia-a-dia consiste na saída da pasta de dente de seu tubo
deformável. Neste caso, a pasta deixa o tubo com o formato do bocal de saída, assim
como na extrusão um metal é normalmente comprimido por um êmbolo ou pistão e pode
ser empurrado para frente ou para trás, resultando em um produto oco ou maciço
(BRESCIANI et al., 1997).
Em linguagem específica, a extrusão é um processo de conformação plástica que
consiste em passar um lingote ou tarugo de secção circular sob a pressão de um pistão
acionado pneumática ou hidraulicamente, através da abertura de uma matriz, formando um
produto alongado com o perfil da matriz.
Vale ressaltar que cada tarugo ou lingote é extrudado individualmente,
caracterizando a extrusão como um processo semi-contínuo, no qual se faz necessário
finalizar a confecção de uma peça para dar início à outra. Por vezes, a extrusão pode ser
combinada com operações de forjamento, sendo denominada extrusão fria ou a frio. A
ductilidade do material é uma das características que determina quais rotas de processo
poderão ser estabelecidas.
Quando o processo é realizado a quente, ou seja, acima da temperatura de
recristalização, a passagem do tarugo pela ferramenta, com furo da seção menor do que a
do tarugo, provoca a deformação plástica do metal. Obtêm-se, então, perfis metálicos com
propriedades mecânicas controladas e de comprimento limitado pelo volume do lingote
inicial. A extrusão a quente, porém, oferece emprego limitado, normalmente a aços, em
razão das condições de trabalho adversas caracterizadas por elevadas pressões e
temperaturas.
Como a estrutura metálica do produto da extrusão se encontra na condição
recristalizada, é possível aplicar ao metal extrudado intensos trabalhos de deformação a
frio adicionais, como, por exemplo, a trefilação. Este processo é análogo à extrusão,
também destinado à produção de barras de perfil constante. Na trefilação, porém, o
escoamento do material se dá através da aplicação de uma força de tração, enquanto que,
na extrusão, trata-se de uma força de compressão.
Segundo Abal (1990), as vantagens do processo de extrusão incluem a redução de
custos através da eliminação de operações posteriores de usinagem ou junção, bem como
a possibilidade de obtenção de seções mais resistentes através da adequada eliminação
de juntas frágeis e de uma melhor distribuição de metal. A extrusão permite, também, obter
59
um produto mais homogêneo, estrutural e dimensionalmente, além de ser menos passível
de ataques por oxidação superficial.
Algumas eventuais desvantagens do processo de extrusão se comparado a outros
processos de transformação de polímeros são: custo maior de aquisição dos
equipamentos, limitação de comprimento do perfil de extrusão, menor velocidade de
trabalho e possíveis ausências de uniformidade de deformação ao final do processo.
Embora presente em uma vasta gama de aplicações, o uso mais comum da
extrusão se faz nos seguintes produtos (CHIAVERINI, 2000):
Quadros de janelas e portas;
Trilhos para portas deslizantes;
Tubos de várias seções transversais e formas arquitetônicas;
Maçanetas e trancas;
Engrenagens em geral;
Tijolos vazados de cerâmica;
Maquinário pesado;
Componentes para automóveis e motocicletas (combinada com o forjamento).
Por fim, nas operações combinadas com forjamento podem-se gerar componentes
para automóveis, bicicletas, motocicletas, maquinário pesado, equipamento de transporte,
estruturas aeroespaciais, dentre outras centenas de itens fabricados a partir de perfis
extrudados.
3.3.2.1. Histórico
A extrusão de metais surgiu na Inglaterra, em 1797, na fabricação de tubos de
chumbo. Porém, somente em meados de 1900 a extrusão tomou níveis industriais. O
primeiro grande incremento de utilização de perfis extrudados ocorreu durante a Segunda
Guerra Mundial, quando estas peças, fabricados em alumínio, foram produzidos em
grande quantidade para utilização em componentes aeronáuticos. A partir da introdução de
ligas intermediárias, tratáveis termicamente na própria prensa de extrusão com notável
eficiência, houve uma rápida expansão desta indústria no pós-guerra (YOSHIDA, 2001).
Atualmente, este processo é muito empregado para obter barras, tubos ou seções
de formas complexas, com tolerâncias dimensionais e acabamento de qualidade na
superfície das peças. O método tem sido útil para deformar ligas refratárias e aços
inoxidáveis, pois estes apresentam uma tensão média de compressão. Praticamente
qualquer forma de seção transversal vazada ou cheia pode ser produzida por extrusão.
60
Como a geometria da matriz permanece inalterada, os produtos extrudados têm seção
transversal constante. Existe, ainda, a possibilidade de seccionar o perfil extrudado, de
maneira a obter produtos como maçanetas, trancas e engrenagens, entre outros objetos.
3.3.2.2. Etapas gerais do processo
Como mencionado anteriormente, os metais mais duros, como o aço, passam
normalmente pelo processo de extrusão a quente, o qual envolve as seguintes etapas
(ABAL, 1990):
1. Fabricação de lingote ou tarugo de seção circular;
2. Aquecimento uniforme do lingote ou tarugo;
3. Transporte do lingote ou tarugo aquecido para a câmara de extrusão. Essa
etapa deve ser executada o mais rapidamente possível para diminuir a oxidação
na superfície do metal aquecido;
4. Execução da extrusão: com o tarugo aquecido e apoiado diante da câmara de
extrusão, o pistão é acionado e o material é empurrado para o interior da
câmara, conforme a sequência de operações ilustradas na figura 3.7. Em geral,
esta etapa compreende, por sua vez, as seguintes ações: Alimentação da
prensa (a), Início da extrusão com avanço do pistão (b), Fim da extrusão (c) e
Retirada da ferramenta e do extrudado com o resíduo do tarugo (d).
Figura 3.7: Etapas da extrusão de um lingote ou tarugo (CHIAVERINI, 2000).
Após o fim da extrusão, na qual o pistão recua e a câmara se afasta para a retirada
do disco e da parte restante do tarugo, ainda há uma etapa adicional de remoção dos
resíduos de óxido decorrentes do processo, com o auxílio de um disco raspador acionado
pelo pistão.
Em outras palavras, deve-se remover o fundo ou resíduo do tarugo que não foi
extrudado. Caso esse resto de tarugo não seja removido, pode ocorrer um fluxo de metal
61
irregular na próxima extrusão, o que reduzirá a qualidade do produto ou até provocará um
defeito, o qual usualmente se manifesta na forma de um furo interno na peça extrudada.
Mesmo para prensas relativamente grandes, com cerca de 2.000 toneladas, o
tempo para o ciclo completo de extrusão é normalmente reduzido, contabilizando cerca de
60 segundos.
3.3.2.3. Tipos de extrusão
O processo de extrusão pode ser classificado de diversas maneiras. A mais usual
delas é quanto ao tipo de movimento do material plástico, destacando-se a extrusão direta
e a indireta. Esta última também pode ser denominada inversa.
No processo de extrusão direta, o tarugo é colocado em uma câmara e impelido
através da matriz por ação de um êmbolo. Um disco de pressão é colocado no fim do
pistão ou êmbolo em contato com o tarugo. Esse tipo de extrusão pode ser utilizado em
mais aplicações, pois seu mecanismo oferece maior simplicidade, já que não possui um
pistão oco, cuja resistência seria limitada à flambagem do material que o compõe
(HELMAN et al., 1993).
Ainda na extrusão direta, a matriz fecha um lado da câmara e o pistão ou êmbolo
fecha o outro. Aplica-se, então, uma pressão no pistão, que por sua vez exerce força sobre
o lingote, fazendo-o mover-se para frente, com consequente extrusão do metal pelo orifício
da matriz. A câmara e a matriz são fixas e o tarugo move-se em relação à câmara. Na
figura 3.8 é possível observar uma representação esquemática da extrusão direta:
Figura 3.8: Representação esquemática da extrusão direta (HELMAN et al., 1993).
Essa movimentação do tarugo provoca atrito entre o mesmo e a superfície da
câmara, o que acarreta um acréscimo da força necessária para extrudar o metal através da
matriz. Esse atrito também retarda o fluxo do metal da região periférica do lingote, com
consequente aumento do fluxo de material.
Por outro lado, na extrusão indireta ocorre o inverso da extrusão direta, já que é a
matriz que se desloca em relação ao tarugo. O pistão ou êmbolo é furado e ligado à matriz,
62
enquanto a outra extremidade da câmara é fechada. Frequentemente, o pistão e a matriz
são mantidos estacionários, e a câmara movimenta-se com o tarugo.
Na extrusão indireta, por não se ter movimento entre a câmara e o tarugo, as forças
de atrito são muito menores e as pressões requeridas para extrusão são bem inferiores em
comparação à extrusão direta. Contudo, existe uma limitação pelo fato da extrusão indireta
utilizar um pistão oco, o qual restringe o valor das cargas a serem aplicadas. A figura 3.9 é
uma ilustração do processo de extrusão indireta.
Figura 3.9: Representação esquemática da extrusão indireta.
Neste tipo de extrusão, a pressão de extrusão requerida é bem menor, pois não há
atrito entre as superfícies do lingote e do recipiente. Não havendo atrito, ocorre um fluxo
adicional de metal na secção transversal total do lingote durante a extrusão. Esse tipo de
fluxo diminui sensivelmente a formação de vazios centrais na parte posterior do produto
extrudado e também reduz a quantidade de descarte da extremidade. Uma desvantagem
da extrusão inversa, porém, consiste na má qualidade superficial do produto quando
comparada à outra variante do processo.
Embora o processo indireto exija menor esforço de deformação e permita a
obtenção de um produto mais homogêneo que na extrusão direta, esta apresenta uma
utilização maior devido à simplicidade do equipamento. Não se exige, dessa forma, o uso
de um pistão oco que possua uma resistência limitada à flambagem, principalmente para
extrusão de grandes componentes.
Por fim, como na extrusão inversa o pistão se mantém fixo, com a ferramenta
colocada na sua extremidade, e a câmara com o tarugo avança em sua direção, o atrito
torna-se inexistente entre o tarugo e a câmara. Entre o bloco e o metal a ser extrudado,
geralmente se interpõe um pedaço de material suplementar, como, por exemplo, o grafite.
Este material força, por sua vez, a passagem de todo o tarugo através da matriz.
63
3.3.2.4. Máquinas de extrusão
Normalmente, a extrusão a quente é efetuada em prensas hidráulicas horizontais,
especialmente construídas para a esta finalidade. As prensas de extrusão comuns
costumam ter capacidade nominal entre 250 a 5.500 toneladas, mas – atualmente - alguns
projetos chegam a especificar até 25.000 toneladas de capacidade nominal.
Ademais, as prensas hidráulicas horizontais são utilizadas para produzir a maior
parte dos extrudados de alumínio presentes no mercado. Algumas delas chegam a ser
utilizadas para empurrar perfis de grande dimensão ou complexidade geométrica, bem
como perfis produzidos com ligas de alta resistência mecânica.
A prensa de extrusão é essencialmente um conjunto cilindro-pistão hidráulico, no
qual o cilindro necessita de constante alimentação de líquido sob pressão. A alimentação
deste componente pode se dar com auxílio de uma bomba hidráulica, que mantém a
velocidade do pistão necessária à extrusão, ou com o emprego de um acumulador de
pressão. No primeiro caso, a alimentação, e consequentemente o acionamento, são do
tipo oleodinâmico e, no segundo caso, do tipo hidropneumático (YOSHIDA, 2001).
A alimentação oleodinâmica consiste no fluido, no caso o óleo, ser mantido no
cilindro sob pressão constante, com auxílio de uma bomba de vazão regulável, em função
da velocidade de extrusão. As principais características a serem consideradas neste caso
são: a pressão máxima atingida e a velocidade de resposta ao comando de alimentação.
Já na alimentação hidropneumática, adota-se um acumulador de pressão variável,
que consiste em uma câmara sob pressão contendo um líquido, que pode ser água com
pequeno teor de óleo em emulsão. Este líquido reduz a ação corrosiva da água sobre a
câmara e é pressionado por um gás, normalmente o ar. A resposta que se obtém nesse
sistema de acionamento é de elevada velocidade.
A máquina que adota um sistema de acionamento e alimentação oleodinâmica com
vazão regulável é a mais adequada à extrusão de metais não ferrosos, que requerem uma
velocidade de extrusão com pequena variação para não surgir defeitos nas peças
extrudadas. A potência da bomba nesse sistema é substancialmente maior. Por outro lado,
nas máquinas com acionamento hidropneumático, devido ao sistema acumulador de
pressão, a bomba poderá ser de potência menor, já que a pressão máxima não é
necessária durante todo o ciclo de extrusão. Essas máquinas, no entanto, não podem ser
aplicadas aos metais mais sensíveis às variações de velocidade de extrusão, como o
alumínio e suas ligas (HELMAN, 1993).
Vale dizer que, além do conjunto pistão-cilindro hidráulico, e do sistema acoplado
de alimentação do fluido sob pressão, outros componentes básicos compõem as máquinas
64
de extrusão: pistão de extrusão, câmara e camisa, conjunto suporte da ferramenta (fieira
ou matriz), dentre outros elementos.
O componente que concentra todo o esforço da máquina de extrusão é o êmbolo
de extrusão, que é solidário ao êmbolo do cilindro hidráulico. Por este motivo, deve ser
fabricado em aço-liga resiste ao calor. Esse êmbolo tem suas dimensões projetadas, em
particular o diâmetro, em função das características e especificações dos tarugos e das
peças extrudadas.
A câmara, por sua vez, recebe o tarugo aquecido que deve ser extrudado pela ação
do êmbolo de extrusão e pode ser constituída de duas partes coaxiais, sendo que a parte
interna, que entra em contato com o tarugo, denomina-se camisa interna da câmara.
Ademais, a camisa sofre a ação dos esforços de compressão e de atrito em temperaturas
elevadas, sendo submetida a uma ação de desgaste constante.
Os materiais que constituem a câmara e a camisa também são aços resistentes ao
calor, pois tais componentes são mantidos constantemente a temperaturas elevadas,
atingidas por meio de um sistema de aquecimento elétrico, necessário à operação de
extrusão a quente do tarugo.
3.3.2.5. Parâmetros do processo
Vários são os parâmetros intrínsecos ao processo de extrusão, como por exemplo,
a pressão de extrusão, a área da seção transversal e temperatura do tarugo, a velocidade
de deslocamento do pistão, o tipo de lubrificante utilizado, dentre outros aspectos.
De maneira geral, o conjunto de parâmetros geométricos e físicos influenciará
diretamente no andamento e resultado final do processo, determinando a qualidade e as
propriedades mecânicas das peças obtidas. Elucidativamente, na tabela 3.6 são
relacionados alguns metais às suas respectivas temperaturas de extrusão.
2.3.3. Rotomoldagem
A rotomoldagem, também conhecida como fundição rotacional ou moldagem
rotacional, é um processo de transformação de materiais poliméricos voltado para a
produção de peças ocas ou abertas, geralmente de grandes dimensões. A tecnologia de
moldagem rotacional, como a maioria dos métodos de manufatura, evoluiu a partir de
outras tecnologias. Como o nome já diz, o processo consiste na produção de peças por
65
Metal e/ou liga Temperatura (°C)
Chumbo 200 – 250
Alumínio Puro 535
Alumínio – Cobre 480
Alumínio – Manganês 575 – 625
Alumínio – Silício 450 – 550
Alumínio – Magnésio 535
Alumínio – Magnésio – Manganês 535
Alumínio – Magnésio – Silício 550 – 590
Alumínio – Zinco – Magnésio – Cobre 420 – 470
Cobre e suas ligas 650 – 950
Magnésio e suas ligas 345 – 425
Aço e suas ligas 875 – 1300
Ligas refratárias 975 – 2200
Tabela 3.6: Faixa de temperatura de extrusão de alguns materiais (YOSHIDA, 2001).
meio de rotação de moldes abastecidos por certo polímero.
Existe uma vasta gama de produtos fabricados por esse processo, desde pequenos
objetos como uma bola de tênis de mesa, até um grande reservatório com capacidade
superior a 30 mil litros. Outros produtos abrangem a área da saúde, indústria química e
agrícola, construção civil, instrumentos domésticos, móveis e artigos de decoração,
brinquedos, lixeiras, tanques, dentre muitos outros (MARQUES e OLIVEIRA, 1998).
Mais de 80% dos materiais poliméricos utilizados atualmente como matéria-prima
para a rotomoldagem são os polietilenos, embora existam outros materiais rotomoldáveis,
como os plastisóis, nylons, polipropilenos, poliacetais, policarbonatos, ABS entre outros
(TRM, 2007).
3.3.3.1. Histórico
Relatos indicam que a rotomoldagem fora utilizada inicialmente pelos egípcios e
gregos para a fabricação de peças cerâmicas através do processo atualmente conhecido
como “slipcasting”.
Embora haja indícios de que, em meados de 1600, os suíços tenham utilizado pela
primeira vez a moldagem rotacional para confeccionar ovos de chocolate ocos, o primeiro
registro de patente de máquina para a moldagem rotacional aconteceu em 1855, ou seja,
antes da existência do plástico (TRM, 2007). Essa patente foi concedida ao britânico R.
66
Peters, registrando o uso de uma máquina térmica biaxial utilizada para criar peças
bélicas, confeccionadas em material metálico e embarcações ocas.
Nos Estados Unidos, em 1905, um mecanismo semelhante foi utilizado por F.A.
Voelke para a confecção de objetos ocos de cera. Cinco anos depois, G.S. Baker's e G.W.
Perks também teriam utilizado este processo para a criação de ovos ocos de chocolate.
Tendo sido utilizada para variados fins, as máquinas de rotomoldagem foram
exploradas em vários países da Europa, até que, no ano de 1920, em Paris, R.J. Powell
submeteu gesso à rotomoldagem e foi a partir deste e de semelhantes métodos que se
desenvolveu a rotomoldagem de polímeros, como se conhece atualmente (WARD, 1997).
Os polímeros foram introduzidos oficialmente à rotomoldagem em 1950, tendo sua
primeira aplicação em cabeças de bonecas de brinquedo em uma máquina movida por um
motor elétrico externo e aquecimento a gás. O molde foi construído de uma liga de cobre e
níquel e o polímero utilizado foi o PVC (TRM, 2007).
Ainda na década de 50, ocorreram dois grandes desenvolvimentos: a introdução de
polímeros pulverizados especialmente produzidos para moldagem rotacional e o forno com
aquecimento através de circulação de ar quente.
A partir da década de 70, surgiram as outras evoluções consideráveis dentro da
rotomoldagem, com o início, nos EUA e Europa, de novos polímeros aplicáveis ao
processo. O polietileno linear micronizado passou a ser utilizado na fabricação de novos
produtos com tamanhos consideravelmente grandes.
Na década de 1980, o processo de rotomoldagem ficou ainda mais conhecido
devido ao aumento das indústrias fornecedoras de matéria-prima ao redor do mundo.
Ademais, em resposta à demanda crescente de consumo de produtos rotomoldados,
novos materiais se tornaram disponíveis para o processo, incluindo policarbonatos,
poliésteres, PP, PEBD, nylon e ABS e PEAD.
Por fim, a partir dos anos 80, houve um crescimento significativo da utilização do
processo de rotomoldagem e já no ano de 2006 alcançava a marca de 40.000 toneladas
por ano (HARPER, 2006). Porém, se comparada a processos como injeção, extrusão e
sopro, a rotomoldagem ainda é pouco utilizada, representando apenas 2% do mercado de
plásticos, como ilustrado no gráfico 3.1.
Dentro desses 2%, o segmento que detém a maior representatividade deste
mercado é o da construção civil, com 40% de participação, como é demonstrado no gráfico
3.2. Essa elevada participação se deve, basicamente, a um produto em especial: as caixas
d’ água. Devido à grande tendência mundial de eliminar o uso desse produto fabricado
com fibrocimento que contém fibras de amianto, cuja inalação acredita-se poder provocar
67
Gráfico 3.1: Segmentação da produção de artigos em plástico por processo produtivo (UEKI e
PISANU, 2007).
doenças graves, há uma forte migração para o produto confeccionado a partir da
rotomoldagem.
Gráfico 3.2: Representatividade da rotomoldagem por segmentos de produto
(UEKI e PISANU, 2007).
Cerca de 50 países já aderiram a um processo de banimento das caixas d’água
com fibras de amianto e, no Brasil, a rotomoldagem desse produto também se tornou um
negócio lucrativo, já que passaram a substituir com inúmeras vantagens as tecnologias de
então (NICOLETTE, 2011).
O processo de rotomoldagem tem evoluído significativamente nos últimos anos e já
permite a produção de peças técnicas complexas com baixo custo. Apesar de configurar-
68
se como um processo lento, apresenta diversas vantagens, como a possibilidade de
moldar peças de grandes dimensões.
3.3.3.2. O processo
A rotomoldagem configura-se a partir de um molde oco, abastecido com resina em
pó ou líquida, colocado em uma câmara de aquecimento. Durante o processo, o molde gira
em dois movimentos, com rotações baixas e distintas. É tido como um processo
econômico, no qual a ausência de aplicação de esforço proporciona peças sem tensões
residuais.
A matéria-prima, quando em pó, deve ser micronizada, ou seja, deve passar por
moagem ultrafina, no intuito de facilitar o escoamento no molde, reduzindo assim o
aprisionamento de ar (bolhas) e acelerando a plastificação do material. Como vantagens
da micronização têm-se, ainda, a redução do ciclo e a prevenção da degradação das
peças. Esta etapa é usualmente realizada em moinhos especiais de disco e o pó separado
por peneiras adequadas, até atingir a granulometria ideal.
Em seguida, a matéria-prima é dosada e já pode abastecer os moldes, para dar
início à etapa a de aquecimento, durante a qual a resina deverá preencher suas
cavidades, dando formato à peça desejada. Finda esta etapa, decorre o resfriamento do
molde, para que a peça possa ser enfim desmoldada. Na figura 3.10 ilustra-se o processo
de rotomoldagem.
Figura 3.10: Principais etapas do processo de rotomoldagem (UEKI e PISANU, 2007).
Resumidamente, a produção da rotomoldagem se divide em quatro etapas
distintas: dosagem do pó, aquecimento do molde, resfriamento do molde e a
desmoldagem.
69
3.3.3.2.1. Dosagem do pó
Uma quantidade conhecida de material micronizado é adicionada ao molde de
rotomoldagem. Geralmente a pesagem do pó e a alimentação ocorrem manualmente,
sendo a primeira realizada em balanças digitais. Após a alimentação, o molde é finalmente
fechado com auxílio de grampos ou parafusos, seguindo-se para próxima etapa. Na figura
3.11 tem-se a representação de um molde sendo abastecido.
Figura 3.11: Abastecimento do molde com resina polimérica (UEKI e PISANU, 2007).
3.3.3.2.2. Aquecimento do molde
Após o carregamento e o fechamento do molde, este é submetido ao aquecimento
dentro de um forno, iniciando o movimento de rotação biaxial. A temperatura de
aquecimento pode variar de 200 a 400°C, dependendo do polímero a ser moldado
(CRAWFORD et al., 2002).
O efeito sinérgico entre calor recebido do forno e a movimentação biaxial resulta em
um aquecimento uniforme do material no interior do molde. No início do processo, o
material, em forma de pó, não está aderido à superfície do molde, mas quando é atingida a
temperatura de amolecimento do polímero, este começa a aderir à superfície do molde.
Com a continuidade do aquecimento, objetiva-se, então, a fusão completa do
material. Vale ressaltar que, em um determinado momento, a temperatura entra em
colapso e ocorre, invariavelmente, o aprisionamento do ar misturado às partículas de pó,
resultando na formação de bolhas, com consequente fusão incompleta da resina
polimérica.
70
Quando estas bolhas permanecem na peça, ocasionam perdas ou alterações nas
propriedades mecânicas, principalmente quanto à resistência ao impacto. Para eliminá-las,
faz-se necessária a continuidade do aquecimento após a fusão, o qual implicará a
diminuição da viscosidade do polímero, tornando mais fácil o processo de dissolução do ar
pela matriz. Dessa forma, elimina-se a maioria das bolhas e a fusão é completada.
Se o aquecimento adicional do material for excessivo, a peça resultante, embora
não apresente bolhas, poderá sofrer da degradação termo-oxidativa, ou seja, uma
degradação sob efeito de calor que ocorre em materiais poliméricos no seu
processamento. Como resultado disto, a superfície interna pode apresentar acentuada
perda de resistência mecânica. Elucidativamente, o comportamento da resina polimérica
durante o processo de aquecimento pode ser verificado segundo a figura 3.12:
Figura 3.12: Comportamento da resina polimérica durante o processo de aquecimento (UEKI e
PISANU, 2007).
A condição ideal de moldagem é atingida quando a peça apresentar algumas
bolhas próximas à superfície interna, sem apresentar degradação termo-oxidativa. Esta
71
condição de moldagem é determinada, na prática, por tentativa e erro. O movimento do pó
em um sistema em revolvimento pode ser categorizado em três tipos (BEALL, 1998):
Fluxo de circulação estável (tombamento);
Fluxo de circulação instável (avalanche);
Fluxo de leito estático (escorregamento).
A figura 3.13 consiste na ilustração dos movimentos da matéria-prima já fundida no
interior do molde, enquanto na tabela 3.7 é apresentada a classificação de cada tipo de
fluxo acompanhado de suas características.
Figura 3.13: Movimentação a fundida no interior do molde (UEKI e PISANU, 2007).
Características Circulação estável Circulação instável Escorregamento
Atrito do molde Alto Mais alto Baixíssimo
Transmissão de calor Melhor Razoável Ruim
Mistura Melhor Razoável Nenhuma
Avaliação Ideal Razoável Inadequado
Tabela 3.7: Classificação dos tipos de fluxo acompanhados de suas características (UEKI e
PISANU, 2007).
Na maioria das máquinas com forno fechado, ocorre a circulação de ar quente
proporcionado por um ventilador, sendo este ar geralmente aquecido por um queimador a
gás. O processo não expõe o molde à chama direta como é o caso de máquinas de forno
aberto. Na figura 3.14 é possível verificar um esquema de aquecimento típico do forno.
Figura 3.14: Esquema de circulação de ar quente dentro do forno (UEKI e PISANU, 2007).
72
3.3.3.2.3. Resfriamento e rotação
Ainda em movimento, o molde é retirado da câmara e inicia-se o processo de
resfriamento, que pode ocorrer, basicamente, de três formas (CRAWFORD e THRONE,
2002):
Em temperatura ambiente;
Aplicação de fluxos de ar forçado e/ou pulverização de água nos moldes;
Sistemas mais complexos, como camisas de refrigeração envoltas no molde.
O processo de resfriamento também possui grande influência sobre as
propriedades mecânicas da peça moldada. Se esta for lenta para materiais semicristalinos
como o polietileno, haverá tempo suficiente para o crescimento de cristais, resultando em
peças de alta rigidez, porém com baixa resistência ao impacto.
Por outro lado, o resfriamento rápido pode provocar diferenças bruscas de
temperatura na parede da peça, gerando variações na estrutura do material com diferentes
níveis de contração do polímero, com possibilidade de haver o empenamento da peça.
Segundo Crawford et al. (1998), o tempo de resfriamento depende essencialmente
dos seguintes fatores:
Temperatura ambiente;
Espessura da peça;
Material, espessura e características superficiais do molde;
Volume e velocidade do ar;
Temperatura e vazão da água;
Taxa de retirada do ar e da água da estação de resfriamento.
O ciclo térmico do processo de rotomoldagem, da entrada do molde no forno até a
desmoldagem está representado conforme a figura 3.15. A linha laranja representa a
temperatura no forno e a linha amarela indica a temperatura no interior do molde.
Figura 3.15: Ciclo térmico do processo de rotomoldagem (UEKI e PISANU, 2007).
73
3.3.3.2.4. Desmoldagem
Após o resfriamento, tanto do molde quanto da peça, o movimento de rotação
biaxial é cessado e o molde conduzido para uma estação de desmoldagem. Para
polietilenos, este processo pode se iniciar, geralmente, a uma temperatura de 60ºC. A
abertura do molde e a extração da peça são feitas manualmente. Depois da extração da
peça, o molde é novamente carregado com material e o ciclo recomeça (WARD, 1997).
Nesta etapa as peças geralmente se encontram com temperatura próxima a 50ºC
e, dependendo do seu tipo e formato, devem ser mantidas em uma mesa ou plataforma
específica para resfriá-las e permitir a estabilização total de sua estrutura e dimensões.
3.3.3.3. Matéria-prima
A matéria-prima polimérica para a rotomoldagem é geralmente utilizada na forma
de pó, de modo que as principais características que devem ser controladas são: fluidez a
seco, tamanho médio, distribuição de tamanho das partículas e densidade aparente.
Dentre os polímeros existentes, o polietileno linear, na forma de pó, é o mais
utilizado na rotomoldagem devido à sua versatilidade e economia. Com densidade entre
0,92 e 0,96 g/cm³, seu tipo específico é selecionado de acordo com o produto a ser
confeccionado (MARINHO, 2005).
Segundo a ASTM (1999), as aplicações em rotomoldagem requerem que o índice
de fluidez do polietileno linear esteja entre 2 e 8 g/10min. Um valor acima de 10 indica que
o material tem reduzida resistência ao impacto a baixas temperaturas e ao stress cracking.
Este fenômeno consiste no aparecimento de rachaduras na superfície da peça. Porém,
para valores inferiores a 2 g/10min a viscosidade é alta, dificultando a produção de peças
com detalhes na superfície. Em geral, a matéria-prima para a rotomoldagem passa por
duas etapas antes de abastecer os moldes: moagem e pigmentação.
2.3.3.3.1. Moagem
A moagem ou micronização da matéria-prima geralmente é mecânica, podendo ser
realizada através de moinhos de discos, no qual um permanece estacionário enquanto
outro gira em alta velocidade. O pó é alimentado pelo centro do disco e quando atinge a
extremidade é insuflado para peneiras vibratórias para seleção do tamanho das partículas.
74
As partículas acima do tamanho retornam para o moinho. Na figura 3.16 é apresentado um
típico moinho micronizador de discos.
Figura 3.16: Moinho micronizador de discos (UEKI e PISANU, 2007).
A distribuição do tamanho de partículas do pó deve ser uniforme, já que a presença
de partículas muito pequenas com outras relativamente grandes traz como consequência a
absorção de calor não homogênea, com possibilidade de recobrimento desigual das
paredes do molde. Além disto, pós muito finos podem fundir muito rapidamente, não
permitindo a saída completa das bolhas de ar, provocando a formação de defeitos ou
vazios internos nas peças. Pós muito grosseiros, por outro lado, dificultam o
preenchimento completo de todos os detalhes presentes na estrutura do molde.
O formato das partículas, por sua vez, afeta diretamente a fluidez a seco do pó e
sua densidade aparente. Quanto mais regular a partícula, melhor a fluidez e maior a
densidade aparente do pó. As seleções adequadas da matéria-prima junto às condições de
moagem também influenciam tais características (NICOLETTE, 2011).
Ainda com respeito ao processo de moagem da matéria-prima, quanto maior a
temperatura melhor é o formato das partículas, maior é a densidade aparente e melhor a
escoabilidade da resina polimérica. Temperaturas baixas proporcionam o aparecimento de
partículas fibriladas, como demonstrado na figura 3.17. Este problema pode causar má
dispersão do material polimérico e favorecer o aparecimento de bolhas nas peças.
Outros fatores que podem influenciar no escoamento do pó durante a moldagem
são (HARPER, 2006):
Rugosidade do molde;
Velocidade de rotação do molde;
Quantidade de material no molde;
Presença de aditivos no material polimérico;
Umidade ou temperatura inadequada no forno.
75
Figura 3.17: Matérias-primas micronizadas, vistas por microscópio ótico, sob a influenciação de
altas e baixas temperaturas (UEKI e PISANU, 2007).
3.3.3.3.2. Pigmentação
Crawford e Throne (2002) relatam duas formas de pigmentação para resinas
poliméricas:
Dry Blender: processo a seco através de misturadores conhecidos como Turbo
Blender ou tipo Henschel. Apesar de ser mais econômico, possui a desvantagem
de o pigmento não incorporar-se completamente ao polímero, ficando ancorado
na superfície externa do micronizado;
Extrusão: consiste no molhamento do polímero com o pigmento, resultando em
uma cor mais homogênea, com consequente melhora do brilho e da resistência
da peça. Entretanto, possui a desvantagem de expor o polímero a trabalho
mecânico na extrusora, o qual proporciona um histórico térmico que favorece o
consumo de aditivos do polímero, como os antioxidantes.
Na figura 3.18 é estabelecida uma comparação entre os tipos mais comuns de
pigmentação. Observa-se como ocorre uma dispersão mais homogênea quando a mistura
é realizada com o auxílio de uma extrusora.
Figura 3.18: Comparação entre a pigmentação a seco e por extrusão (UEKI e PISANU, 2007).
76
3.3.3.4. Tipos de máquinas
Para especificar uma máquina de rotomoldagem são considerados, basicamente,
os seguintes parâmetros (CRAWFORD et al., 2002):
Capacidade de aquecimento;
Tamanho do forno;
Tempo médio por ciclo;
Velocidade de rotação do molde.
A partir da combinação destas variáveis, existem diferentes classes de
equipamentos. Cada um destes é relacionado, é claro, a diferentes tipos de peças
passíveis de serem produzidas.
3.3.3.4.1 Rock and Roll
Nestas máquinas, o molde gira 360º no eixo secundário e, no eixo principal,
intercaladamente 45º para um lado e para outro. O sistema de aquecimento geralmente é
a gás com chama direta. Estas máquinas são utilizadas principalmente para a produção de
peças de grandes dimensões. A partir da figura 3.19 é possível estabelecer uma
comparação do tamanho deste equipamento em relação a um homem.
Figura 3.19: Máquina tipo Rock and Roll (UEKI e PISANU, 2007).
3.3.3.4.2. Clamshell
Também denominadas máquinas tipo cofre, estas apresentam a particularidade de
todo o processo ocorrer na mesma câmara, que serve como forno de aquecimento e como
77
componente de resfriamento, a partir da circulação de ar frio e com aspersores de água. A
figura 3.20 consiste em uma representação deste tipo de máquina.
De maneira geral, requerem baixo nível de investimento inicial, pouco espaço e
mão de obra mínima, permitindo a fabricação de produtos de boa qualidade. Todavia,
exigem um tempo de ciclo mais alto, maiores gastos com energia elétrica e com serviços
industriais, pois acondicionam, no mesmo espaço, a área de aquecimento e resfriamento.
São úteis para fabricar produtos que necessitem de controle de processo mais rigoroso e
para produções em pequena escala como, por exemplo, o desenvolvimento de protótipos.
Figura 3.20: Máquina tipo Clamshell (UEKI e PISANU, 2007).
3.3.3.4.3. Shuttle
Nestas, também chamadas de máquinas tipo lançadeira, o deslocamento do molde
nas duas zonas ou estágios ocorre por meio de guias, o que diminui diretamente os
investimentos em mão de obra. São simples de construir e manusear, além de oferecer
baixo custo de manutenção. Permitem, de forma econômica, fabricar peças de pequeno e
grande porte. Na figura 3.21 é apresentado um desenho esquemático deste tipo de
máquina.
Figura 3.21: Máquina do tipo Shuttle de dois estágios (UEKI e PISANU, 2007).
78
3.3.3.4.4. Turret
Introduzidas na segunda metade do século XX, são constituídas de três estações
fisicamente separadas. Para a seleção desta máquina é imprescindível que a duração dos
ciclos de aquecimento e resfriamento de cada braço seja similar e que a disponibilidade de
espaço não seja crítica.
Embora não sejam indicadas para altos níveis de produção, são máquinas muito
eficientes, de alto rendimento e de baixo custo de manutenção. Na figura 3.22 encontra-se
uma representação esquemática de uma máquina Turret ou tipo carrossel.
Figura 3.22: Máquina do tipo Turret (HARPER, 2006).
3.3.3.5. Vantagens e limitações
Todos os processos produtivos industriais apresentam vantagens e desvantagens
intrínsecas ao tipo de tecnologia empregada. Para a rotomoldagem, algumas das
vantagens do processo estão em (CRAWFORD et al., 2002):
Grande variedade de formas possíveis de modelar;
Facilidade em substituir materiais e cores;
Não exigência de ângulos de saída para a desmoldagem da peça;
Como não há aplicação de pressão sobre o material durante a moldagem, as
tensões residuais nas peças são mínimas;
Os moldes costumam ser mais baratos se comparados aos de outros processos;
São necessárias simples operações posteriores de acabamento;
As sobras de material são poucas, pois o peso programado para a peça é
controlado a partir da pesagem da matéria-prima;
79
Oferece boa distribuição de espessura da parede da peça em relação a
processos como sopro e termoformagem;
Peças de materiais e tamanhos diferentes podem ser moldadas
simultaneamente na mesma máquina e inclusive no mesmo braço;
No entanto, como desvantagens deste processo, pode-se citar;
Não comporta grandes tiragens se comparada às moldagens por injeção ou
sopro, tanto pelo fato do abastecimento e da desmoldagem serem manuais
quanto por apresentar um tempo de ciclo maior;
Risco de degradação térmica pelo excesso de exposição do material a altas
temperaturas;
As peças têm menor precisão dimensional quando comparadas ao processo de
injeção;
Não é adequada para a produção de peças de tamanho reduzido.
3.3.4 Outros processos
Há, indubitavelmente, uma vasta gama de outros processos de transformação de
polímeros, os quais, segundo suas peculiaridades, determinam a escolha do polímero e do
tipo de peça passível de ser produzida. Ademais, o comportamento e os diferentes
parâmetros de cada processo são fatores importantíssimos na elaboração do projeto de
quaisquer produtos que se deseje fabricar e inserir no mercado.
Além da moldagem por injeção, da extrusão e da rotomoldagem, já detalhados,
alguns outros processos de transformação de materiais poliméricos merecem destaque.
Nesse intuito, seguem breves descrições de alguns destes processos nos itens seguintes.
3.3.4.1. Moldagem por sopro
Este processo é frequentemente utilizado para fabricação de peças plásticas ocas,
tais como frascos, bonecas, carrinhos de brinquedo, reservatórios de água para
automóveis e até tanques de gasolina.
O processo de sopro ocorre através da insuflação ou enchimento de ar no interior
do molde, de forma a permitir a expansão da massa plástica até a obtenção da forma
desejada. A unidade de produção exclusiva para o processo de sopro é composta pelos
seguintes componentes (WHELAN, 1999):
80
1. Máquina sopradora;
2. Molde de sopro;
3. Dispositivos e sistema de acabamento.
No entanto, o processo de moldagem por sopro é considerado dependente de
outros processos, como a injeção e a extrusão, já que a matéria-prima deve ser amolecida,
por exemplo, no canhão de uma extrusora. Ademais, no caso de artigos relativamente
grandes, como as garrafas PET 2 litros, a seção do tubo polimérico pode ser previamente
moldada pelo processo de injeção e orientada para fornecer uma força adicional para o
produto final soprado (BILLMEYER, 1984).
Em geral, o primeiro passo do processo consiste na formação de uma mangueira
de material termoplástico amolecido, chamada de pré-forma, parison ou trafila, a qual é
depositada e prensada dentro do molde de sopro. Em seguida, o parison é forçado contra
as paredes do molde e adquire a forma da peça, a qual será refrigerada para então ser
extraída.
Na maioria dos casos, o produto necessita passar por um processo de acabamento
posterior, como por exemplo: rebarbação, furação, etiquetagem, entre outros.
Resumidamente, todos os processos de moldagem por sopro consistem de três fases
(OTTERBACH, 2011):
1. Plastificação do granulado de resina termoplástica, normalmente através de uma
extrusora;
2. Produção de uma pré-forma fundida ou um tubo extrudado, no caso da chamada
moldagem por extrusão-sopro, ou uma pré-forma moldada por injeção, no caso
da chamada moldagem por injeção-sopro;
3. O sopro da pré-forma, normalmente com ar, no molde, seguido da extração e da
operação de rebarbação da peça.
Quanto aos polímeros comumente utilizados no processo de moldagem por sobro,
destacam-se: PET, policarbonato, PEAD e PEBD, PP, ABS e alguns tipos de PVC.
3.3.4.2. Termoformagem
A termoformagem ou vacuumforming é um processo que consiste em moldar
chapas plásticas dando forma ao produto através da utilização de calor e pressão, tanto
positivas como a vácuo. Resumidamente, uma lâmina seca é aquecida a uma temperatura
pré-determinada na qual o material plástico amolece. A mesma é esticada para cobrir o
contorno do molde e logo é refrigerada na temperatura na qual o termoplástico passa a ser
81
rígido, retendo assim a forma do molde. A peça termoformada pode ser cortada para
eliminar bordas desnecessárias, decorada ou convertida em produto para diferentes
aplicações (THRONE, 1999).
De acordo com Walsh (2002), o processo alia a precisão técnica ao baixo custo na
confecção dos moldes e na própria moldagem das peças. O perfeito equilíbrio entre calor e
poder de sucção durante o processo de moldagem é o principal responsável por atribuir às
peças termoformadas precisão nas dimensões e ótima qualidade no acabamento, quer
sejam peças de alto ou baixo relevo. As peças são moldadas nas mais variadas cores e
textura em resinas como PS, PEAD, PP, ABS e PET.
Os moldes são desenvolvidos de acordo com as necessidades e incorporam
soluções como: cantos com ângulos retos, inclinados ou arredondados, encaixes para
empilhamento, aletas para ventilação, sistemas de encaixe e travamento para peças,
aplicação de logotipos, dentre outras possibilidades. De maneira geral, as etapas do
processo podem ser divididas da seguinte em fixação da chapa, aquecimento, moldagem,
resfriamento e extração.
3.3.4.3. Calandragem
A calandragem é utilizada para a produção de filmes planos, chapas e laminados,
que são posteriormente confeccionados dando origem a produtos para as indústrias
alimentícia, farmacêutica, automobilística, calçadista, entre outras. A principal vantagem é
obter um material com espessura constante e com um excelente acabamento. Dentre os
processos de deformação, é o mais amplamente utilizado (GRIFFIN, 1971).
Na calandragem de metais, por exemplo, uma peça metálica passa entre dois
cilindros, havendo uma redução de sua espessura. As tensões de compressão exercidas
pelos cilindros garantem a formação de uma lâmina metálica, a qual assumirá as
características do produto final. Esta passagem do material entre rolos confere uma
espessura constante à peça e um acabamento de qualidade. A calandragem pode ser feita
também a partir de polímeros (termoplásticos, borrachas, entre outros) ou até mesmo
vidros (laminação a quente). É bastante comum denominar o processo por laminação, ao
invés do termo calandragem (CALLISTER, 2012).
A calandragem de polímeros, especificamente, consiste em um processo contínuo,
que se inicia através do abastecimento dos cilindros pré-aquecidos de uma calandra com o
material polimérico já plastificado, ou seja, fundido e homogeneizado. Em outras palavras,
82
ocorre a extrusão do polímero, formando um cordão ou uma fita que será depositada em
um sistema de cilindros aquecidos, que formam a calandra.
Titow (1984) relata que o número de cilindros pode variar conforme o polímero, o
acabamento superficial desejado, a tecnologia aplicada, entre outros fatores. Para o PVC,
o polímero de maior produção por calandragem, a calandra possui normalmente quatro
cilindros que giram a velocidades ligeiramente diferentes para formar lâminas ou filmes.
Outros polímeros são calandrados em menor quantidade, como algumas borrachas, alguns
tipos de poliuretano, polipropileno reforçado com talco, ABS, dentre outros.
As mais importantes vantagens do processo de calandragem são (GRIFFIN, 1971):
Possibilidade de obterem-se materiais planos com ou sem brilho, rígidos ou
flexíveis;
Peças passíveis de receber os mais diversos tipos de acabamento e gravação;
Peças transparentes, translúcidas, opacas ou coloridas;
Baixa permeabilidade ao vapor d'água;
Possibilidade de obtenção de produtos atóxicos;
Espessura das peças relativamente constante.
3.3.4.4. Moldagem por compressão
O processo de moldagem por compressão consiste em colocar, nas cavidades do
molde, certa quantidade de resina polimérica, em pó ou em pastilha, correspondente ao
volume do produto que se deseja fabricar. O molde é composto por duas partes, uma
superior e outra inferior, denominadas, respectivamente, macho e fêmea (TODD et al.,
1993).
A pressão aplicada no molde durante o fechamento faz com que o material
polimérico flua ao longo da cavidade de modo que, depois de determinado tempo, ocorra a
cura deste material. Em geral, a moldagem por compressão pode ser dividia nas seguintes
fases (ASM, 2001):
1. Carregamento do material plástico na cavidade do molde;
2. Pré-compressão;
3. Desgaseificação;
4. Compressão e fechamento completo do molde;
5. Policondensação ou cura do material polimérico;
6. Abertura do molde;
7. Extração da peça moldada.
83
Por fim, as condições de moldagem para o processo de compressão se baseiam,
primordialmente, em três parâmetros: a temperatura de aquecimento, a pressão aplicada
no molde e o tempo de cura do material polimérico.
Vale mencionar, por fim, alguns outros processos de transformação de polímeros,
tais como a espalmagem, a moldagem por transferência, a fundição ou casting. Embora
estes processos sejam menos utilizados, também produzem diversos produtos para
atender às necessidades dos mais variados setores.
3.4. Aproveitamento energético
Face à própria ameaça à qualidade de vida do homem, é inegável a tendência
mundial de minimizar a produção de resíduos sólidos, a começar pela introdução gradativa
de produtos ecologicamente corretos no mercado, aliada ao reuso de embalagens e ao
incentivo à reciclagem. Além disso, absorvem-se aos poucos os conceitos de gestão e
gerenciamento dos resíduos sólidos. Contudo, ainda sob a ótica da problemática da
modernidade, presencia-se o aumento da produção de bens de consumo pelas indústrias
em geral.
Ademais, não é apenas a produção indiscriminada de resíduos sólidos que torna o
cenário mundial alarmante. A expansão acentuada do consumo de energia, embora possa
refletir o aquecimento econômico e a melhoria da qualidade de vida, oferece alguns
aspectos negativos. Um deles é a possibilidade do esgotamento dos recursos utilizados
para a produção de energia, e outro consiste no impacto ao meio ambiente produzido por
essa atividade (ANEEL, 2008).
Nesse sentido, torna-se imprescindível utilizar-se de outros meios para reaproveitar
quaisquer tipos de materiais potencialmente úteis do ponto de vista energético. Uma
alternativa para isto consiste nas tecnologias de conversão de materiais contendo carbono
(MCC), as quais convertem materiais de valor agregado baixo ou negativo em produtos
energéticos, ecologicamente limpos e de alto valor agregado, como eletricidade,
combustíveis, produtos químicos (fertilizantes, plásticos), materiais reciclados (metais,
silicatos), entre outros (MAROTTA, 2009).
Em resumo, além de ajudar a minimizar a quantidade de rejeitos produzidos pela
sociedade de forma geral, estes processos de aproveitamento energético, como o próprio
nome diz, contribuem na geração de energia. RSU, RSS, biomassa, carvão, coque de
petróleo, xisto e plásticos são alguns exemplos de MCC. As tecnologias de conversão
destes materiais podem, então, ser divididas em duas classes (MAROTTA, 2009):
84
Conversão termoquímica: consiste nos processos físico-químicos de combustão,
gasificação, pirólise, transesterificação, entre outros, os quais podem agregar
uma gama mais ampla de MCC (RSU, RSS, plástico, biomassa, carvão, lamas,
etc.) que a conversão bioquímica (específica para biomassa);
Conversão bioquímica: engloba os processos biológicos de digestão anaeróbica,
fermentação e tratamento enzimático, os quais podem ser considerados restritos
do ponto de vista da matéria-prima, já que são específicos para a biomassa.
Do ponto de vista energético, para fim de outorga de empreendimentos do setor
elétrico, biomassa é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal
ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia. Assim como a energia
hidráulica e outras fontes renováveis, a biomassa é uma forma indireta de energia solar. A
energia solar é convertida em energia química, através da fotossíntese, base dos
processos biológicos de todos os seres vivos (ANEEL, 2008).
Embora grande parte do planeta esteja desprovida de florestas, a quantidade de
biomassa existente na terra é da ordem de dois trilhões de toneladas; o que totaliza cerca
de 400 toneladas per capita. Em termos energéticos, isso corresponde a aproximadamente
3.000 EJ por ano, ou seja, oito vezes o consumo mundial de energia primária (RAMAGE e
SCURLOCK, 1996).
Alongo prazo, a exaustão das fontes não renováveis e as pressões ambientalistas
poderão acarretar maior aproveitamento energético da biomassa. Atualmente, este
combustível vem sendo cada vez mais utilizado na geração de eletricidade, principalmente
em sistemas de cogeração e no suprimento de eletricidade para demandas isoladas da
rede elétrica (ANEEL, 2008). As principais tecnologias de aproveitamento energético da
biomassa podem ser visualizadas no diagrama da figura 3.23.
Embora ainda muito restrito, o uso de biomassa para a geração de eletricidade tem
sido objeto de vários estudos e aplicações, tanto em países desenvolvidos como em
desenvolvimento. Entre outras razões, estão em busca de fontes mais competitivas de
geração de energia, além de objetivarem a redução das emissões de dióxido de carbono.
Do ponto de vista técnico-econômico, os principais entraves ao maior uso da
biomassa na geração de energia elétrica são a baixa eficiência termodinâmica das plantas
e os custos relativamente altos de produção e transporte. De um modo genérico, incluindo
aspectos socioambientais, verifica-se a necessidade de maior gerenciamento do uso e
ocupação do solo, devido à falta de regularidade no suprimento, criação de monoculturas,
perda de biodiversidade, uso intensivo de defensivos agrícolas, entre outros aspectos.
Contudo, esses entraves tendem a ser contornados pelo desenvolvimento,
aplicação e aprimoramento de novas e mais eficientes tecnologias de conversão
energética da biomassa, fomentados, dentre outros motivos, por meio dos incentivos
85
Figura 3.23: Diagrama esquemático dos processos de conversão energética da biomassa (BEN, 1982).
instituídos pelas políticas do setor elétrico. Vale lembrar que uma vantagem da utilização
da biomassa consiste na possibilidade de poder aproveitá-la diretamente, por intermédio
da combustão em fornos, caldeiras, entre outros equipamentos (CORTEZ et al., 1999).
Além de ambientalmente favorável, o aproveitamento energético da biomassa tende
a promover o desenvolvimento de regiões economicamente menos favorecidas, por meio
da criação de empregos e da geração de receita, reduzindo o problema do êxodo rural e a
dependência externa de energia, em função da sua disponibilidade local (ANEEL, 2008).
3.4.1. Pirólise
O processo de pirólise pode ser definido como uma reação de degradação ou
decomposição de quaisquer materiais orgânicos ou que contém carbono, que ocorre pela
ação de altas temperaturas, as quais provocam rupturas na estrutura molecular original
daqueles materiais. A ação do calor ocorre em um ambiente característico, na ausência
parcial ou total de um agente oxidante, ou até mesmo, em um ambiente com uma
concentração de oxigênio capaz de evitar a gaseificação intensiva do material orgânico. A
86
pirólise geralmente ocorre a uma temperatura que varia, desde os 400°C, até o início do
regime de gaseificação (PEDROZA et al., 2010).
É um processo que tem como principal aplicação o tratamento e a destinação final
dos resíduos sólidos, sendo energeticamente auto-sustentável. Pelo motivo de não
necessitar de energias externas, acaba despertando muito interesse do ponto de vista
prático e científico. Ademais, a pirólise possui muitas vantagens quando comparadas a
outras alternativas, pelo fato de gerar produtos tais como óleo, gases e carvão, os quais
podem ser utilizados como fonte de combustível ou em outras aplicações relacionadas à
indústria petroquímica (KARAYILDIRIM; YANIK; YUKSEL , 2006).
Em outras palavras, o processo de pirólise pode ser genericamente definido como
sendo o de decomposição química por calor na ausência de oxigênio, apresentando,
ainda, um balanço energético positivo, ou seja, produz mais energia do que consome.
Este sistema é bastante utilizado pela indústria petroquímica e na fabricação
de fibra de carbono. Outra aplicação bastante comum é a carbonização da madeira, cujo
principal propósito consiste na produção de carvão vegetal, item essencial para o
fornecimento de energia em diversas indústrias.
Uma das razões que explica a tendência ao uso desse processo é o aumento do
uso de biomassa como combustível, fomentado por grandes investimentos em pesquisas
para a produção do bio-óleo. A pirólise constitui, ainda, uma opção ecologicamente correta,
além de possibilitar uma diminuição considerável do número de aterros sanitários.
Existem dois tipos de pirólise, o convencional (lenta) e a rápida. Os termos “pirólise
lenta” e “pirólise rápida” se diferenciam entre si através de variáveis de processos tais
como: taxa de aquecimento, temperatura, tempo de residência das fases sólida e gasosa e
produtos obtidos. Segundo Gómez (2002), de acordo com essas variáveis de processo, os
tipos de pirólise podem ser subdivididos em nove variantes, conforme a tabela 3.8:
Variantes do
processo
Tempo de
residência Temperatura (°C) Produtos obtidos
Carbonização Horas/dia 400 – 450 Carvão vegetal
Convencional 5 – 30 min Até 600 Bio-óleo, carvão e gás
Rápida 0,5 – 5 s 500 – 550 Bio-óleo
Flash-líquido < 1 s < 650 Bio-óleo
Flash-gás < 1 s > i650 Gás combustível
Vácuo 2 – 30 s 400 Bio-óleo
Metano-pirólise < 10 s >i700 Produtos químicos
Hidro-pirólise < 10 s < 500 Bio-óleo e produtos químicos
Tabela 3.8: Variantes do processo de pirólise (Adaptado de Gómez, 2002).
87
Enquanto o processo de pirólise convencional é dirigido especificamente para a
produção de carvão, a pirólise rápida é considerada um processo avançado, no qual,
controlando-se os parâmetros de processo, podem ser obtidas quantidades consideráveis
de bio-óleo (VIEIRA, 2000).
Segundo Gómez (2002), o processo de pirólise rápida, conduzido no sentido de
obter elevados rendimentos de bio-óleo, caracteriza-se por:
Taxas muito elevadas de aquecimento, variando de 600 a 1200°C/min;
Temperatura de reação em torno de 500°C;
Tempo de residência dos vapores menor que 2 segundos;
Rápida transferência de massa do interior da partícula para a superfície e rápido
resfriamento de vapores;
Biomassa com diâmetro de partícula de até 2 mm e umidade em torno de 10%.
Os resíduos que alimentam o reator pirolítico podem ser provenientes do lixo
doméstico, do processamento de plásticos industriais, entre outros materiais que contém
carbono. O processo consiste da trituração destes resíduos que deverão ser previamente
selecionados, para então serem destinados ao reator. Neste último se dá a reação
endotérmica propriamente dita, com consequente separação dos subprodutos em cada
etapa do processo.
No Brasil, a Petrobrás utiliza a pirólise em uma usina de reprocessamento de xisto
e pneus, tendo como principal objetivo a produção de óleo e gases utilizados como
combustíveis. De maneira simples, os pneus são triturados e levados ao reator juntamente
com o xisto, os quais, sofrendo o processo de pirólise, geram alguns subprodutos, como
óleos e gases.
3.4.2. Gaseificação
A gaseificação pode ser definida como o processo de conversão termoquímica de
um material sólido ou líquido, que contém carbono em sua composição, em um
combustível gasoso, através da oxidação parcial a temperaturas elevadas, na faixa de 800
a 1100°C, e em pressões atmosféricas ou maiores, limitadas a 33 bar. Para tal processo,
utiliza-se um agente de gaseificação que pode ser o ar, vapor de água, oxigênio ou uma
mistura destes, em quantidades inferiores à estequiométrica, ou seja, o mínimo teórico
para a combustão (BRIDGWATER, 1995).
Segundo Warnecke (2012), este processo está localizado em uma região
paramétrica entre a combustão e a pirólise. Neste sentido, este processo pode ser
88
entendido como um tratamento termoquímico que, diferentemente da combustão, não
permite a oxidação completa do carbono e do hidrogênio presentes no combustível em
CO2 e H2O, respectivamente, dando origem a compostos combustíveis, tais como CO, H2
e CH4. Além destes, o gás produzido também inclui produtos típicos da combustão: CO2,
H2O, O2(em quantidades mínimas) e N2 (quando o agente gaseificador é o ar), assim
como teores menores de hidrocarbonetos, tais como o eteno (C2C CH4), o etano (C2H6),
dentre outros (MORRIS e WALDHEIM, 1998).
A gaseificação de resíduos ocorre em uma sequência de reações endotérmicas e
exotérmicas, denominadas secagem, pirólise, combustão e a gaseificação propriamente
dita. Tipicamente, estas etapas são essenciais à formação do gás produto da gaseificação,
o qual será denominado, daqui em diante, de gás de síntese.
Na gaseificação de biomassa, por exemplo, a umidade do combustível pode variar
desde 30-60% até valores superiores a 90%, antes de se iniciar o processo de secagem.
Cada unidade de massa do material requer, em média, 2.260 kJ de energia do gaseificador
para vaporizara água. Portanto, é necessário eliminar a umidade da biomassa, de 10 a
20%, antes de alimentar o reator para a produção de um gás de poder calorífico aceitável.
A secagem final, por fim, é realizada já no interior do reator, a uma temperatura média de
100°C. Em casos nos quais o combustível para o processo de gaseificação já se encontra
completamente seco, tal como plásticos, não é necessária a etapa de secagem como um
pré-estágio para a alimentação do reator (MALKOW, 2004).
A pirólise, já abordada em detalhes no item 3.4.1, configura uma etapa de reação
endotérmica da gaseificação. As características dos produtos desta etapa, em termos de
qualidade e quantidade, dependem das condições de operação do processo. A
temperatura, a granulometria do material, a velocidade e a taxa de aquecimento, o tempo
de residência, o fluxo do fluido de trabalho e as características próprias dos possíveis
combustíveis a serem utilizados são algumas variáveis de influência no desempenho do
processo. Segundo Zabaniotou et al. (2008), a temperatura é a variável que possui o maior
efeito sobre o processo de pirólise.
Em sequência, se dá o processo de oxidação ou combustão, que consiste na
reação do carbono do combustível com o oxigênio do ar, com consequente produção de
CO2, CO e vapor d’água. A temperatura de combustão pode variar de 700 a 1200°C,
sendo o principal objetivo desta etapa a produção de energia necessária às reações de
gaseificação (BASU, 2010).
Finalmente, a etapa de gaseificação, também denominada redução, consiste na
reação endotérmica que ocorre a uma temperatura de 800 a 1100°C. Nesta fase, o carvão,
proveniente da pirólise, é convertido essencialmente em CO, C CH4, H2 e H2O
(WAGLAND, 2011).
89
Elucidativamente, a figura 3.24 consiste nas principais etapas do processo de
gaseificação. Neste caso, o combustível utilizado é a biomassa.
Figura 3.24: Principais etapas da gaseificação (KNOEF, 2002).
A gaseificação pode ser classificada, ainda, em função do tipo de agente de
gaseificação, destacando-se (ARENA, 2012):
Oxidação parcial com ar, com ar enriquecido com oxigênio ou puro oxigênio;
Gaseificação com vapor;
Gaseificação por plasma.
Quando se emprega ar como agente de gaseificação, o PCI do gás de síntese
resultante fica entre 3 e 6 MJ/Nm3, devido à diluição pelo nitrogênio do ar. Quando se
utiliza, porém, oxigênio puro para esta mesma finalidade é possível obter um PCI na faixa
de 10 a 19 MJ/Nm3. Entretanto, o elevado custo de produção do oxigênio puro pode
inviabilizar essa escolha para plantas de gaseificação. O investimento nesse tipo de
processo é bastante dispendioso e acaba se justificando apenas em instalações em
grande escala (BASU, 2010).
Por sua vez, o processo de oxidação parcial com ar produz um gás diluído em
nitrogênio acima de 60%, com poder calorífico entre 4 e 7 MJ/Nm3. Este valor é
considerado muito baixo para ser utilizado em uma turbina a gás, que geralmente trabalha
com gás natural. Este último apresenta um PCI que varia em torno de 38 MJ/Nm3.
Contudo, nos últimos anos, muitas pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de
adaptar essas turbinas ao funcionamento com gases de baixo poder calorífico
(BRIDGWATER, 1995).
Na utilização de ar enriquecido com oxigênio como agente de gaseificação, é
garantido um teor de gás combustível no processo de 21 a 50%. De qualquer forma, o
90
objetivo é aumentar o PCI, como consequência da redução da quantidade de nitrogênio
nas reações e aumento da temperatura do processo (MALKOW, 2004).
Quanto à gaseificação a partir do vapor, pode–se ressaltar a produção de um gás
com alto teor de hidrogênio e um poder calorífico médio entre 15 e 20 MJ/Nm3. Como
neste caso o vapor é o único agente gaseificante, o processo não inclui reações
exotérmicas, sendo desnecessário o fornecimento de energia externa para as reações
endotérmicas (MORRIS e WALDHEIM, 1998).
Por fim, na gaseificação com plasma, a fonte de calor do reator configura-se
através de tochas de plasma, as quais criam um arco elétrico com consequente produção
de gases a altas temperaturas. O principal inconveniente dessa tecnologia consiste no
elevado consumo energético necessário para alimentar o plasma, o que não confere
competitividade em relação às demais alternativas de gaseificação.
Vale mencionar, porém, que este tipo de gaseificação permite a utilização de
combustíveis com grandes variações nos parâmetros do combustível, como teor de
umidade, composição elementar, tamanho das partículas, dentre outros aspectos.
Ademais, esta tecnologia pode ser utilizada para gaseificar combustíveis com densidade
energética superior e ainda pode ser associada, por exemplo, à pirólise, no intuito de
garantir uma eficiente gaseificação do combustível líquido e, consequentemente, do gás de
síntese.
Além do tipo de agente gaseificador, existem outros fatores que afetam o
desempenho do sistema de gaseificação, dentre os quais se destacam (LORA e
VENTURINI, 2012):
A razão de equivalência, ou seja, a fração da quantidade estequiométrica de ar
aplicado;
O tempo de residência, o qual é limitado pela velocidade de fluidização quando o
processo é realizado em reatores de leito fluidizado, e pelo projeto e operação
da grelha, para reatores de leito fixo;
As características do combustível em termos físico-químicos e energéticos;
A utilização ou não de catalisadores.
O estudo teórico da gaseificação pode ser realizado de acordo com duas
abordagens: termodinâmica, a partir do conceito de equilíbrio químico, ou da cinética
química, segundo a taxa das reações envolvidas. A primeira abordagem envolve o estudo
de parâmetros como a concentração do gás produzido pela gaseificação e outras variáveis
como, por exemplo, poder calorífico, potência, eficiência, entre outros aspectos, os quais
podem ser determinados através da composição do combustível utilizado no processo e do
agente de gaseificação escolhido. Por outro lado, a segunda abordagem permite o cálculo
91
da velocidade das reações químicas envolvidas, bem como a determinação das taxas de
formação dos produtos.
Por fim, o gás de síntese pode ser utilizado para acionar uma série de sistemas que
utilizam de energia elétrica para seu funcionamento, tais como Motores Alternativos de
Combustão Interna (MACI), Turbinas ou Microturbinas a Gás (TG), células a combustível,
fornos, caldeiras e outras máquinas envolvidas em processos produtivos industriais
diversos. A maioria destes equipamentos e aplicações será devidamente abordada a
diante.
3.4.2.1. Tipos de gaseificadores
A gaseificação pode ser classificada de duas formas: direta, quando ocorre na
presença de um agente oxidante ou indireta, na ausência deste componente. Existem dois
grupos de tecnologias de gaseificação direta: a partir de reatores de leito fixo ou leito
fluidizado. Estes possuem, ainda, subdivisões segundo suas características e
peculiaridades.
O vapor de água é o agente gaseificante indireto mais comum, devido à facilidade
de produção e por aumentar consideravelmente o teor de hidrogênio no gás combustível
gerado. Vale lembrar que o PCI do gás de síntese é significativamente afetado pela
presença de nitrogênio. Logo, devido à ausência de nitrogênio no agente de gaseificação,
a gaseificação indireta é capaz de aumentar a eficiência volumétrica e produzir um gás de
PCI maior.
Apesar de reduzir o custo de recuperação de energia e de limpeza do gás produto,
a gaseificação indireta permanece um processo muito complexo e de altos custos de
investimento (BELGIORNO et al., 2003). Neste sentido, este mesmo autor afirma, ainda,
que embora a gaseificação indireta apresente as mesmas vantagens em relação à direta
com oxigênio puro, o custo da produção deste último elemento é estimado em mais de 20
% do custo total da eletricidade produzida.
Por esse motivo, serão abordados, em detalhes, apenas os reatores envolvidos na
gaseificação direta. Apenas a título elucidativo, na figura 3.25 é possível averiguar o
funcionamento dos dois tipos de gaseificação, ressaltando suas principais diferenças.
Observa-se que na gaseificação direta o gás resultante é diluído, enquanto que no
processo indireto isto não ocorre. É possível ressaltar, ainda, a reação de formação de
metano presente na gaseificação indireta.
92
Figura 3.25: Funcionamento da gaseificação direta e indireta (BELGIORNO et al., 2003).
3.4.2.1.1. Gaseificadores de leito fixo
Na literatura, o termo leito fixo é utilizado para descrever o leito móvel descendente,
dado que normalmente o topo do leito é mantido a um nível razoavelmente constante
(REDDY et al., 1995). Os reatores verticais são os mais competitivos entre esses tipos de
reatores. Em gaseificadores de leito fixo, o combustível é gaseificado em camadas de leito,
de modo a englobar as diferentes zonas de reação: secagem, pirólise, redução e oxidação.
Os gaseificadores de leito fixo operam em temperaturas na faixa de 1000ºC e são
subclassificados como contracorrente e co-corrente, baseado no contato com o
combustível e o agente gaseificador, como ar, oxigênio ou vapor (MC KENDRY, 2002;
QUAAK et al., 1999).
3.4.2.1.1.1. Gaseificador contracorrente
Gaseificadores contracorrentes, como o próprio nome diz, são gaseificadores nos
quais a carga alimentada e o fluxo de ar estão em sentidos contrários. Em outras palavras,
o agente gaseificador é insuflado para o leito fixo de combustível em direção oposta ao
sentido do movimento do combustível. O combustível se move por gravidade, através das
zonas de gaseificação.
93
Os materiais combustíveis, depois de secos na zona de secagem, são
decompostos em gases voláteis e carvão na zona de pirólise. Na zona de redução,
diversas reações ocorrem, tais como o carbono que reage com vapor d’água para produzir
monóxido de carbono e hidrogênio. Na zona de oxidação, por fim, o carvão é queimado
para produzir calor, dióxido de carbono e vapor d’água (QUAAK et al., 1999).
Vale ressaltar que nesta última zona do processo, temperaturas superiores a
1200°C podem ser alcançadas. Como consequência desta configuração, o alcatrão
formado na fona de pirólise é carregado para cima pelos gases quentes, resultando em um
produto gasoso com alto teor de alcatrão. Tipicamente, o calor sensível dos gases é
recuperado através da troca de calor direta com a carga alimentada (MC KENDRY, 2002).
Na figura 3.26 é possível observar a configuração e o funcionamento de um
gaseificador contracorrente.
Figura 3.26: Gaseificador de leito fixo contracorrente (BELGIORNO et al., 2003).
Por fim, os gaseificadores contracorrente oferecem as seguintes vantagens de
utilização:
Alta eficiência gasosa;
Baixa produção de carvão;
Capacidade de gaseificar materiais com altos teores de umidade.
Como principal desvantagem, entretanto, apresenta-se a alta produção de alcatrão
no gás bruto.
94
3.4.2.1.1.2. Gaseificador co-corrente
Os gaseificadores co-corrente, representados na figura 3.27, são semelhantes aos
contracorrentes, exceto pelo fato de o agente gaseificador fluir no mesmo sentido do
combustível, o qual é alimentado no topo, enquanto o ar é introduzido, nas laterais, acima
da grelha. O gás combustível, por sua vez, é retirado sob a grelha. Sua configuração
permite que os gases produzidos na zona de pirólise sofram o craqueamento térmico
adequado do alcatrão (QUAAK et al., 1999).
Figura 3.27: Gaseificador de leito fixo co-corrente (BELGIORNO et al., 2003).
Verificada a similaridade dos gaseificadores contracorrentes em relação aos co-
correntes, seus processos resultam em uma eficiência energética também similar (MC
KENDRY, 2002).
A principal vantagem do gaseificador co-corrente é a produção de um gás com
pouco alcatrão, já que todo o alcatrão passa pelo leito quente de carvão. Por outro lado,
entre as desvantagens destacam-se a baixa eficiência geral, as dificuldades em lidar com
altos índices de umidade e cinzas, além de servirem apenas em unidades de pequeno
porte (BELGIORNO et al., 2003).
95
3.4.2.1.2. Gaseificadores de leito fluidizado
Os gaseificadores de leito fluidizado não apresentam zonas distintas de reação.
Operam em temperaturas relativamente baixas, da ordem de 700 a 900ºC, com exceção
dos gaseificadores de carreamento, os quais trabalham em torno de 1600ºC e são capazes
de operar com altas capacidades.
Segundo Quaak et al. (1999) e Mc Kendry (2002), dentre as vantagens da utilização
destes gaseificadores, podem-se destacar s seguintes fatores:
Construção compacta, que facilita altas taxas de transferência de calor através
da intensiva mistura que ocorre no leito;
Flexibilidade para lidar com variações de umidade, cinzas e outras
características do combustível;
Capacidade de lidar com materiais finamente granulados que apresentam alto
conteúdo de cinzas, baixa densidade ou ambos;
Poucos pontos onde ocorre a fusão das cinzas.
Alto conteúdo de poeira e alcatrão, porém, configuram algumas das desvantagens
destes gaseificadores. Subclassificados em leito fluidizado circulante e leito borbulhante
constituem grande parte dos gaseificadores comercialmente utilizados.
3.4.2.1.2.1. Gaseificador de leito fluidizado circulante
Estes gaseificadores, representados pela figura 3.28, operam com uma velocidade
de gás acima da velocidade de fluidização, o que resulta num arraste de partículas pelo
gás. As partículas arrastadas saem pelo topo do reator e as cinzas são então removidas,
ao passo que o material do leito retorna ao recipiente no qual ocorrem as reações
(BELGIORNO et al., 2003).
De acordo com Quaak et al. (1999), estes gaseificadores são adequados às
reações rápidas e podem operar a pressões elevadas. Oferecem, ainda, a vantagem de
possuir altas taxas de transporte de calor e de conversão (acima de 98%), com baixo teor
de alcatrão e de carbono não convertido.
As desvantagens incluem o fato do tamanho das partículas do combustível
determinar a velocidade mínima de transporte e as eventuais ocorrências de erosão do
equipamento, devido às altas velocidades (FAO, 1986).
96
Figura 3.28: Gaseificador de leito fluidizado circulante (BELGIORNO et al., 2003).
3.4.2.1.2.2. Gaseificador de leito fluidizado borbulhante
Um gaseificador de leito borbulhante consiste de finas partículas de areia e alumina
num recipiente com uma grelha no fundo, a partir do qual o ar, oxigênio ou vapor são
introduzidos. Os materiais combustíveis, por sua vez, são introduzidos acima da grelha
num leito móvel de material granulado.
Neste gaseificador, representado pela figura 3.29, a temperatura é mantida na faixa
de 700 a 900ºC, através do controle da razão ar/combustível. O combustível sofre o
processo de pirólise no leito quente para formar um carvão com componentes gasosos. O
gás produzido contém pouco alcatrão devido ao contato com o material quente do leito.
O gaseificadores de leito borbulhante, embora apresentem desvantagens como a
presença de bolhas que se formam devido à passagem de gás por caminhos preferenciais
no leito, possuem diversas vantagens, como (CIFERNO, 2002; MC KENDRY, 2002):
Produção de um gás uniforme;
Distribuição de temperatura uniforme no reator;
Capacidade de lidar com vários tamanhos de combustível, incluindo os finos;
Altas taxas de transferência de calor entre os materiais inertes, combustível e
gás;
Boa taxa de conversão (70%), com baixa quantidade de alcatrão e carbono não
convertidos.
97
Figura 3.29: Gaseificador de leito fluidizado borbulhante (BELGIORNO et al., 2003).
2.4.2.2. Comparação entre gaseificadores
Tanto em gaseificados com baixa ou alta capacidade, a seleção da configuração
em particular do reator influencia diretamente nas características do produto gasoso cru,
incluindo sua temperatura e quantidade de alcatrão e particulados presentes. Isto é
importante para a seleção cuidadosa de um gaseificador que seja compatível com as
características do produto para uso final (REZAIYAN e CHEREMISINOFF, 2005). Na
tabela 3.9 são comparadas as configurações de gaseificadores mencionadas,
apresentando um resumo de suas principais vantagens e desvantagens.
Por fim, outro fator imprescindível na escolha da tecnologia de gaseificação quanto
ao tipo de gaseificador, trata-se da escala de capacidade de produção de energia elétrica.
Na figura 3.30 são enquadrados os diversos tipos de gaseificadores nesta faixa de
aplicabilidade. Notam-se as altas capacidades de geração para os gaseificadores de leito
fluidizado em comparação aos de leito fixo. Isso de deve, essencialmente, ao alto tempo
de residência dos sólidos e sua mistura intensa, razões que levam esta configuração de
reatores a alcançarem altas taxas de gaseificação.
98
Tabela 3.9: Comparativo entre as configurações de gaseificadores (RAJVANSHI, 1986).
Figura 3.30: Escala de aplicação de tecnologias de gaseificação de biomassa (LARSON, 1998).
3.4.2.3. Limpeza do gás de síntese
O gás produzido por um sistema de gaseificação contém uma determinada
quantidade de contaminantes, como os particulados, as cinzas, o alcatrão, dentre outros
materiais indesejáveis. Embora em algumas aplicações seja possível utilizar esse gás sem
antes submetê-lo a uma limpeza, outros sistemas de geração de potência exigem a
remoção destas impurezas. Segundo Devi et al. (2003), o alcatrão e os particulados são
99
definidos como uma mistura complexa de hidrocarbonetos condensáveis, que por suas
características químicas e físicas, não são admissíveis em aplicações em máquinas
térmicas como, por exemplo, os MACI e as TG.
Nas turbinas, a exigência quanto à limpeza do gás se deve à erosão que pode
ocorrer nas pás em razão dos choques com os particulados. Esse efeito é causado devido
às altas rotações as quais as turbinas são submetidas. Nos MACI, por outro lado, o
alcatrão pode obstruir as válvulas de injeção do motor, assim como erodir e corroer as
paredes do pistão. Dessa forma, além de prejudicar o rendimento dos equipamentos,
acaba por incrementar a frequência de manutenção.
Contudo, a tolerância à presença desses componentes depende, em geral, da
utilização posterior do gás. De acordo com Fernandes (2004), quando a produção de gás
tem como único objetivo a geração de calor por combustão direta, a limpeza não é
necessária. Ainda neste sentido, a tabela 3.10 consiste na comparação da qualidade de
gás requerida para o uso de dois tipos de geradores de potência, a partir do abastecimento
com gás de síntese.
Gerador de
potência
Particulados
[mg/Nm3]
Dimensão do
particulado [µm]
Alcatrão
[mg/Nm3]
Metais pesados
[mg/Nm3]
MACI < 50 < 10 < 100 --
TG < 30 < 5 -- 0,24
Tabela 3.10: Qualidade do gás requerida para geradores de potência (HASLER e
NUSSBAUMER, 1999).
Diferentemente das tecnologias que exigem um maior critério quanto à limpeza do
gás, os motores Stirling, por exemplo, podem utilizar diretamente o gás sem um prévio
tratamento. Por outro lado, em aplicações nas quais se utilizam caldeiras para geração de
vapor que, por sua vez, pode ser utilizado para gerar potência em uma turbina, é exigido
um baixo grau de limpeza do gás.
Antes de abordar as diversas maneiras de realizar a limpeza do gás de síntese, é
importante considerar quais são os fatores que influenciam a produção das impurezas.
Segundo Hasler e Nussbaumer (1999), a natureza e o teor das impurezas presentes no
gás produto dependem, essencialmente, das características do processo de gaseificação –
principalmente o tipo de gaseificador – e, não menos importante, do tipo de combustível
que irá abastecer o sistema, já que alguns materiais podem favorecer uma maior formação
de impurezas no decorrer da produção do gás de síntese.
Como em boa parte dos casos nos quais se deseja fazer uso de um sistema de
gaseificação já existe um determinado tipo de combustível à disposição, resta definir o tipo
100
de reator de gaseificação, ou seja, é importante considerar as características de cada
gaseificador no que diz respeito à qualidade do gás de síntese produzido.
O alcatrão é um dos principais produtos indesejáveis da gaseificação de biomassa
e o seu percentual presente no gás gerado é muito diferente para cada tipo de tecnologia
de gaseificação. Na tabela 3.11 relacionam-se os tipos de gaseificadores mais comuns à
qualidade do gás por eles fornecida, no que diz respeito às quantidades comumente
produzidas de particulados e alcatrão.
Tipo de Particulados [g/Nm3] Alcatrão [g/Nm
3]
Gaseificador Mín. Máx.
Faixa representativa
Mín. Máx. Faixa
representativa
Leito fixo
Co-corrente 0,01 10 0,1 – 0,2 0,04 6 0,1 – 0,2
Contracorrente 0,1 3 0,1 – 1,0 1 150 20 – 15
Leito fluidizado
Borbulhante 1 100 2 - 20 < 0,1 23 1 – 15
Circulante 8 100 10 - 35 < 1 30 1 – 15
Tabela 3.11: Qualidade do gás em função do tipo de gaseificador (STEVENS, 2001).
É possível perceber que os gaseificadores do tipo co-corrente produzem um gás
com menor teor de alcatrão quando comparado aos do tipo contracorrente e aos de leito
fluidizado. Ademais, é notável a grande diferença entre as quantidades de particulados
fornecidos pelos reatores de gaseificação de leito fixo quando comparados aos de leito
fluidizado.
A escolha do sistema de limpeza dos gases, por sua vez, depende de diversos
fatores, tais como a eficiência de remoção requerida, o custo operacional e de
investimento, o espaço disponível, as características do gás produzido, como temperatura
e pressão, entre outros.
Na tabela 3.12 são fornecidas as principais impurezas a remover durante o
processo de limpeza, associando-as a alguns problemas intrínsecos as tecnologias de
remoção, bem como os mecanismos de controle aplicáveis a cada situação.
É possível notar as inúmeras possibilidades de limpeza do gás de síntese. Em
resumo, este processo pode ser realizado através de dois grandes grupos de rotas
tecnológicas: limpeza úmida à baixa temperatura e limpeza a seco à alta temperatura.
Antes de detalhá-las, porém, faz-se necessária a abordagem de alguns conceitos e
definições no que diz respeito às tecnologias de limpeza do gás de síntese, as quais, em
conjunto, determinarão o sequenciamento completo do processo de limpeza.
101
Impurezas Fonte Possíveis
problemas
Mecanismos de controle
e/ou mitigação
Particulados Cinzas, carbono,
material do leito
Erosão,
incrustações e
poluição ambiental
Filtragem e lavagem do gás
Metais alcalinos Cinzas Corrosão
Resfriamento,
condensação, filtragem,
adsorção
Compostos
nitrogenados
Reação do
nitrogênio do ar e
do combustível
Corrosão e
poluição ambiental
Tratamento com
substâncias básicas,
utilização de oxigênio puro
Compostos de
enxofre e cloro
Reação do enxofre
e do cloro presente
no combustível
Corrosão e
poluição ambiental
Lavagem, captura com
CaCO3, MgCO3
Alcatrão
Baixa temperatura,
voláteis no
combustível
Corrosão,
incrustações,
efeitos sobre a
saúde
Remoção e craqueamento
Tabela 3.12: Presença de impurezas no gás produzido, problemas decorrentes e mecanismos de controle (STEVENS, 2001).
Dentre as principais tecnologias pertinentes à remoção dos materiais particulados,
destacam-se:
Ciclones: estes equipamentos são muito utilizados como primeira etapa do
processo de limpeza do gás, devido, basicamente, ao seu baixo custo e alta
eficiência na remoção de partículas mais grosseiras. Essa tecnologia permite a
remoção de 90% do material particulado com partículas de até 5 µm de diâmetro
(STEVENS, 2001);
Filtros: os filtros são constituídos de elementos porosos, tais como leitos
granulares, materiais cerâmicos ou placas metálicas, as quais permitem a
passagem dos gases, mas impedem a passagem do material particulado. Os
filtros são usualmente instalados logo após os ciclones a fim de reduzir a
saturação das partículas grosseiras e garantir melhores condições de operação.
Ademais, alguns sistemas de gaseificação utilizam os chamados filtros de
manga, os quais exigem o controle da temperatura do gás na entrada do
dispositivo;
102
Precipitador eletrostático: tecnologia amplamente utilizada em vários sistemas
de limpeza de gases que exigem alta pureza em termos de particulados. Os
precipitados eletrostáticos operam de acordo como princípio da força
eletrostática, produzida pela geração de cargas elétricas opostas entre as
partículas e a superfície dos eletrodos. Além disso, trata-se de um equipamento
de alto custo, sendo recomendado, em geral, para plantas de grande
capacidade;
Lavador de gases (scrubber): a limpeza através destes equipamentos se dá,
geralmente, pelo uso da água, de maneira que o material particulado é removido
principalmente pelo mecanismo de colisão das partículas com as gotas do
líquido. Suas maiores limitações estão na necessidade de tratamento da água
utilizada na lavagem e consideráveis requerimentos de potência, em razão das
perdas de carga no interior do equipamento. Por fim, o lavador mais comum em
aplicações de alta eficiência é o do tipo Venturi, no qual a eficiência da remoção
dos particulados é proporcional à queda da pressão.
No que tange as tecnologias específicas para a remoção do alcatrão, é possível
destacar:
Craqueamento catalítico: em geral, o processo consiste na quebra do alcatrão
em pequenas moléculas, quando em contato com a superfície do catalisador.
Embora a destruição catalítica do alcatrão ocorra a temperaturas em torno de
900°C, os métodos catalíticos operam a temperaturas menores que os
processos térmicos, de maneira a evitar o uso de materiais de alto custo
essenciais à construção de reatores de craqueamento. Os catalisadores podem,
em princípio, estar localizados nos mesmos reatores nos quais é realizada a
gaseificação ou em reatores secundários. Dependendo do tipo de catalisador, é
possível eliminar a necessidade de aquecimento ou resfriamento do gás
produzido na gaseificação (ZHANG et al., 2004);
Craqueamento térmico: embora seja possível realizar a decomposição do
alcatrão sem utilizar catalisadores, este método pode ser aplicado apenas em
reatores com zonas de alta temperatura. Também denominada destruição
térmica, a faixa de temperatura adequada a este processo está relacionada ao
peso molecular do alcatrão formado nos sistemas de gaseificação, podendo
variar entre 900 e 1300°C. Por motivos econômicos e operacionais, o
craqueamento térmico não é atrativo para sistemas de gaseificação em grande
escala (CIFERNO, 2002).
Enfim, um esquema geral do processo de limpeza úmida do gás de síntese é
apresentado na figura 3.31.
103
Figura 3.31: Limpeza úmida de gases à baixa temperatura (HAMELINCK e FAAIJ, 2002).
Este processo pode ser iniciado através da etapa opcional de craqueamento do
alcatrão, ou simplesmente submeter o gás diretamente a um ciclone. Após a remoção das
impurezas sólidas neste último, o gás de síntese é resfriado até o ponto de orvalho, antes
de passar por um filtro de mangas, a fim de condensar os componentes mais pesados do
alcatrão. A temperatura de operação do gás no filtro é da ordem de 260°C, na qual os
particulados podem ser removidos com a eficiência requerida (TIJMENSEN, 2000).
Após deixar o filtro de mangas, o gás de síntese é lavado com água para retirar as
partículas residuais, como as cinzas e alguns compostos alcalinos, espécies químicas em
fase de vapor, tais como alcatrão não reagido e condensado orgânico, gases halogênios e
alguns compostos nitrogenados.
Por fim, leitos de ZnO, de calcário (CaCO3) ou também de dolomita (CaMg(CO3)2)
podem mostrar excelentes resultados na remoção dos compostos de enxofre presentes no
gás produzido. Um leito de ZnO é suficiente para diminuir a concentração de enxofre até
valores inferiores a 0,1 ppm (RAMIREZ, 1999).
Segundo Tijmensen (2000), caso a remoção do CO2 também se faça necessária, é
possível aplicar um processo de absorção com solvente, tais como Rectisol ou Sulfinol.
Dessa maneira, o H2S e o COS (sulfeto de carbonila) são reduzidos até concentrações
menores que 0,1 ppm e todo ou parte do CO2 é separado.
O tratamento catalítico também pode ser realizado internamente ao reator, sendo
os de leito fluidizado os mais indicados para esse tipo de tratamento. Os catalisadores
mais estudados são a dolomita (minério de magnésio) e a olivina, os quais oferecem
resultados significativos na redução do alcatrão. Em geral, catalisadores como a dolomita
podem ser utilizados para reduzir a temperatura de operação do leito para o craqueamento
do alcatrão, obtendo-se eficiências de 90 a 95% para temperaturas entre 800 e 900°C.
Esse método de tratamento é chamado de craqueamento catalítico e demanda
aproximadamente 0,03 kg/Nm³ de gás (BELGIORNO et al., 2003).
A limpeza úmida pode remover até 50% do alcatrão presente no gás, e, quando
seguida por um lavador Venturi, a eficiência de remoção do alcatrão pode atingir até 97%.
Os resíduos do processo de lavagem do gás requerem tratamento através de um sistema
composto por uma câmera de sedimentação e um filtro de areia, na presença de carvão
ativado (TIJMENSEN, 2000).
104
Para Cardenas (2006), embora o método de limpeza úmida à baixa pressão
apresente um consumo alto de energia e necessite de tratamento dos efluentes gerados,
costuma ser mais eficiente que a limpeza a seco de gases à alta temperatura.
O processo de limpeza a seco, por sua vez, consegue remover o material
particulado presente na mistura gasosa com alta eficiência. O alcatrão pode ser também
removido por meio de reatores secundários, através dos quais são desenvolvidas as
reações de catálise. Alcatrão e óleos não são removidos durante a passagem pela unidade
de limpeza seca de gases, já que estes não condensam em altas temperaturas
(TIJMENSEN, 2000).
Segundo Verschoor e Melman (1999), a remoção das partículas de cinzas é feita
em lavadores de gases, filtros cerâmicos de alta temperatura ou ciclones. Estes últimos
podem ser utilizados para o controle primário das partículas, mas são – geralmente –
incapazes de satisfazer as especificações de qualidade do gás para aplicações como
MACI ou TG. Em contrapartida, o sistema cerâmico de filtragem à alta temperatura pode
ser utilizado para remover partículas em níveis aceitáveis para estas aplicações. Os filtros
cerâmicos, por sua vez, podem suportar temperaturas da ordem de 800°C. Seu uso
permite reduzir consideravelmente as perdas de calor relacionas ao resfriamento, limpeza
do gás e posterior compressão até a pressão requerida pelo acionador primário. Um
esquema geral do processo é apresentado na figura 3.32.
Figura 3.32: Limpeza a seco à alta temperatura (HAMELINCK e FAAIJ, 2002).
Catalisadores base níquel têm demonstrado alta eficiência para a decomposição do
alcatrão a temperaturas em torno de 900°C. Porém, o enxofre pode danificar esses
catalisadores (TIJMENSEN, 2000). Elucidativamente, na Tabela 3.13 é mostrado um
resumo das vantagens e desvantagens de alguns dos métodos apresentados, utilizados no
tratamento do gás de síntese. Dificuldade de controle, perdas no PCI e custos de
investimento são alguns dos fatores considerados, já que constituem as principais
considerações para a escolha de um sistema de limpeza.
Um dos grandes problemas relacionados à utilização de equipamentos que usam
água para a limpeza do gás é a sua disposição, pois a mesma, após ser utilizada, estará
sem condições de ser descartada sem um prévio tratamento.
105
Sistema Vantagens Desvantagens
Craqueamento
térmico Controle simples e baixo custo
Perdas no PCI e baixa
eficiência
Craqueamento
catalítico
Não altera o PCI e não há
resfriamento do gás Alto custo e difícil controle
Lavadores Fácil controle da poluição do ar Perdas no PCI, resfriamento do
gás e produção de efluentes
Tabela 3.13: Resumo comparativo entre sistemas de limpeza de gases de biomassa
(BELGIORNO et al., 2003).
3.4.2.4. Utilização do gás de síntese
Embora todas consistam em processos de geração alternativa, o gás produto da
gaseificação pode ser utilizado, basicamente, para três diferentes finalidades, a saber: o
aproveitamento térmico, a geração de energia elétrica e a síntese de combustíveis.
A energia térmica pode ser aproveitada através da queima direta do gás em
queimadores de secadores ou em caldeiras para geração de vapor de processo. Para
tanto, o gás não necessita de tratamento, podendo ser utilizado diretamente da maneira
como deixa do gaseificador.
Por outro lado, os MACI e as TG, quando utilizados como acionadores primários,
constituem algumas opções de equipamentos para a geração de energia elétrica. Porém, o
gás necessita de tratamento para adequar os percentuais de alcatrão e particulado aos
padrões de aceitabilidade do equipamento.
Combustíveis como o hidrogênio e o metanol podem ser processados a partir do
gás de síntese através, principalmente, do processo denominado reforma a vapor. A figura
3.33 consiste em um esquema de alguns dos métodos utilizados para limpeza deste gás,
bem como algumas das tecnologias que podem ser usadas nas gerações alternativas
mencionadas. Novamente o combustível considerado é a biomassa, mas não há
diferenças significativas caso o combustível fosse trocado por RSU, por exemplo.
106
Figura 3.33: Processo de tratamento e utilização do gás de biomassa (BELGIORNO et al., 2003).
3.4.2.4.1. Aproveitamento térmico
A combustão, já mencionada anteriormente, consiste na queima direta do gás
produto para geração de calor e é considerada a forma mais simples de aproveitamento.
Pode ser aplicada, em geral, para geração de vapor de processo em ciclos de potência e
para processos de secagem.
A co-combustão é uma alternativa interessante da utilização do gás produto para a
geração de calor, no qual este seria utilizado em conjunto com outro combustível, a fim de
complementar a energia necessária ao processo. Essa aplicação possibilita a diminuição
da emissão de poluentes atmosféricos se comparada à queima exclusiva de um
combustível fóssil.
Um exemplo desse tipo de aplicação pode ser visto na figura 3.34, a qual
representa a planta de Lahti, na Filândia. Neste caso, a queima do gás produto ocorre
conjuntamente com carvão e gás natural, em uma caldeira que fornece vapor para o
funcionamento de um ciclo de potência e para aquecimento distrital. Para essa planta
houve uma redução em 10% dos índices de emissões de CO2 devido à implantação da
queima do gás produto (BELGIORNO et al., 2003).
3.4.2.4.2. Geração de energia e elétrica
A utilização do gás de síntese para a geração de energia elétrica pode ser feita
107
Figura 3.34: Planta de co-combustão do gás de biomassa de Lahti na Filândia (BELGIORNO et al.,
2003).
através de diferentes tipos de acionadores primários, também denominados, por alguns
autores, como motor-geradores. Todavia, algumas alternativas podem ser mais atrativas
que outras, devido aos diferentes tratamentos de limpeza exigidos por cada uma delas.
Algumas das principais e mais utilizadas alternativas são tratadas a seguir.
3.4.2.4.2.1. Motores alternativos de combustão interna
A maioria dos projetos envolvendo geração de energia elétrica a partir de materiais
gaseificados utiliza motores alternativos de combustão interna (MACI) para a geração de
potência de eixo. Esta será então transformada em energia elétrica através de um gerador,
sendo que os projetos envolvem motores a gasolina, a gás e a diesel.
Os gaseificadores normalmente empregados para esse fim são os de leito fixo co-
corrente, por apresentarem, em sua configuração, características que fazem com que o
gás gerado tenha menor concentração de alcatrão que outros gaseificadores. Segundo
Devi et al. (2003), um dos maiores problemas relacionados à utilização de gás de síntese
em motores de combustão interna é a remoção destas impurezas presentes no gás.
A utilização do gás de síntese nos MACI foi difundida principalmente no período da
segunda guerra mundial, embora tenha gradativamente perdido tal representatividade. Isso
se deve à versatilidade dos motores a gasolina que surgiram no mercado. No entanto, em
razão da atual alta do preço do petróleo e da busca pela utilização de fontes renováveis de
energia, tem-se percebido uma retomada do antigo cenário.
A eficiência obtida nos motores quando são operados com gás de síntese é menor
se comparada aos combustíveis para os quais foram projetados. Isso se deve ao seu baixo
108
poder calorífico, ainda que os índices de emissão de poluentes sejam menores devido à
biomassa, por exemplo, possuir valores baixos ou nulos de enxofre em sua composição.
Na figura 3.35 é apresentada a variação da eficiência em função da potência de um
motor diesel, funcionado com diesel e com a mistura de diesel e gás de síntese. A máxima
eficiência obtida com a mistura foi de 14,71% e com diesel puro de 22,41%. Esses dados
se referem a um motor Perkins de 49 HP (BHATTACHARYA et al., 2001).
Figura 3.35: Eficiência do motor para utilização de diesel e mistura diesel + gás produto como
combustível, com relação à variação de sua potência (Adaptado de BHATTACHARYA et al., 2001).
Em motores a gasolina carburados, a mistura utilizada geralmente é na proporção
de 1:1, podendo-se introduzi-la diretamente no local do carburador. A figura 3.36
representa um modelo de misturador que pode empregado para esse fim. Vale mencionar
que o rotâmetro é um dispositivo utilizado para medir a vazão de um líquido ou gás num
tubo e pertence à classe de medidores de área variável. O volume de gás de síntese que
será consumido é de fundamental importância para o dimensionamento do gaseificador.
3.4.2.4.2.2. Motores stirling
O motor Stirling é considerado uma máquina de combustão externa que não requer
um gás extremamente limpo, necessitando apenas que tenha a energia adequada para
seu funcionamento. Os maiores motores deste tipo operam na faixa de 10 a 40 kW.
Estes necessitam, ainda, que gases de combustão para o seu acionamento estejam
a elevadas temperaturas, em torno de 900 a 1200°C. Estes gases, por conseguinte,
deixam o motor a uma temperatura da ordem de 600°C.
109
Figura 3.36: Sistema de mistura para utilização de gás de biomassa em MACI (MENDIS et al.,
1989).
Jensen et al. (2006) desenvolveu um estudo sobre esses motores, cujo esquema
do conjunto gaseificador e motor é representado na figura 3.37. Neste projeto, um
gaseificador do tipo contracorrente fornece gás para o queimador, localizado na parte
superior do motor Stirling. O gás é então queimado, com consequente fornecimento de
energia para o motor.
Figura 3.37: Esquema de gaseificador em motor Stirling (JENSEN et al., 2006).
O ar utilizado para a combustão no queimador é pré-aquecido à temperatura de
aproximadamente 600°C. Parte do gás de exaustão resultante da queima é utilizada
conjuntamente com ar como agente de gaseificação (MENDIS, 1989).
110
3.4.2.4.2.3. Turbinas a gás
As TG são disponibilizadas no mercado em potências que variam entre 30 e 250
kW e têm eficiência, geralmente, entre 26 e 28%, sendo que a potência sofre a influência
da pressão e temperatura ambiente. Dentre as diversas aplicações para essas turbinas,
destacam-se pequenos sistemas de cogeração no setor comercial (hotéis, pequenos
hospitais, centros de esportes e residenciais), mas também em pequenas indústrias,
especialmente nas quais o suprimento energético contínuo é necessário.
Estes equipamentos são eficientes em relação à recuperação do calor, pois os
gases de exaustão ainda contêm um bom potencial energético, podendo ser utilizado, por
exemplo, para aquecer a água a temperaturas da ordem de 90°C (BAILEY et al., 2002).
A qualidade do gás é um fator importante quando utilizado como combustível em
TG e células a combustível, já que a presença de alcatrão e particulado pode significar
uma redução considerável na vida útil desses acionadores. Como mencionado no item
3.4.2.3, isso se deve à ação corrosiva e abrasiva que estes exercem sobre o equipamento,
diante das altas rotações e temperaturas atingidas durante o seu funcionamento.
A gaseificação, aplicada conjuntamente com turbinas a gás é, geralmente, utilizada
em ciclos combinados, no qual o gás produto é queimado em uma turbina a gás e os
gases de escape são recuperados em uma caldeira que, por sua vez, irá gerar vapor para
um ciclo de potência. A planta de gaseificação de Värnamo, na Suíça, é um exemplo de
aplicação que utiliza esse tipo de arranjo, cuja representação é mostrada na figura 3.38.
Figura 3.38: Diagrama do processo de gaseificação Värnamo (JENSEN et al., 2006).
111
3.4.2.4.2.4. Células a combustível
Dentre as tecnologias de geração alternativa de energia, a célula a combustível
pode ser considerada a mais ambientalmente correta, já que opera com baixo nível de
ruído e reduzida emissão de poluentes, principalmente quando se utiliza o hidrogênio puro
como combustível, pois haverá água como único subproduto (SILVEIRA, 1999).
Segundo Bailey et al. (2002), a célula combustível opera, em geral, na faixa de 40 a
60% de eficiência, sendo que em regime de cogeração, pode chegar a valores em torno de
85%. Os gases quentes produzidos durante o processo de geração de energia são
liberados a temperaturas entre 200 e 1000°C, dependendo do tipo de célula a combustível.
Os projetos de células a combustível são normalmente classificados de acordo com
seus eletrólitos. Estes podem ser escolhidos de acordo com a eficiência desejada para a
aplicação, o combustível disponível para abastecê-las, dentre outros critérios importantes
para o processo. Na tabela 3.14 são apresentadas algumas das características desse tipo
de equipamento, estabelecendo uma comparação entre tais classificações.
Alcalina
(AFC)
Ácido
Fosfórico
(PAFC)
Carbonato
fundido
(MCFC)
Óxido de
sólido
(SOFC)
Eletrólito
Solução
alcalina de
KOH
Ácido
fosfórico
estabilizado
Solução
carbonato
fundido
Eletrólito
sólido de
cerâmica
Potência (kW) << 100 5 – 200 800 – 2000 2.5 - 100000
Eficiência Elétrica
Até 70% 40 – 45% 50 – 57% 45 – 50%
Combustível H2 H2 reformado H2 e CO
reformados
H2 e CO
reformados
Aplicações Espacial e
militar
Geração de
energia
Geração de
energia
Geração de
energia
Tabela 3.14: Características das células a combustível (JENSEN et al., 2006).
O gás produto da gaseificação não pode ser usado diretamente em células a
combustível, havendo a necessidade de um processo de tratamento para converter,
primeiramente, o metano em monóxido do carbono na presença de vapor. Por fim, através
112
de um processo de reforma, o monóxido de carbono é convertido em hidrogênio através da
chamada reação de “shift”, com consequente remoção do CO2.
Geralmente, os esquemas dos modelos envolvem ciclos com turbinas a gás e a
vapor, nos quais se aplicam o conceito de cogeração, como vistos na figura 3.39. A sigla
ASU se refere à unidade de separação de ar ou, em inglês, Air Separation Unit.
Figura 3.39: Esquema de sistema integrado gaseificador célula a combustível (JENSEN et al.,
2006).
113
4. ESTUDO DE CASO
No intuito de evitar a divulgação de informações sigilosas, o nome e algumas
características da empresa alvo do presente estudo de caso não podem ser revelados.
Não há, contudo, perdas significativas quanto à análise dos dados nela coletados.
Situada no estado de São Paulo, trata-se de uma empresa de médio porte voltada à
importação e fabricação de produtos através do processo de rotomoldagem. Atendendo o
mercado nacional e exportando boa parte desses produtos, seus investimentos têm sido
direcionados à intensificação da produção própria em detrimento da importação de
produtos em geral.
O presente estudo de caso consiste na análise de viabilidade de gerar energia
elétrica a partir dos refugos gerados pelo referido processo de rotomoldagem, através da
tecnologia de conversão termoquímica de gaseificação.
Também chamados de produtos não conformes, entende-se por refugo um produto
cujas especificações não estão dentro dos parâmetros admissíveis segundo as normas de
qualidade, o que pode ser verificado segundo as seguintes razões:
Deformação da peça ou da borda: este defeito pode ocorrer em consequência
de uma série de fatores, dentre os quais se destacam:
Tempo de ciclo incorreto, ocasionando fundição excessiva ou
incompleta da peça;
Pré-aplicação incorreta do produto desmoldante ou limpeza deficiente
das cavidades do molde, incorrendo no desprendimento parcial do
produto;
Erro de operação na etapa de desmoldagem.
Peças cruas ou queimadas: decorrente de alguma alteração no tempo de ciclo
ou na temperatura de operação da máquina. Pode ocorrer sem causar
deformação na peça;
Peso incorreto: decorrente, principalmente, da má dosagem da resina
polimérica. Este defeito pode ser averiguado na pesagem da peça após a
desmoldagem;
Presença de bolhas: deve-se à entrada de ar nos moldes durante a fundição da
peça, em função, principalmente, de algum erro de operação;
Mancha de desmoldante: pode ocorrer quando não é retirado o excesso deste
produto das paredes do molde;
Desalinhamento: ainda que em pequena escala, ocorre quando, por algum
motivo, a máquina não desenvolve perfeitamente seu ciclo.
114
Vale mencionar que quando algum teste é realizado, em consequência da tentativa
de criar um novo modelo de produto ou de alterar algum parâmetro do processo, a peça
pode ser classificada como refugo. Isso ocorre quando aquela, por alguma razão, não é
colocada em linha ou é alvo de um teste falido.
Dessa maneira, são duas as principais motivações para a realização desta análise.
A primeira delas consiste no fato de, embora nesta empresa boa parte dos refugos
gerados seja reutilizada como matéria-prima para o próprio processo de rotomoldagem,
esta não é uma realidade generalizada, já que outras indústrias não conseguem aproveitar
totalmente seus produtos não conformes. Isso se deve à diferença entre processos, aos
tipos de máquinas utilizadas, bem como às características de projeto de cada produto.
Nestes casos de aproveitamento parcial dos refugos, ocorrerá, indubitavelmente, o
descarte desses materiais, contribuindo para a geração de resíduos sólidos em geral. É
quando se substitui o conceito de refugo pelo de rejeito, ao qual restará apenas a opção de
disposição final, tal como discutido no item 3.1.7.6. Em outras palavras, o refugo não foi
tratado como resíduo, ou seja, um material passível de tecnologias de tratamento.
Ademais, tal processo de reutilização não consiste simplesmente em reabastecer
as máquinas de rotomoldagem com os refugos da forma como foram retirados dos moldes.
Vale lembrar que estes últimos devem ser abastecidos pela resina polimérica em pó. Para
tal, as peças não conformes devem passar pelos seguintes processos de retrabalho antes
de se caracterizarem, novamente, como matéria-prima:
1. Limpeza, no intuito de remover poeiras e outros resíduos presentes;
2. Secagem;
3. Separação, por cores e tipo de pigmento;
4. Moagem, sendo esta mais complexa se comparada à convencional do processo.
Por fim, após a moagem, a resina, já em pó, deve ser estocada em local distinto da
resina virgem correspondente, uma vez que o material reprocessado é reutilizado em certa
proporção, após mistura rigorosa com o material virgem.
A impossibilidade de produzir peças utilizando-se apenas resinas reprocessadas,
ou seja, a necessidade de respeitar determinada proporção em sua dosagem tem como
razão o segundo e não menos importante fomento deste estudo de caso. Essa limitação
explica-se em razão de alguns aspectos do reprocessamento mecânico dos refugos para a
obtenção de resinas poliméricas, o qual apresenta alguns inconvenientes, a saber:
Eventual incompatibilidade entre os diferentes polímeros, sendo necessária a
adição de compatibilizantes;
Presença de impurezas agregadas à resina durante as etapas do
reprocessamento;
115
Após um determinado número de reprocessamentos, as propriedades do
material podem tornar-se muito inferiores às do material virgem. Isso ocorre
devido à degradação induzida pelas elevadas taxas de cisalhamento e
temperaturas de reprocessamento.
Em resumo, a resina termoplástica reprocessada, seja ela qual for, apresenta,
invariavelmente, propriedades inferiores à da resina virgem.
Diante de todos esses inconvenientes e ao fato dos refugos serem inerentes a
quaisquer processos de transformação de polímeros, faz-se necessário o estudo de
alternativas para o reaproveitamento das perdas por não conformidade.
4.1 Dados obtidos
Foram coletados dois tipos de dados do processo de transformação de polímeros
da indústria alvo do estudo de caso: a quantidade mensal total, em massa, da resina
polimérica de PELBD utilizada como matéria-prima para o processo de rotomoldagem e o
índice de não conformidade, ou seja, a ocorrência de refugo sem relação à produção total.
O período de coleta dos dados foi do mês de março ao mês de agosto de 2013,
totalizando dados globais do processo, ou seja, são consideradas as produções de todas
as máquinas em operação, computando todos os turnos praticados pela indústria. No
gráfico 4.1 é apresentada, então, a quantidade mensal total de PELBD utilizada na
alimentação das máquinas de rotomoldagem nos meses considerados.
Gráfico 4.1: Matéria-prima consumida (PELBD).
116
Por sua vez, o Índice de Não Conformidade (INC) do processo produtivo é
apresentado no gráfico 4.2. Este índice consiste na porcentagem mensal total de refugos
gerados pelo processo.
Gráfico 4.2: Índice de não conformidade (INC).
117
5. METODOLOGIA
Para avaliar a quantidade de energia elétrica passível de ser gerada pela instalação
de um sistema de gaseificação na indústria alvo, contabilizou-se primeiramente a taxa de
geração do material polimérico a partir da confecção de produtos não conformes.
Será calculada, então, a energia térmica presente nos refugos, com consequente
especificação do tipo de gaseificador a ser utilizado. Por fim, será apresentada a
possibilidade de aproveitamento do gás produto da gaseificação para a geração alternativa
de energia elétrica, a partir de um MACI.
5.1. Considerações iniciais
Observa-se nitidamente, a partir do gráfico 4.1, uma tendência de crescimento da
utilização da resina polimérica ao longo dos meses. Para estimar o futuro consumo de
matéria-prima pela indústria, será utilizada uma projeção que leva em conta a média dos
crescimentos mensais no período considerado.
Na tabela 5.1 são apresentados os crescimento do consumo de matéria-prima de
cada mês em relação ao anterior. Os dados, em porcentagem, foram arredondados na
segunda casa decimal.
Mês Crescimento (%)
Abril 10,8
Maio 4,57
Junho 6,2
Julho 8,28
Agosto 5,95
Tabela 5.1: Crescimento do consumo de matéria prima.
Logo, a Crescimento Mensal Médio (CMM) é de 7,16% no período considerado, ou
seja, pode-se atribuir um crescimento médio deste valor à produtividade da empresa e, por
conseguinte, ao consumo de PELBD.
No intuito de considerar esse crescimento produtivo até a eventual instalação do
sistema de gaseificação, propõe-se um cronograma, o qual servirá de base para a
estrutura dos cálculos posteriores. As etapas do cronograma e as respectivas estimativas
de suas durações são listadas segundo a tabela 5.2.
118
Etapas Duração
(dias)
Avaliação da proposta pela diretoria da empresa 20
Cotações dos equipamentos (gaseificador e unidade motor-gerador) 30
Adaptação do espaço e infra-estrutura para instalação do sistema 20
Reavaliação da proposta com investimentos e retorno já calculados 20
Compra e instalação dos equipamentos 15
Treinamento e inicialização do sistema 15
Tabela 5.2: Etapas do cronograma e as respectivas estimativas de suas durações.
Dessa maneira, seriam necessários quatro meses para a execução de todas essas
etapas. Considerando, ainda, que a proposta fosse apresentada à diretoria da empresa em
janeiro de 2014, o cronograma seria cumprido em abril deste mesmo ano.
No que tange a utilização do INC nos cálculos posteriores, também será
considerada uma média dos valores mensais, porém, com referência apenas ao período
de março a agosto, tal como apresentados no gráfico 4.2. Neste caso, essa consideração é
plausível uma vez que, apesar de variar de mês a mês, o índice de refugos não apresenta
um padrão de crescimento, como observado na utilização da matéria-prima, em
decorrência do crescimento produtivo.
Logo, o Índice Médio de Não Conformidade (IMNC) do processo de transformação
polimérica será considerado como a média aritmética dos INC apresentados no gráfico 4.2,
resultando em 5,97%, ou seja, IMNC = 0,06, aproximadamente.
5.2. Taxa de geração de refugos
Para realizar os cálculos do aproveitamento energético a partir da eventual
aquisição do sistema de gaseificação, não é razoável considerar a projeção do consumo
mensal de matéria-prima apenas do mês de abril, data de inicialização do uso do sistema
de gaseificação. Isso porque se obteria um resultado pouco fidedigno em razão de tal
consumo não estar estabilizado.
Portanto, será considerada a média das projeções de demanda mensal de polímero
de um ano após a conclusão das etapas do cronograma, ou seja, de abril de 2014 a abril
de 2015. Estes valores, apresentados na tabela 5.3, são estimados segundo o CMM
calculado no item 3.1.
119
IMNCDPMMMP
Mês Consumo de PELBD (kg)
abr/14 128309,6
mai/14 137496,6
jun/14 147341,3
jul/14 157891
ago/14 169196
set/14 181310,4
out/14 194292,2
nov/14 208203,5
dez/14 223110,9
jan/15 239085,6
fev/15 256204,2
mar/15 274548,4
abr/15 294206,1
Tabela 5.3: Média das projeções de consumo mensal de PELBD de um ano após a
conclusão das etapas do cronograma.
Logo, pode-se estabelecer a Demanda Polimérica Mensal Média (DPMM) de
PELBD para o processo, também a partir da média aritmética dos valores apresentados na
tabela 5.1. Esse cálculo resulta em uma massa de 200861,2 kg de resina polimérica, ou
seja, DPMM = 200861,2 kg.
Para determinar a Massa Polimérica Mensal Média (MP) de PELBD destinada ao
abastecimento do sistema de gaseificação, basta multiplicar a DPMM pelo IMNC, como
indicado na equação 5.1:
(5.1)
Obtém-se, assim, o valor de MP de 12051,67 kg.
5.3. Vazão mássica
Embora ambos os conceitos de vazão convencional e de Vazão Mássica (VM)
refiram-se a um escoamento por unidade de tempo, a primeira considera um fluxo
volumétrico, enquanto a segunda um fluxo de massa. Neste caso, a VM consiste na
quantidade de massa que alimentará o gaseificador por segundo e pode ser calculada a
partir da equação 5.2:
120
TU
MPVM (5.2)
Este cálculo se baseia na MP e considera um Tempo de Utilização (TU) segundo a
média de 25 dias de produção contínua por mês, ou seja, com 24 horas diárias de
funcionamento, sendo que cada hora possui 3600 segundos. Chega-se, portanto, a uma
VM de aproximadamente 0,00558 kg/s.
5.4. Potência térmica
A Potência Térmica (PT), expressa em Watts [W], pode ser definida como a
quantidade de energia fornecida pelo reator de gaseificação por unidade de tempo e pode
ser dada pela multiplicação da VM pelo PCI, conforme a equação 5.3:
PCIVMPT (5.3)
Como visto no item 3.1.3.2, o PCI pode ser calculado através de diversas equações
propostas empiricamente por diferentes pesquisadores e cientistas. Neste trabalho, será
considerada a fórmula proposta pelo cientista russo Dimitri Mendeleiev, de acordo com a
equação 3.1.
Substituídas as porcentagens de cada elemento químico da composição elementar
do plástico, extraídas da tabela 3.1, chega-se a um PCI de 25280,86 kJ/kg. Vale ressaltar
que não seria pertinente extrair este valor, por exemplo, da tabela 3.2, já que neste caso foi
computada a umidade do plástico, proveniente dos RSU.
Por fim, da equação 5.3 resulta uma PT = 141,05 kW, aproximadamente. Este valor
leva em consideração um funcionamento contínuo do reator de gaseificação, ou seja, parte
de uma alimentação constante ao longo dos 25 dias efetivos de produção considerados.
A título de complementar o estudo e fornecer outra possibilidade para o
funcionamento do sistema de gaseificação, é possível considerar um regime de
funcionamento intermitente para o sistema, ou seja, apenas em alguns intervalos de tempo
durante cada mês.
Para determinar uma nova PT, considerando um TU de cinco dias ou de 120 horas
do sistema de gaseificação por mês, basta utilizar novamente a equação 5.2, referente ao
cálculo da VM. Neste caso, seria obtida uma VM de 0,0279 kg/s, o que resultaria em uma
PT = 705,27 kW, aproximadamente, de acordo com a equação 5.3.
121
MPPCIET
TU
ETPT
Vale ressaltar que a Potência Térmica (PT) poderia ser calculada de outra maneira,
a partir da Energia Térmica (ET), dada em Joules [J]. Esta grandeza consiste na
quantidade de energia disponível em uma determinada quantidade de massa de certo
material. Neste caso, desejar-se-ia obter a Energia Térmica Mensal (ETM), dada na
mesma unidade, contida nos produtos não conformes, a qual poderia ser calculada através
da equação 5.4:
(5.4)
Substituindo-se os valores de PCI e MP, ter-se-ia, enfim, ET = 304676, 58 MJ,
aproximadamente. A PT, por conseguinte, seria determinada de outra forma, através da
equação 5.5, que relaciona a ET e o TU do sistema de gaseificação, da seguinte forma:
(5.5)
Por fim, seriam obtidos os mesmos valores de PT obtidos através da equação 5.3:
141,05 kW e 705,27 kW, respectivamente, para o uso contínuo e intermitente do reator de
gaseificação.
5.5. Especificação do reator de gaseificação
A especificação do tipo de gaseificador adequado aos parâmetros obtidos pode ser
realizada com base em diversos critérios, dentre os quais se destacam:
A escala de aplicação de tecnologias de gaseificação de biomassa e outros
materiais combustíveis;
O rendimento usual de cada tipo de gaseificador;
O sistema de funcionamento mais adequado ao espaço físico de aplicação;
A diferença entre os sistemas admissíveis de limpeza do gás de síntese.
Embora os dados da figura 3.30 se refiram à gaseificação de biomassa, reitera-se
que não há diferenças significativas apenas pelo fato da gaseificação proposta a partir do
estudo de caso utilizar plástico como material combustível. Tal como explicado no item 3.4,
a gaseificação necessita apenas de um MCC como combustível, que pode ser biomassa,
plástico, dentre outros materiais também mencionados.
Considerando-se, pois, as escalas de aplicação das diferentes tecnologias de
reatores de gaseificação, apresentadas na figura 3.30, ambas as PT obtidas no item 5.4 –
122
EGMEGETS
relativas ao uso contínuo e intermitente do sistema – condizem com os gaseificadores de
leito fixo co-corrente.
Segundo Martínez et al. (2009), esse tipo de gaseificador apresenta, em média,
uma eficiência de 50 a 80%. Logo, para efeito deste estudo de caso, será considerada a
média destes valores, sendo a Eficiência do Gaseificador (EG) de 65%, ou seja, EG =
0,65.
Vale ressaltar que o gaseificador de leito fixo co-corrente possui alto potencial de
conversão de carbono, elemento que integra boa parte do material plástico. Além disso,
esta matéria-prima não possui umidade em sua composição, o que satisfaz a desvantagem
deste gaseificador em relação à necessidade de utilização de um combustível de baixa
umidade.
Ademais, os gaseificadores de leito fixo co-corrente produzem baixos teores de
alcatrão quando comparados a outras configurações, o que permite a implantação de um
sistema mais simples para a limpeza do gás de síntese.
5.6. Eficiência total do sistema
Como tratado no item 3.4.2.4.2, existem várias possibilidades para a escolha do
sistema motor-gerador, o qual será instalado junto ao reator de gaseificação para
transformar efetivamente o gás de síntese em energia elétrica.
Neste caso, foi escolhido um MACI, devido ao fato de este tipo de acionador
primário ser o mais utilizado junto ao gaseificador co-corrente. Vale lembrar que isso
ocorre principalmente em função da satisfatória compatibilidade entre esses equipamentos
no que se refere à qualidade da limpeza do gás de síntese.
Segundo Alanne (2004), a eficiência elétrica de um MACI se encontra na faixa de
25 a 45%, enquanto que a Eficiência Global do MACI (EGM) permanece entre 75 e 85%.
Esta última é denominada global ou total por já considerar a recuperação energética a
partir dos gases de exaustão e do sistema de resfriamento do bloco do motor, ou seja, ela
contabiliza os rendimentos elétrico e térmico.
Considerando-se, para este caso, uma EGM de 80%, já é possível calcular a
Eficiência Total do Sistema (ETS), composto pelo gaseificador de leito fixo co-corrente e
pelo MACI como sistema motor-gerador. Esta eficiência se da a partir da multiplicação das
eficiências de cada componente, como elucidado na equação 5.6:
(5.6)
123
ETSPTCP
CP
QPFU
Obtém-se, então, um valor de ETS de 0,52.
5.7. Capacidade produtiva
A Capacidade Produtiva (CP) de geração de energia elétrica, expressa em Watts
[W], obtida a partir do sistema completo de gaseificação por ser obtida pela equação 5.7:
(5.7)
Considerando os dois valores de PT obtidos no item 5.4, obtém-se CP = 73,35 kW
e 366,75 kW, respectivamente, para o uso contínuo e intermitente do reator de
gaseificação. Estes valores também foram arredondados na segunda casa decimal.
Por fim, a CP é o parâmetro que determina a Potência Instalada (PI) para o
acionador primário a ser escolhido, sendo esta grandeza a capacidade total de geração da
unidade motor-gerador, ou seja, é a potência elétrica nominal especificada pelo fabricante
do equipamento.
Em aplicações nas quais a quantidade de combustível envolvida na gaseificação
não apresenta crescimentos significativos, a CP corresponde e indica claramente o
parâmetro PI requerido para a máquina geradora. Caso contrário, torna-se necessária uma
análise da relação entre a ociosidade do sistema gaseificador e a disponibilidade para
aumento da capacidade produtiva. Em outras palavras, é preciso avaliar por quanto tempo
uma determinada PI será capaz de processar todo o gás de síntese produzido pelo reator
de gaseificação, levando em conta os eventuais aumentos da quantidade de combustível
de alimentação.
Neste sentido, utiliza-se o Fator de Utilização (FU) de um sistema, o qual
corresponde à fração de utilização do equipamento. Em outras palavras, é a quantidade
processada (QP) de combustível no equipamento dividida pela CP, conforme a equação
5.8:
(5.8)
Se FU for maior que um, o equipamento está com capacidade menor que a
demanda de funcionamento, ao passo que se o valor for menor que um, o equipamento
está ocioso, ou seja, a capacidade é maior que a demanda.
124
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Uma potência instalada de 1 kW é suficiente para alimentar alguns aparelhos de
uso doméstico, tais como refrigeradores, computadores, aparelhos de som, máquinas de
lavar roupa, televisões, entre outros equipamentos de consumo relativamente baixo.
Microgeradores e minigeradores solares fotovoltaicos (FV) são sistemas de geração
elétrica de pequena potência, normalmente instalados para produzir energia
suficiente para alimentar uma casa ou até mesmo um edifício de pequeno porte. Segundo
a Resolução Normativa 482/2012 da ANEEL, enquanto os microgeradores são sistemas
com potência de até 100 kW, os minigeradores integram os acima de 100 kW e até 1 MW
(ANEEL, 2012).
Com relação à indústria alvo deste estudo de caso, é possível observar que mesmo
para o caso de implementação do sistema de gaseificação em regime intermitente, este
não seria viável, ao passo que a geração de potência elétrica seria relativamente baixa.
Não há como comparar o consumo de uma residência ao consumo de uma indústria, ainda
que de médio porte. Esta classe de indústrias já costuma comportar extensos galpões com
uma série de máquinas e equipamentos, consumindo uma potência elevada.
No entanto, quando é levado em consideração o porte e o respectivo consumo de
matéria prima da indústria de estudo de caso é possível mensurar a partir de que
condições se tornaria viável a instalação de um sistema de gaseificação. Existem, sem
dúvidas, diversas outras indústrias de transformação de polímeros, as quais, devido ao
maior tempo de mercado e eventuais parcerias com grandes empresas multinacionais,
apresentam um consumo de resinas poliméricas muito mais elevado. Nesta realidade,
outras escalas de capacidades produtivas seriam obtidas, ainda que a geração de refugos
fosse mais reduzida.
Ademais, tal como mencionado na proposta de estudo de caso, a produção de
refugos é inerente a quaisquer processos produtivos e alguns destes possuem como
característica, ainda, um maior índice de não conformidade, tornando os processos de
recuperação energética mais atraentes. Por fim, ainda existe a possibilidade de
encontrarem-se grandes indústrias com elevados índices de não conformidade. Estas
seriam as melhores candidatas à adoção de um processo de recuperação energética como
a gaseificação.
Cabe lembrar que os processos de transformação de polímeros permitem a
utilização de material reprocessado junto à matéria-prima virgem, mas, muitas vezes, não
equivalente à quantidade, em volume, de refugos gerados. Assim, em casos de altos
125
índices de não conformidade, têm-se maiores chances de viabilizar sistemas de
recuperação energética.
Referindo-se novamente à indústria de estudo de caso, seria possível defender a
ideia de que mesmo sendo insuficientes para alimentar um grande número de máquinas,
as potências obtidas já justificariam a instalação de um sistema gaseificador, levando-se
em conta os aspectos ambientais. A partir dos conceitos abordados no item 3.1.7.6, sabe-
se a importância de tentar reduzir, ao máximo, a quantidade de resíduos a serem
dispostos. Há de se considerar, porém, uma série de entraves com relação à aquisição
desses sistemas por parte de empresas de pequeno e médio porte.
A partir do uso não contínuo do sistema de gaseificação, seria pertinente computar
a ociosidade como um aspecto negativo para a viabilização da proposta de geração
alternativa de energia elétrica. Sendo assim, reforça-se o fato da maior viabilidade deste
tipo de estratégia em grandes indústrias. Nestas, a quantidade de combustível para a
gaseificação é suficientemente grande a ponto de garantir o abastecimento de um sistema
gaseificador em regime contínuo, eliminando aspectos negativos como a ociosidade.
Outro fator que poderia desmotivar a aquisição de um sistema de gaseificação por
uma indústria consiste na necessidade de manutenção preventiva e corretiva dos
equipamentos envolvidos no processo. Embora se respeite os níveis de limpeza do gás de
síntese exigidos pela unidade motor-gerador, qualquer equipamento requer manutenções
periódicas, em maior ou menor frequência.
No entanto, ainda do ponto de vista econômico, vale ressaltar que para encaminhar
os rejeitos dos processos de transformação termoplástica para a devida disposição final,
as indústrias são compelidas a contratar empresas terceirizadas, incumbidas de levá-los
até os aterros sanitários apropriados. Este serviço não costuma apresentar um custo
irrisório e, embora não seja comum, em casos nos quais a indústria esteja localizada longe
dos grandes centros geradores e dos principais pólos industriais, o transporte para
disposição final pode representar um investimento muito mais alto.
Além disso, também é minimizado o inconveniente das operações de manutenção
quando se considera a instalação de um sistema de gaseificação em indústrias de grande
porte, as quais já possuem – invariavelmente - determinada infra-estrutura interna de
manutenção, de modo a evitar a contratação de mão-de-obra terceirizada, a qual
configuraria gastos adicionais à empresa.
Ainda neste sentido, o armazenamento dos refugos deve ser computado como
gasto, já que se ocupa, efetivamente, um local da indústria que poderia ser utilizado para
outra finalidade mais útil e rentável. Quanto maior a geração de peças não conformes,
maior o local exigido para armazená-las ou mais alta e recorrente a necessidade de
126
encaminhá-las para a disposição final. De qualquer maneira, o investimento financeiro é
diretamente proporcional à geração desses produtos.
Não haveria como desconsiderar, de fato, os aspectos ambientais que dizem
respeito ao assunto. Sabe-se que os aterros sanitários possuem, como mencionado no
item 3.1.7.6, uma determinada vida útil, de maneira que se hoje existem áreas
suficientemente capazes de receber todos os rejeitos produzidos pelas indústrias e pela
população, no futuro isso pode deixar de ser uma realidade. Pesquisadores e estudiosos
do assunto defendem que a escassez de áreas factíveis à construção de aterros é
inevitável, podendo ocorrer inclusive em um futuro próximo.
Além disto, cabe recordar que não é nada simples o processo de determinação de
uma área propícia à construção de um aterro sanitário e que são inúmeras e
rigorosamente criteriosas as etapas a serem cumpridas, perante as leis e os aspectos
econômicos, no intuito de assegurar um bom projeto. Portanto, quando se tornar muito
difícil a instauração de um novo aterro sanitário ou até mesmo não houver áreas
disponíveis para tal, as empresas que já tiverem aderido a procedimentos de tratamento e
recuperação de seus resíduos estarão não totalmente despreocupadas, pois poder-se-á
enfrentar a escassez de água e outros recursos, mas talvez terão eliminado um intricado
inconveniente.
Antes do surgimento das leis ambientais, o meio físico (ar, água e solo) era
encarado como sendo livremente disponível para receber os resíduos advindos das
atividades antrópicas, o que para a época não era tão problemático quanto hoje, uma vez
que a população era esparsa e havia bem menos produtos industrializados em
comparação com os dias atuais (BULCHHOLZ, 1998). Nesse contexto, o comportamento
das empresas associava-se a uma estratégia passiva, uma vez que elas se limitavam a
diluir e dispersar os poluentes gerados.
Essas ações não traziam retorno econômico à empresa, somente custos, pois o
gasto era relacionado aos resíduos, emissões e efluentes, e não se caracterizavam como
um investimento no processo produtivo ou no próprio produto. A empresa somente
realizava tais ações porque era obrigada pela legislação. Contudo, a postura empresarial
com relação à área ambiental começou a mudar, visto que
“os gastos com proteção ambiental começaram a ser vistos pelas empresas líderes não primordialmente como custos, mas sim como investimentos no futuro e, paradoxalmente, como vantagem competitiva. A atitude passou de defensiva e reativa para ativa e criativa” (CALLENBACH et al., 1993).
Essa mudança de atitude deveu-se, em grande parte, à constatação dos reais
custos associados ao tradicional gerenciamento de resíduos, uma vez que, além dos
custos contabilizados com o tratamento e disposição final, havia outros custos
127
relacionados e que, usualmente, não eram levados em consideração como, por exemplo, a
perda de matérias primas, os gastos com água e energia, as não conformidades legais e
normativas e aqueles relacionados à imagem da empresa. Estes últimos são considerados
custos intangíveis e não podem ser estimados a partir de relações matemáticas.
Foi nesse contexto que algumas indústrias passaram a adotar estratégias que
visavam a reduzir a quantidade de resíduos gerados por meio de técnicas de reutilização,
reciclagem (interna ou externa ao processo) e recuperação de materiais.
Segundo Pereira e Toschetto (2004), as práticas de tratamento de resíduos geram
como consequências, além da redução dos impactos ambientais, a economia de recursos
e ganhos econômicos à empresa. Quando são levados em consideração tanto os aspectos
econômicos quanto os ambientais e há uma tentativa de equilibrá-los, configura-se um
sistema de gestão ambiental empresarial, o qual, ainda segundo os autores, é
extremamente interessante para um setor que objetiva o lucro. Assim, na visão
empresarial, a inclusão da questão ambiental no negócio deve ser vista como uma
oportunidade competitiva e um diferencial estratégico, podendo se tornar um fator
determinante para o sucesso ou fracasso das organizações, a fim de buscar não apenas a
satisfação imediata do cliente, mas sim da sociedade atual e das gerações futuras. Ainda
neste contexto, não somente o produto seria associado às práticas exemplares, mas a
própria empresa será vinculada a uma imagem positiva, refletindo a satisfação dos
consumidores.
Para isso, a gestão ambiental e empresarial deve ser organizada de modo a incluir
as questões ambientais nas principais decisões estratégicas e operacionais de
responsabilidade da empresa, de acordo com as premissas da sustentabilidade. Este
último conceito tem sido muito utilizado como fator de diferenciação entre as empresas e
indústrias de ponta, as quais se adequam a práticas sustentáveis e ganham,
inevitavelmente, um destaque na mídia, além de posicionar sua imagem em outro patamar:
o das organizações que não visam simplesmente ao lucro, mas buscam-no de maneira
sensata e ambientalmente correta.
Dependendo da estrutura organizacional da empresa, a gestão ambiental pode
proporcionar soluções integradas às diversas áreas funcionais (produção, comercial,
recursos humanos, financeira, contabilística, marketing, etc.) ou junto aos principais
processos de negócios (planejamento estratégico, desenvolvimento de tecnologia,
desenvolvimento de produto, entrega do produto, entre outros), com o objetivo de evitar
que impactos ambientais ocorram.
Ainda que se considere essa preocupação com o meio ambiente a partir de ações
sustentáveis como simples fator de promoção mercadológica ou pura estratégia de
128
marketing, esta postura ainda é vantajosa se comparada aos métodos tradicionais de
desenvolvimento empresarial.
129
7. CONCLUSÕES
Inicialmente, cabe afirmar que a proposta de estudo de caso e o principal objetivo
deste trabalho foram plenamente desenvolvidos. A proposta para o estudo de caso
consistia, basicamente, na coleta dos dados de consumo de matéria-prima da indústria
alvo e de sua geração de produtos não conformes pelo processo da rotomoldagem, os
quais foram obtidos e apresentados em detalhes. O principal objetivo, por sua vez,
compreendia, primeiramente, a mensuração da quantidade de energia possível de ser
gerada a partir do poder calorífico da resina polimérica, ou seja, da utilização da matéria-
prima presente nos produtos não conformes como combustível para o processo de
gaseificação.
A partir deste resultado, foi considerado um MACI como o responsável por
efetivamente gerar a potência elétrica desejada, a partir da utilização do gás de síntese
proveniente do reator de gaseificação. Desse modo, a partir da análise da escala de
grandeza da potência obtida, estabeleceu-se a devida comparação entre as vantagens e
as desvantagens da eventual utilização de um sistema de gaseificação para esse tipo de
aplicação. Finalmente, estendeu-se esta análise a outros casos, englobando diferentes
capacidades e características produtivas das possíveis indústrias de transformação de
polímeros existentes no mercado.
Especificamente com relação ao estudo de caso, este poderia ser tratado como um
fator desmotivador quanto ao uso de um gaseificador para o aproveitamento energético.
No entanto, a baixa capacidade produtiva obtida decorre do baixo consumo de matéria-
prima desta indústria, representante do setor industrial de médio porte.
É inegável a presença de empresas de grande porte no mercado, as quais
consomem quantidades elevadíssimas de matéria-prima. Nestas indústrias, além de
lograrem-se capacidades produtivas eminentemente expressivas, não há a necessidade de
armazenar os produtos não conformes por longos períodos de tempo, já que seu volume
justificaria uma alimentação contínua do gaseificador. Especialmente em casos cujo índice
de não conformidade seja elevado, atingindo valores superiores a 10%, tem-se mais um
forte argumento a favor da instalação do sistema gaseificador.
Em resumo, todos os argumentos contra ou a favor da utilização de um sistema de
recuperação energética são proporcionais, em maior escala, à estrutura da indústria, ou
seja, à sua escala de produção, a qual determina o consumo de matéria-prima para o
processo de transformação polimérica. Em menor escala, tem-se a consideração dos
índices de não conformidade. De nada adianta haver elevados consumos de matéria-prima
com ínfimos índices de não conformidade ou apresentar altas gerações de refugos quando
130
a produtividade é insignificante. Parte-se do princípio, entretanto, que nenhuma dessas
situações é plausível. Tal como mencionado anteriormente, refugos são inerentes aos
processos de transformação polimérica, anulando a possibilidade da primeira situação,
enquanto que a segunda poderia ser apenas transitória ou adaptativa, caso contrário,
provocaria a falência da empresa. Dessa forma, parte considerável dos possíveis
empecilhos relacionados à aquisição de tal sistema seria sanada ou pelo menos
minimizada quando se considera empresas de grande porte.
No que diz respeito à efetiva análise das vantagens e desvantagens da aquisição
de um sistema de gaseificação, dois aspectos foram considerados como fundamentais: o
econômico e o ambiental. Enquanto o primeiro contempla, essencialmente, eventuais
reduções ou aumentos dos gastos da empresa, o segundo compreende uma abordagem
mais subjetiva do assunto. Embora os impactos ambientais já sejam bem difundidos, estes
não costumam ser considerados no plano de desenvolvimento de boa parte das empresas,
mesmo dentre as relativamente mais desenvolvidas. Estas podem ainda realizar, por
vezes, uma análise puramente financeira acerca de quaisquer mudanças, ponderando
apenas cálculos e estimativas dos investimentos monetários exigidos. Desconsideram-se,
em contrapartida, os aspectos menos palpáveis, embora sejam de extrema relevância.
O ponto de vista ambiental, ainda que defendido isoladamente, já deveria
representar uma motivação suficiente para a efetiva consideração da adoção de sistemas
de tratamento e recuperação energética de resíduos. A problemática da geração de
resíduos sólidos e o consequente esgotamento das áreas destinadas aos aterros sanitários
configuram uma realidade incontestável, da qual ninguém se encontra totalmente livre de
suas consequências.
Não obstante a análise de viabilidade da recuperação energética esteja alicerçada
apenas nos aspectos econômicos, é inegável que as indústrias que se adaptarem à
redução da geração de resíduos estarão melhor guarnecidas para o futuro, inclusive
financeiramente, evitando situações de colapso produtivo ou de outra espécie. Ademais, é
certo que as indústrias despendem mensalmente uma quantia razoável para se livrar de
seus resíduos. O volume de geração e, consequentemente, os gastos com o transporte
costumam ser proporcionais ao tamanho da organização.
Por fim, um forte fator de motivação foi apresentado a partir da associação dos
aspectos econômicos aos ambientais, expondo o conceito de sistema de gestão ambiental
empresarial, o qual levaria em conta ambos os aspectos. Neste sentido, obter-se-ia um
equilíbrio não prejudicial à lucratividade da empresa. Pelo contrário, a adesão aos
princípios da sustentabilidade poderia incrementar sensivelmente a imagem da empresa
perante a sociedade, de modo a conduzi-la a um crescimento mais sólido e estruturado.
131
Porém, para que a gestão ambiental empresarial seja efetiva, ela não pode ser
realizada de modo paralelo às principais áreas funcionais da empresa e aos seus
principais processos de negócios operacionais e estratégicos. Em outras palavras, não
deve se organizar somente para reparar os danos ambientais cometidos por decisões
técnicas e gerenciais que não contemplaram, no momento adequado, essa área do
conhecimento. Pelo seu caráter preventivo, ela precisa ser estruturada de modo a
participar efetivamente nas principais decisões dessas áreas ou processos.
Percebe-se, portanto, que há ganhos econômicos, ambientais e sociais com a
adoção de sistemas de tratamento de resíduos, não como uma área ou processo isolado,
mas por meio de uma gestão integrada com as decisões empresariais. Isso pode gerar
possibilidades de melhorias da sustentabilidade da empresa, incluindo produtos, com
benefícios também para a sociedade em geral.
Os processos de tratamento e recuperação, embora contribuam para a minimização
da geração de resíduos, não se constituem em soluções definitivas, pois partem do
pressuposto de que o resíduo existe e também porque geram subprodutos e envolvem
gastos de energia e outros custos operacionais. No entanto, é sensato considerar que
essas iniciativas poderiam prover uma forma mais equilibrada e sustentável de ciclo de
vida para as indústrias a elas adeptas.
Portanto, embora pareça um pouco distante da realidade da empresa de estudo de
caso a implantação de um sistema de gaseificação, este estudo e consequente resultado
servem de fomento às indústrias já consolidadas no mercado, as quais são inegavelmente
capazes de viabilizá-lo sem deixar de lado os ideais capitalistas, mas aderindo, ainda que
aos poucos, ao conceito de gestão ambiental empresarial. Poder-se-á, desta maneira,
prolongar ou até mesmo evitar calamidades, como o esgotamento de áreas propícias à
instalação de aterros sanitários.
132
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