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UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITCNICAPROGRAMA DE PS GRADUAO EM ENGENHARIA-INDUSTRIAL - PEI DEPT DE ENGENHARIA AMBIENTAL DEA

MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO

LUIZ ROGRIO NATIVIDADE LOPES

AVALIAO DA REDUO DOS RESDUOS SLIDOS DE AREIA RESINADA EM FUNDIO DE AO ATRAVS DE RECUPERAO TRMICA

SALVADOR 2009

UFBAUNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA ESCOLA POLITCNICA PROGRAMA DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - PEI MESTRADO PROFISSIONAL EM GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO Rua Aristides Novis, 02, 6 andar, Federao, Salvador BA CEP: 40.210-630 Tels: (71) 3283-9800 E-mail: [email protected] Home page: http://www.pei.ufba.br

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITCNICAMESTRADO PROFISSIONAL GERENCIAMENTO E TECNOLOGIAS AMBIENTAIS NO PROCESSO PRODUTIVO

LUIZ ROGRIO NATIVIDADE LOPES

AVALIAO DA REDUO DOS RESDUOS SLIDOS DE AREIA RESINADA EM FUNDIO DE AO ATRAVS DE RECUPERAO TRMICA

Salvador 2009

LUIZ ROGRIO NATIVIDADE LOPES

AVALIAO DA REDUO DOS RESDUOS SLIDOS DE AREIA RESINADA EM FUNDIO DE AO ATRAVS DE RECUPERAO TRMICA

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-graduao em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais no Processo Produtivo, Escola Politcnica, Universidade Federal da Bahia, como requisito parcial para a obteno do ttulo de Mestre. Orientador: Dr. Silvio Alexandre Beisl Vieira de Melo

Salvador 2009

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Lopes, Luiz Rogrio Natividade Avaliao da reduo dos resduos slidos de areia resinada em fundio de ao atravs de recuperao trmica / Luiz Rogrio Natividade Lopes. - Salvador, 2009. 94 f. :Il. color. Orientador: Dr. Silvio Alexandre Beisl Vieira de Melo Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal da Bahia. Escola Politcnica, 2009. 1. Resduos industriais. 2. Impacto ambiental. 3. Fundio. I. Melo, Silvio Alexandre Beisl Vieira de. II. Ttulo. CDD:628.54

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A Meus pais, que sempre me apoiaram em todos os projetos da minha vida. Minha esposa, que tem me estimulado e colaborado para meu desenvolvimento profissional e pessoal desde que a conheci. Minha filha, que tem me proporcionado foras para enfrentar os desafios desta etapa da minha vida.

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AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeo minha esposa, por me apoiar e por compreender eu ter dispensado mais tempo ao curso do que a ela durante a realizao deste trabalho. Ao meu orientador Dr. Silvio A. B. Vieira de Melo, pelo conhecimento que me passou e pela sua compreenso em momentos difceis durante o desenvolvimento desta dissertao. Ao Sr. Carlos Silva, pelo apoio tcnico fornecido por meio das longas conversas sobre o assunto. Ao engenheiro Paulo Schenekenberg, pela sua contribuio sobre o assunto tratado (fundio), pelo fornecimento de materiais e apoio tcnico. Ao engenheiro Eduardo Cesana, que me ajudou nos momentos de dvidas quanto ao processo de calcinao. Ao engenheiro Sidney Roberto de Andrade, que alm de fornecer informaes valiosas para a pesquisa, indicou caminhos para eu obter dados e conhecer opinies que muito contriburam para a concluso deste estudo. Ao engenheiro Roberto Lopes de Castro, que me esclareceu muitas dvidas e me indicou muitas fontes de conhecimento sobre resinas.

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RESUMO

Esta dissertao descreve o estudo realizado para avaliar os impactos ambientais num processo de fundio de aos carbono, ligas e inox no que se relaciona ao uso de areia com resina fenlica uretnica e apresenta algumas propostas para reduzi-los. A escolha desse tema se deve ao fato de o principal impacto ambiental gerado numa fundio ser proveniente do descarte de areia resinada. A metodologia de trabalho envolveu o levantamento de dados tcnicos do processo de fundio, suas caractersticas, e de dados sobre as avaliaes de impactos ambientais dessa atividade. Durante o processo de fundio, para que os moldes tenham a resistncia mecnica necessria, eles so confeccionados com areia e resina. O descarte posterior desse material causa um impacto ambiental significativo. O processo de recuperao trmica tem por objetivo diminuir o descarte de areia resinada fenlica a nmeros prximos de zero. Esta pesquisa compara os impactos ambientais da fundio, sem o processo de recuperao trmica e com o processo de recuperao trmica da areia, em particular os que ocorrem no processo de calcinao da areia resinada, tais como gerao de gases para atmosfera, gerao de calor, uso de combustvel etc. Os resultados deste trabalho demonstram de forma quantitativa as vantagens e desvantagens dessa tecnologia. O trabalho apresenta ainda sugestes de usos alternativos da areia resinada descartada, tais como: a fabricao de blocos na construo civil, uso em asfalto etc. Palavras-chave: Resduos industriais, impactos ambientais, fundio

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ABSTRACT

This work aims to study, evaluate and present proposals for the reduction of environmental impacts in a process of carbon and stainless steel casting focusing on the sand use with phenolic resin. The choice of this focus is due to the main environmental impact generated in a casting to be proceeding from the drawn resin from sand discharge. The methodology adopted in this work includes collecting process data with characteristics of the casting and evaluation of environmental impacts in order to understand the casting process, the sand recovery process and later its use to evaluate the environmental impacts.During the casting process the molds confectioned with sand and resin, to give the desired mechanical resistance, cause significative environmental impact due to their discharge. The objective of recovery process is to diminish the drawn phenolic resin from sand discharge to zero level. Both the environmental impact that is with and without thermal recovery process are evaluated and compared, particularly in the process of calcination of the drawn resin from sand, such as, generation of gases for atmosphere, heat generation, combustible. Suggestions also are presented alternative uses. Besides the evaluation of the environmental impacts in a casting with and without the process of sand recovery, the result of this work shows quantitatively the advantages and disadvantages of this technology. Alternatives are also presented to discharges, in order to minimize the environmental impacts even with them. Keywords: Industrial waste, environmental impacts, foundry.

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LISTA DE TABELASTabela 1 - Composio qumica de areia de slica Tabela 2 - Amostras para ensaio de classificao resduo Tabela 3 - Volumes gerados de areia resinada Tabela 4 - Volumes de areia calcinada resinada Tabela 5 - Custo mensal de descarte de areia resinada Tabela 6 - Caractersticas de controle da areia nova Tabela 7 - Caractersticas de controle da areia recuperada mecanicamente Tabela 8 - Caractersticas de controle da areia recuperada termicamente 31 42 45 46 47 65 66 66

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LISTA DE QUADROSQuadro 1 - Caractersticas gerais da slica Quadro 2 - Caracterstica resina fenlica uretnica - Parte 1 Quadro 3 - Caracterstica resina fenlica uretnica - Parte 2 31 34 34

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LISTA DE FIGURASFigura 1 - Vista de fundio Figura 2 - Forno de induo Figura 3 - Vista da fbrica Figura 4 - Centros de usinagem Figura 5 - Grfico de produo mundial de fundidos 1994 Figura 6 - Grfico de participao mundial de produo de fundidos 1994 Figura 7 - Grfico de produo de fundidos no Brasil por regio 1995 Figura 8 - Grfico de produo de fundidos no Brasil de 1990 a 2002 Figura 9 - Grfico de produo de fundidos no Brasil por tipo de liga 2001 Figura 10 - Grfico de distribuio setorial de fundidos no Brasil 1995 Figura 11 - Fluxo resumido processo de fundio - sem recuperao da areia Figura 12 - Fluxo resumido processo de fundio - com recuperao da areia Figura 13 - Esquema explicativo de modelo/caixa de macho Figura 14 - Macro fluxo do processo de fundio de ao Figura 15 - Exemplos de modelos e caixas de machos Figura 16 - Modelo em caixa Figura 17 - Fabricao do molde Figura 18 - Molde e modelo (momento do destacamento) Figura 19 - Pintura do molde Figura 20 - Molde e macho no momento do fechamento Figura 21 - Fuso material proveniente de sucata e ligas para atender as especificaes Figura 22 - Vazamento do metal lquido no molde Figura 23 - Desmoldagem Figura 24 - Reao da areia a base de slica durante vazamento Figura 25 - Esquema reacional de polimerizao da resina fenlica Figura 26 - Fluxograma - Caracterizao e classificao de resduos Figura 27 - Planta do sistema de recuperao de areia Figura 28 - Sistema de recuperao mecnica 24 25 30 32 41 61 62 11 11 12 12 13 13 14 15 15 16 17 17 18 20 21 22 22 22 23 23 24

Figura 29 - Sistema de recuperao trmica

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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABIFA ABNT AFS ANDES CBUQ CONAMA EPA VMP

Associao Brasileira de Fundio Associao Brasileira de Normas Tcnicas Unidade de medida para definio granulomtrica dos gros de areia American Foundry Society Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social Concreto betuminoso usinado a quente Conselho Nacional do Meio Ambiente Environmental Protection Agency Valor mximo permitido

SUMRIO

I II III IV V VI VII VIII 1 2 3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 3.2.8 4 4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3

DEDICATRIA AGRADECIMENTOS RESUMO ABSTRACT LISTA DE TABELAS LISTA DE QUADROS LISTA DE FIGURAS LISTA SMBOLOS E ABREVIATURAS CAPTULO 1 INTRODUO CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA CAPTULO 3 CARACTERIZAO DO PROBLEMA Processo de fundio Descrio do processo produtivo Etapas do processo produtivo Confeco do ferramental Preparao do ferramental Moldagem/macharia Fuso e vazamento Desmoldagem Acabamento Tratamento trmico CAPTULO 4 - INSUMOS E RESDUOS DO PROCESSO E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS Principais insumos da fundio Principais impactos ambientais Resduos slidos Efluentes lquidos Emisses gasosas

i ii iii iv v vi vii viii 1 4 11 16 19 19 19 21 21 24 24 25 25 26 26 35 35 37 38

4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.8.1 4.8.1 4.9 4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4 4.9.5 4.10 4.11 4.12 4.13 5 5.1 5.2

Problemas ambientais da areia de fundio Classificao de resduos slidos Classificao do resduo de areia resinada Estudo quantitativo da gerao de areia resinada Custos envolvidos Processo de recuperao Tratamento mecnico Tratamento trmico Processos alternativos Alternativa do reuso da areia de fundio Processos de regenerao alternativos Processos de moldagem alternativos Tipos de moldes alternativos Tipos de aglomerantes qumicos alternativos Equipamentos e processos Controle das caractersticas da areia Ensaios realizados na areia do processo de fabricao Resultados e discusses CONCLUSES E SUGESTES Concluses Sugestes REFERNCIAS

38 39 42 44 46 48 49 50 51 51 52 52 53 55 59 64 65 67 69 69 69 71

CAPTULO 1 INTRODUONa histria da produo industrial, tm-se observado evolues significativas em termos de tecnologia, mtodos de produo, em estratgias de logstica e em outros aspectos, que impulsionaram as indstrias em geral a patamares que as tornaram extremamente competitivas e lucrativas. Essas evolues foram ocorrendo de forma cada vez mais rpida como, por exemplo, aps a Primeira Guerra Mundial, quando Henry Ford e Alfred Sloan deram o impulso para o desenvolvimento da produo em massa. J a indstria japonesa contribuiu com o modelo de produo enxuta, entre outras evolues que prepararam as organizaes para a concorrncia mundial. Conforme Moura (2000), durante anos, os modelos de administrao de produo foram evoluindo, mas sem mostrar nenhuma preocupao com o meio ambiente, sendo a poluio em alguns momentos at mesmo considerada um indicador de desenvolvimento. Quando a poluio ambiental comeou enfim a ser considerada algo que, alm desenvolvimento, tambm trazia problemas, as questes ambientais comearam a surgir. Inicialmente, a preocupao com o meio ambiente estava baseada numa viso denominada fim de tubo, cujo foco estava no descarte dos resduos gerados, de maneira a minimizar os impactos ambientais. Hoje, j se tem a viso preventiva, a partir da qual se utilizam algumas tecnologias para evitar a gerao de resduos. As organizaes perceberam que, alm de a problemtica ambiental ser uma questo de sobrevivncia, consider-la poder trazer vantagens em um mundo industrial extremamente competitivo. Tais vantagens podero ser: a reduo do uso de matria-prima e insumos, do consumo de energia e, consequentemente, dos custos. Durante muito tempo, o autor desta dissertao trabalhou em empresas que tinham como principal matria-prima os componentes fundidos, tendo realizado inmeras visitas a vrios fabricantes de fundidos em todo o Brasil. Aps alguns anos, teve a oportunidade de trabalhar no desenvolvimento de uma nova fundio, onde foram instalados equipamentos mais modernos no processo produtivo da empresa. Dado o seu grande interesse na rea ambiental, decidiu estudar esse assunto. Ao perceber que estava trabalhando em um segmento da indstria com um grande potencial poluidor, mas em uma empresa que estava adquirindo equipamentos com novas tecnologias,

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ou seja, tecnologias que podem prevenir a gerao de resduos, compreendeu estar de posse de todas as ferramentas necessrias para desenvolver um trabalho sobre esse tema. Assim, esta dissertao apresenta uma avaliao da reduo dos impactos ambientais em uma fundio de ao, atravs do estudo de um processo de recuperao que tem por objetivo diminuir o descarte de areia resinada fenlica a nmeros prximos de zero. No estudo, so comparados os impactos ambientais sem e com o processo de recuperao trmica, visto que tambm h impactos ambientais no processo de calcinao da areia resinada, tais como gerao de gases para atmosfera, gerao de calor, uso de combustvel etc. So apresentadas tambm sugestes de usos alternativos para a areia resinada descartada, tais como a fabricao de blocos para construo civil, o uso em asfalto etc. O resultado deste trabalho, alm da avaliao dos impactos ambientais numa fundio com e sem o processo de recuperao de areia, demonstrando de forma quantitativa as vantagens e as desvantagens dessa tecnologia, traz tambm alternativas para os descartes gerados, de maneira a minimizar esses impactos. Esta dissertao compreende a avaliao dos impactos ambientais num segmento considerado poluente por causa da gerao de resduos, principalmente de resduos slidos. Ao longo dos anos, foram criadas algumas sistemticas para diminuir os impactos ambientais gerados nos processos de fundio. No incio, as sistemticas seguiam a concepo fim de tubo e destinavam-se a controlar os impactos nos descartes. Atualmente existem algumas alternativas preventivas para minimizar ou reduzir a gerao de resduos. Os estudos realizados nesta dissertao referem-se a um dos processos mais modernos de recuperao trmica instalado em plantas fabris no Brasil. O fato de a pesquisa estar sendo realizada em uma planta com aproximadamente um ano de funcionamento e que utiliza metodologias recentes propiciou que se dispusesse de um equipamento com um alto nvel de atualizao. A escolha do processo foi feita aps um estudo preliminar que demonstrou que a principal emisso de resduos numa fundio proveniente da fabricao dos moldes utilizados durante o processo produtivo. O objetivo principal desta pesquisa a avaliao de duas situaes de controle de impactos ambientais que se baseiam em dois conceitos distintos, fim de tubo e preventivo, e a comparao das suas vantagens e desvantagens. Um dos objetivos especficos deste trabalho a anlise dos impactos ambientais gerados durante o processo produtivo de uma fundio. Para cumprir esse objetivo confrontam-se os resultados encontrados no processo produtivo sem a recuperao trmica de 2

areia situao presente na maioria das fundies instaladas no Brasil , ou os encontrados nos processos com uma recuperao trmica com baixa eficincia e baixo ndice de recuperao, com os resultados obtidos no processo produtivo aqui estudado, em que se usa a recuperao trmica. Outro objetivo especfico deste trabalho o estudo da reduo de custos que a recuperao trmica da areia resinada ir trazer ao diminuir os custos com os descartes propriamente ditos e com a reposio de areia (nova areia a ser adicionada), alm dos custos com os seus respectivos transportes. Mesmo sem a recuperao trmica, o limitante do grau de reutilizao da areia resinada exatamente o incio do surgimento de problemas de qualidade decorrentes da alterao das caractersticas da areia moldada, resultante do acmulo dos componentes da resina a cada reutilizao. Com a recuperao trmica, essas caractersticas retornam aos padres estabelecidos e, consequentemente, a qualidade dos produtos gerados no processo ficar garantida. Por essa razo, observa-se o aumento do grau da qualidade dos produtos quando se faz a recuperao trmica da areia. Esta dissertao est organizada em cinco captulos, incluindo este. No captulo 2, apresentada a reviso bibliogrfica. No captulo 3, feita a caracterizao do problema industrial, foco deste trabalho, a apresentao do panorama mundial e brasileiro do mercado de fundio e a descrio do processo de fundio. No captulo 4, so apresentados os insumos, os resduos da indstria de fundio, os respectivos impactos ambientais relacionados, os mtodos de tratamento utilizados na regenerao da areia de fundio, a apresentao de alternativas de uso da areia de fundio, bem como processos alternativos diversos, os resultados do balano de massa e as discusses dos mesmos. No captulo 5, so apresentadas as concluses e as principais sugestes para trabalhos futuros.

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CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICAA evoluo dos mtodos de fabricao est diretamente ligada rea ambiental, mais precisamente aos problemas ambientais. At a Revoluo Industrial, os impactos ambientais eram basicamente devido extrao dos recursos naturais necessrios para a matria-prima dos produtos fabricados artesanalmente. A partir da Revoluo Industrial, alm da matria-prima consumida, comearam a surgir os resduos dos processos produtivos. As principais causas eram e continuam sendo embora em menor proporo: a baixa efincia dos processos, os disperdcios, a falta de preocupao com reduo de consumo de matria-prima e demais recursos utilizados na fabricao e a baixa qualidade dos produtos produzidos, gerando assim um grande ndice de sucateamento. Segundo Moura (2000, p. 1), o homem sempre utilizou os recursos minerais do planeta e gerou resduo com baixssimo nvel de preocupao: os recursos eram abundantes e a natureza aceitava sem reclamar os despejos realizados, j que o enfoque sempre foi diluir e dispersar. Esta afirmao nos faz perceber como homem sempre utilizou recursos e gerou resduos sem preocupao com os efeitos futuros. Com o passar do tempo, comearam a surgir problemas e alguns acidentes comearam a sinalizar os efeitos colaterais da alterao do meio ambiente realizada pelo homem. Conforme Moura (2000, p. 1), foi a partir da dcada de 60 que comeou a mudar a situao. Alguns recursos passaram a ser mais valorizados com o aumento da populao e do consumo, visualizando-se o seu esgotamento futuro. Com o passar dos anos, constatou-se que o meio ambiente comeava a sentir as dcadas de agresses. Percebeu-se que se algo no fosse feito as consequncias seriam desastrosas. Ainda de acordo com Moura (2000), acidentes ocorridos nas dcadas de 60 e 70 como, por exemplo, a contaminao da Baa de Minamata no Japo contriburam para conscientizao sobre a questo ambiental. Em 1972 houve a Conferncia das Naes Unidas para o Meio Ambiente em Estocolmo, com participao de 113 pases. Nessa conferncia houve uma diviso entre pases ricos e pobres, sendo que os pases ricos defendiam controles rgidos, e os pases pobres interpretavam estes controles como sendo um problema para seu desenvolvimento.

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Na dcada de 70, surgiu o conceito de desenvolvimento sustentvel, bem como, em 1978 na Alemanha, o selo ecolgico chamado Anjo azul (Blauer Engel), com o qual os produtos ambientalmente corretos eram rotulados. Nessa dcada tambm, a Environmental Protection Agency - EPA iniciou nos Estados Unidos a exigncia do estudo de impacto ambiental para aprovao de um novo empreendimento. Segundo foi definido pela Comisso Mundial de Meio Ambiente e Desenvolvimento (1987), desenvolvimento sustentavel o desenvolvimento que atende as necessidades da gerao presente, sem o comprometimento das possibilidades de as geraes futuras em atenderem as suas necessidades. Verifica-se que durante dcadas e at sculos as agresses ao meio ambiente aconteceram sem que houvesse nenhuma preocupao com o futuro. Depois de vrios acidentes, tendo como vtimas as pessoas, os animais e o meio ambiente, comeou a surgir uma inquietao sobre a existncia futura. Estudos demonstram que deveria haver uma preocupao maior, pois a velocidade necessria para reduzir o consumo de matria-prima e a gerao de resduos poder no ser suficiente, haja vista a afirmao de Graedel e Allenby (1995), que definem o impacto ambiental total como sendo um produto de trs termos: populao da terra x padro de vida material per capita x eficincia ambiental. Tem-se observado o aumento da populao mundial, bem como a elevao do padro de vida material. Assim, a varivel capaz de reduzir o impacto ambiental a melhoria da eficincia ambiental, ou seja, o investimento em pesquisa e tecnologia para diminuir o impactos ambientais. Uma outra oportunidade de reduo dos impactos ambientais a conscientizao sobre o consumo capitalista, ou seja, o consumo sem a real necessidade, baseado apenas no marketing e no status. Nesse sentido, Marinho e Kiperstok (2000) afirmam que existe a necessidade de uma resposta mais eficaz ao problema do impacto ambiental e que o processo produtivo vem priorizando aes que visam minimizao da gerao de resduos, em vez de apenas trat-los para disposio no meio ambiente. Cada vez mais os impactos ambientais provocados pelo homem vm gerando resposta de adaptao do meio ambiente situao atual. Caso no sejam tomadas aes de diminuio dos impactos ambientais, os problemas hoje enfrentados tendem a crescer. Aes apenas de tratamento de resduos no so mais eficazes para a atual situao. Conforme citado por Marinho (2001), entende-se por fim de tubo as tecnologias de controle da poluio (tratamento de resduos slidos, efluentes lquidos e emisses atmosfricas) utilizadas ao final dos processos produtivos para atender exigncias legais. O 5

conceito de fim de tubo, ou seja, tratar o resduo em vez de prevenir a sua gerao ainda aceito pela legislao, que mostra apenas pequenos avanos nesse sentido. A reduo dos custos de produo e o potencial retorno financeiro com a reciclagem de produtos tm fomentado o interesse na reduo do consumo de matria-prima em geral assim como o aumento da reutilizao de produtos anteriormente considerados lixo. Conforme lembra Peixoto (2003), um exemplo tpico o da reciclagem de embalagens, principalmente latas de alumnio e garrafas PET, as quais colaboram significativamente para a economia de energia e gerao de receita, melhorando o padro de vida de famlias de baixa renda. Verifica-se que quanto maior o valor agregado maior o interesse na reciclagem, como justamente o caso de latas de alumnio de bebidas em geral. Observa-se ainda que os altos custos para o tratamento dos resduos tm fomentado pesquisas em busca de tecnologias e mtodos produtivos preventivos. Alm dos custos, a presso do cliente demandando as empresas com viso ecologicamente correta tem ajudado nessa questo. Em alguns casos a preveno da poluio enfrenta desafios insuperveis para os dias atuais. Um exemplo a poluio em locais com alta densidade populacional. Pases como a China enfrentam problemas tais como: poluio atmosfrica, escassez de gua etc., que chegam a ser considerados problemas de sade pblica. Nesse caso, a soluo ainda mais complicada por este ser um pas com grande crescimento econmico e, consequentemente, ter um grande consumo de matria-prima e de energia. Segundo Hao e Wang (2007), estima-se que as centrais eltricas so responsveis por cerca de 50% de emisses de SO2. Alterar este quadro uma tarefa complexa e de interesse mundial. Isso refora que tomar decises, realizar pesquisas e fazer investimentos pesados so aes necessrias para que possamos diminuir a emisso de poluentes e acelerar o processo de reduo de agresses ao meio ambiente. No meio industrial os desafios no so diferentes. Segundo Fatta e outros (2004), os processos industriais ainda representam uma parte considervel da total da poluio. Portanto, de suma importncia reduzir esses impactos ambientais. A legislao dos pases mais desenvolvidos tem sido cada vez mais rigorosa quanto agresso ao meio ambiente. A Unio Europia, por exemplo, tem um conjunto de regras comuns em matria de licenciamento das instalaes industriais. A preveno da poluio tem sido o foco dessas regras e no a dependncia de aes de fim de tubo. Grupos de estudos tm

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sido criados para pesquisar alternativas tecnolgicas para prevenir a poluio em diferentes segmentos da indstria, incluindo a fundio. Segundo Fatta e outros (2004), durante as ltimas dcadas tm ocorrido significativas mudanas nos processos das indstrias, visando reduzir os impactos ambientais. No entanto, as aes tomadas at o momento so insuficientes para uma reduo aos nveis necessrios. De acordo com Peixoto (2003), Nos ltimos anos, a indstria de fundio foi profundamente afetada devido ao impacto das novas regulamentaes ambientais, elaboradas para as emisses lquidas, slidas e gasosas, leis que contriburam para o declnio do nmero de fundies domsticas e reduziram a lucratividade das sobreviventes.. Esta mudana no mercado ocorreu devido aos custos advindos das exigncias das novas leis ambientais. Isso consequentemente fora a realizao de pesquisas e investimentos visando reduo do consumo de matria-prima e, principalmente, do descarte de produtos perigosos, operao de custo mais elevado. Ainda segundo Peixoto (2003), O termo areia ligada quimicamente aplica-se a uma grande variedade de matrias-primas de moldagem e macharia que utilizam ligantes orgnicos (tais como resinas furnicas, fenlicas, uretnicas) inorgnicos (como silicato de sdio e o cimento portland) e mistos (como resinas fenlicas alcalinas), sendo empregados na maioria das fundies. Existem diversos meios de prover areia a resistncia mecnica necessria, ou seja, ser o agente aglomerante da areia para possibilitar a confeco dos moldes e machos de fundio. O foco desta dissertao a areia ligada quimicamente por meio de resina fenlica uretnica. De acordo com Scheunemann (2005), a areia contaminada com resina fenlica, gerada na desmoldagem dos componentes fundidos nas indstrias de fundio, atualmente um grave problema ambiental, exigindo grandes investimentos para haver mudanas que levem melhoria da eficincia ambiental no setor. Nas empresas de pequeno e mdio porte, o principal limitante para que essas mudanas ocorram o investimento de valores significativos no processo produtivo, mas nas fundies de grande porte possvel observar respostas mais rpidas no que se refere a mudanas estratgicas. Conforme Koyuncu e Demirbas (2006), a classificao do resduo, ou seja, do nvel de toxicidade da areia de fundio, depende de alguns fatores, tais como: a liga fundida, o processo de moldagem e o tipo de aglomerante utilizado. Independentemente desses fatores, o reso da areia uma das alternativas a ser utilizada. A aplicao das areias de fundio na construo de aterros, taludes e caladas e o seu uso como aditivo em materiais como 7

cimento, por exemplo, so economicamente interessantes, pois levam economia no custo de descarte do resduo gerado e diminuio das presses dos rgos ambientais, as quais tendem a aumentar. Entretanto, essas opes para se reutilizar a areia descartada no constituem uma ao preventiva, alm de haver a necessidade de reposio da quantidade da areia que se destinou a essas aplicaes. Em vrios segmentos, empresas que utilizam componentes fundidos como matriaprima tambm tm utilizado as ferramentas de gesto para forar as fundies a aumentarem sua preocupao com o meio ambiente. Uma dessas ferramentas de gesto tem sido exigncia de um sistema de gesto ambiental certificado, conforme norma ISO 14001, que deve ser certificada por um rgo independente e reconhecido. Segundo Prosanto (2008), grande parte das fundies na ndia, assim como no Brasil, constituda de empresas de pequeno porte e possui pouca tecnologia incorporada ao processo de fabricao. Tambm no existe um intercmbio de informaes entre essas empresas para o compartilhamento de experincias e tecnologias bem-sucedidas. Hoje se pode observar que, tanto no segmento de fundio quanto nos demais segmentos produtivos, as questes ambientais deixaram de ser um ponto negativo, contra o prprio negcio, e passaram a ser uma ferramenta de reduo de custos e um ponto positivo para a marca do produto. A questo ambiental s pode ser avaliada de forma completa se for considerada tambm a questo econmica. Segundo Pearce (1993), as avaliaes ambientais no estariam completas sem uma valorao econmica. Por este motivo a questo ambiental tem se tornado uma questo estratgica em grandes organizaes. De acordo com Porter e Van der Linde (1995), as empresas devem aprender a visualizar o benefcio ambiental em termos de produtividade dos recursos. A gerao de resduos e o consumo elevado de recursos naturais devem ser considerados como ineficincia do processo e quase sempre uma forma de desperdcio. Segundo Bonet (2002), A indstria da fundio conhecida como altamente poluidora, talvez, pelo fato de ser confundida com o setor siderrgico, ou tambm pelo fato de em dcadas anteriores, despejarem seus poluentes na atmosfera, atravs dos seus fornos de fuso. Hoje, o grande problema das empresas de fundio so os seus resduos slidos, constitudos dos excedentes das areias usadas na confeco dos moldes e machos. Os grandes volumes de resduos bem como os impactos ambientais gerados por esses resduos

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tornam a fundio uma grande fonte de poluio, considerando que essa atividade utiliza insumos perigosos. Ainda segundo Bonet (2002), A disposio dos resduos de areias de fundio em aterros industriais, quando no monitorado, gera um srio problema ambiental, devido ao volume produzido. Alm disso, acarreta um problema adicional, pois os rgos e regulamentos ambientais esto obrigando as empresas a destinarem seus resduos em aterros cada vez mais distantes do local gerado, aumentando consideravelmente os custos envolvidos. Quando o processo produtivo de uma fundio no possui o recurso de uma recuperao trmica, ou possui equipamentos com baixo rendimento ou capacidade, ocorre a gerao de uma grande quantidade de resduos slidos, provocando um grande problema ambiental e econmico, devido necessidade de descarte fora dos grandes centros, por imposio dos rgos ambientais. Nesse segmento, entre muito outros, a tecnologia fim de tubo acaba se tornando quase que invivel em todos os sentidos. Segundo Dantas (2003), a indstria de fundio apesar de consumir sucatas metlicas como matria-prima, gera grandes volumes de resduos slidos de areia resinada. Apesar de a grande maioria da matria-prima utilizada pela fundio ser proveniente de materiais reciclveis, o que diminui os resduos metlicos, os volumes gerados de areia com resina tornam o processo ineficiente. Esta afirmao refere-se grande quantidade de areia para confeco dos moldes e machos, com produtos qumicos poluidores e perigosos. Dentre os produtos qumicos usados para a preparao dos moldes e dos machos, est um ligante qumico que misturado areia. Segundo Peixoto (2003), o Brasil produziu, em 1998, aproximadamente 1,7 milho de toneladas de fundidos e utilizou entre 6 e 7 milhes de toneladas de areia para confeccionar seus moldes e machos. Um volume de 5 a 6 milhes de toneladas foi reciclado no processo e cerca de 1 milho de toneladas foram descartadas. Dependendo da eficincia do processo de fundio, da tecnologia empregada na reciclagem, do tipo de areia e de aglomerante utilizados, estes nmeros podem variar significantemente para mais ou para menos. O processo de fundio pode ter sua eficincia melhorada na etapa de vazamento, se estiver previsto o uso de uma quantidade menor de areia. Essa medida preventiva, adotada ainda na fase de projeto, ir reduzir o consumo de areia, a quantidade de metal vazado e o volume de resina misturado areia. A retirada de areia de rios e cavas causa grande impactos ambientais; alm disso, a areia considerada um bem no renovvel. Segundo King e Eketi (1997), a retirada de areia em escavaes altera vrios parmetros fsico-qumicos, tais como 9

aumento dos nveis de slidos suspensos, a condutividade, a dureza total, o oxignio dissolvido, e interfere em outros fatores que mudam e destroem o ecossistema existente. O setor de fundio utiliza materiais de sucatas e, consequentemente, tem um importante papel na reciclagem. Por outro lado, as fundies tm um elevado potencial de agresso ao meio ambiente, mesmo aquelas que fizeram investimentos e em que tecnologias de reduo de emisses de resduos tenham sido empregadas. Em grande parte das fundies, a areia utilizada no processo, misturada com resina, no recuperada, ou recuperada em quantidade pequena. Com isso, parte da areia aps uso descartada, contendo uma resina que traz impactos ambientais e os aumenta os custos de produo devido ao descarte. Conforme a Associao Brasileira de Fundio - ABIFA (2006), o Brasil gera quase dois milhes de toneladas anuais, sendo aproximadamente trs quartos do total de resduos gerados pela indstria de fundio. Desse modo, pode-se afirmar que o maior volume de resduos gerados por uma fundio corresponde areia utilizada. Os dados quantitativos e qualitativos diferenciam-se em razo das peculiaridades de cada processo. A areia utilizada na fundio um grave problema ambiental para o Brasil, uma vez que o pas um dos mais importantes fornecedores de componentes fundidos, e, em muitas situaes, para diminuir os custos, o descarte dessa areia realizado em locais em desacordo com a legislao.

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CAPTULO 3 CARACTERIZAO DO PROBLEMAA empresa escolhida para este estudo foi implantada na Bahia em 2003 aps um planejamento estratgico. Possui duas unidades fabris, uma unidade de fundio e uma unidade de produo de vlvulas, em 14.000 m de rea construda num terreno de 101 mil m e um escritrio comercial em So Paulo SP. A falta de investimentos nas indstrias instaladas no Brasil ao longo do tempo resultou em equipamentos obsoletos, alto grau de falhas internas e externas, escassez de bons fornecedores de peas fundidas e vlvulas industriais e um deficiente atendimento a clientes de projeo mundial. Assim, as empresas brasileiras mostravam um distanciamento tecnolgico em relao aos concorrentes estrangeiros. No entanto, a perspectiva de um grande volume de investimentos no setor de petrleo, petroqumico e em vrios outros segmentos da economia levou os scios acionistas a elaborarem o projeto da empresa aqui em foco. A sua unidade fundio, com capacidade para fundir at 1000 toneladas/ms, possui uma planta industrial com processo produtivo automatizado, que permite uma grande produtividade, com os mais rgidos controles da qualidade.

Figura 1 - Vista da fundio

Figura 2 - Forno de induo

A unidade de produo de vlvulas dispe de um processo produtivo verticalizado, em que desenvolve os projetos de engenharia, confecciona os modelos, constri os dispositivos para usinagem, tudo internamente e de forma integrada, com fundio prpria e usinagem automatizada. A empresa projeta e produz vlvulas para os mercados de petrleo, petroqumico, qumico, papel e celulose, lcool e acar, siderrgico, minerao, cogerao de gs, engenharia e indstrias em geral. 11

Figura 3 - Vista da fbrica

Figura 4 - Centros de usinagem

A empresa possui seu sistema de gesto da qualidade certificado conforme ISO 9001:2000, estando em processo inicial de implantao do sistema de gesto ambiental integrado conforme ISO 14001. Apesar de a organizao em questo ter duas unidades de negcios distintas (fundio e produo de vlvulas), o foco desta pesquisa somente o processo de fundio. A escolha desse tema ocorreu aps um estudo inicial que demonstrou que o impacto ambiental da produo de vlvulas menor que o da fundio, pois o nico resduo (efluente lquido) com volume significante gerado na fabricao de vlvulas leo solvel (aproximadamente 5% de leo e 95% de gua), mas em um volume que no ultrapassa 20m3 por ano. Alm disso, existem processos que permitem a separao da gua e leo. Devido complexidade do assunto, os impactos ambientais de um processo de fundio tm sido alvo de vrios estudos, tais como: incorporao de areia de fundio em massa asfltica, de Bonet (2002); reutilizao da areia preta de fundio na construo civil, de Bonin (1994), regenerao de areia de fundio atravs de tratamento qumico via processo Fenton, de Scheunemann (2005); estudo para minimizao e reaproveitamento de resduos slidos de fundio, de Okida (2006); entre outros. O grande impacto ambiental devido ao uso de produtos qumicos com fenis e o grande volume dos resduos slidos gerados pela necessidade frequente de retirar areia resinada do processo de fundio constituram a motivao principal para esta dissertao. A produo mundial de fundidos est prxima a 67 milhes de toneladas/ano, segundo Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social - BNDES (2008). A indstria de fundio no Brasil tem posio de destaque no cenrio mundial de produo fundidos, estando entre os 10 maiores produtores mundiais (8 lugar), conforme pode ser observado na figura 5.

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P r o d u o M u n d ia l d e F u n d id o s - 1 9 9 47 0 .0 0 0 .0 0 0 6 0 .0 0 0 .0 0 0 5 0 .0 0 0 .0 0 0 4 0 .0 0 0 .0 0 0 3 0 .0 0 0 .0 0 0 2 0 .0 0 0 .0 0 0 1 0 .0 0 0 .0 0 0 0CEI Chin a ndia Itlia Al em anha J ap o Br as il F ra n a T aiw O utro T ota l EUA an s

Toneladas

P a se s

Figura 5 - Grfico da produo mundial de fundidos 1994 Considerando sua participao no mercado mundial, isto representa em torno de 2,7% do volume de produo no mundo, conforme pode ser observado na figura 6.

Participao Mundial na produo de fundidos - 1994Taiwan 2,32% Outros 14,41% EUA 19,88%

Itlia 2,36% Brasil 2,65% Frana 3,40%

CEI 17,45% China 17,42%

ndia 4,31% Alemanha Japo 5,72% 10,10%

Figura 6 - Grfico de participao mundial na produo de fundidos 1994 Conforme Associao Brasileira de Fundio - ABIFA (2006), a indstria de fundio nacional emprega cerca de 42.000 trabalhadores em cerca de 1000 empresas. Apesar de o setor de fundio ter um papel importante no Brasil, do ponto de vista de gerao de emprego, o segmento constitudo de pequenas empresas que cresceram de forma desordenada e sem planejamento, principalmente nas questes ambientais. As empresas de grande porte, em que o planejamento estratgico j engloba a questo ambiental, constituem uma minoria. As fundies no Brasil utilizam mo de obra no especializada no setor produtivo e pessoal altamente especializado nos setores tcnicos. Um dos fatores da evoluo do setor o baixo custo em recursos fundamentais para este tipo de indstria, ou seja, mo de obra, 13

energia eltrica e matria-prima (sucata), alm da cobrana pouco significativa nos aspectos ambientais. Conforme mostrado na figura 7, o Brasil tem algumas regies de destaque na produo nacional de fundidos. O estado de So Paulo concentra a maior parte das empresas de fundio, devido maior presena de indstrias que utilizam os componentes fundidos como matria-prima. J o estado de Minas Gerais detm uma grande quantidade de fundies, concentrando ali um importante polo de desenvolvimento e treinamento na rea, tendo consequentemente uma grande quantidade de pessoas especializadas na rea tcnica. A regio Sul possui tambm grande importncia no setor, principalmente o estado de Santa Catarina, com as maiores empresas do segmento e grande representao na rea de pesquisa e desenvolvimento. O estado do Rio de Janeiro tem uma representao menor no segmento, e a regio Norte/Nordeste possui uma representao pouco importante para o cenrio nacional.

Produo Fundidos no Brasil por regio - 1995RJ 8,13% Sul 20,71% Norte/Nordeste 1,40%

SP 39,52%

Centro/MG 30,25%

Figura 7 - Grfico de produo de fundidos no Brasil por regio 1995 Segundo o IEL-MG/SIFUMG (2003), ocorreu um pequeno aumento da produo entre os anos de 1993 e 1994. Isso pode ser observado na figura 8. De 1995 a 2002, a variao da produo foi pouco representativa na capacidade instalada, girando em torno de 1,8 milho de tonelada/ano. Esta variao de produo entre os anos de 1995 at 2000 ocorreu devido a oscilaes normais de produo. Conforme o Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social - BNDES (2008), o volume de produo em 1994 propiciou uma receita de US$ 2,7 bilhes. O quadro de estabilidade do volume de produo pode ser confirmado comparando-se o faturamento de US$ 2,5 bilhes em 2006 com o de 1994, de acordo com a Associao Brasileira de Fundio - ABIFA (2006). 14

Produo Fundidos no Brasil - 1990 a 2002 2000 tonelada x 1000 1500 1000 500 0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Ano

Figura 8 - Grfico de produo de fundidos no Brasil de 1990 a 2002 Para se entender melhor a demanda de fundidos necessrio verificar a participao por tipo de liga nesse tipo de produo. De acordo com a figura 9, verifica-se que a grande demanda de liga a de ferro fundido, segundo o BNDES (2008). O consumo de ferro fundido representa 86% do total produzido, seguido de 7% de alumnio. J a produo nacional de fundidos de ao, que o foco desta dissertao, fica em 5%. importante frisar que para cada tipo de liga produzida as matrias-primas e processos de fundio mudam; consequentemente os impactos ambientais tambm so diferentes.

Participao produo fundidos no Brasil por tipo de liga 2001Aluminio 7% Ao 5% Cobre 1% Outros 1%

Ferro 86%

Figura 9 - Grfico de produo de fundidos no Brasil por tipo de liga 2001 No Brasil, verifica-se que o grande consumidor de fundidos o setor automotivo, quase 50% da produo nacional. Os demais segmentos importantes para o setor de fundio so: mecnico, exportao e siderrgico, conforme mostra a figura 10.

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Distribuio setoria de fundidos no Brasil - 1995Outros 10% Automotivo 49%

Mecanicos 11%

Infra-estrutura 4%

Exportao 12% Siderurgico 14%

Figura 10 - Grfico de distribuio setorial de fundidos no Brasil 1995 3.1 O Processo de fundio Para se entender o problema-tema preciso primeiramente conhecer o processo de fundio. A sua principal vantagem fornecer componentes com formas e dimenses o mais prximo possvel das requeridas, diminuindo assim o tempo em processos posteriores, como por exemplo, na usinagem, consequentemente diminui os custos de fabricao, mantendo caractersticas tcnicas. As caractersticas de componentes fundidos esto muito prximas de materiais similares obtidos por meio de processos de fabricao diferentes (forjados, laminados etc.), em que os tempos de usinagem normalmente so muitos maiores, gerando, portanto, custos que inexistem nos componentes fundidos. Por esses motivos, a utilizao de componentes fundidos, na maioria dos casos, tem muitas vantagens quando comparada de componentes oriundos de outros processos de fabricao. Os fluxogramas nas figuras 11 e 12 mostram, de forma resumida, o processo de fundio, indicando o caminho da utilizao da areia/resina. Segundo Lopes e Estrela (2003), o processo inicial a construo do ferramental (modelo/caixa macho), no qual reproduzida a geometria/dimenses do componente em questo. O modelo, dividido em 2 partes iguais (bipartido), copia a forma externa da pea. J a caixa de macho copia a parte interna oca (furos, passagens etc.). So confeccionadas duas caixas com areia (moldagem) para que o formato da pea possa ser copiado, cada metade uma caixa, conforme figura 13. Por este motivo o modelo deve ser bipartido. Quando feita a unio das duas caixas, obtm-se o desenho da pea. Para obteno dos furos, deve ser feito o macho na caixa de macho, por meio do preenchimento desta caixa com areia. O macho deve ser colocado entre as duas caixas de areia que compem o modelo, nas quais h locais especficos para a sua colocao.

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ModeloMistura Areia/Resina

Retorno da areia resinada Sem a recuperao

Cliente

Expedio

Moldagem Macharia

Jateamento

Fuso Vazamento

Acabamento

Desmoldagem

Corte Canais

Tratamento Trmico

Figura 11 - Fluxo resumido do processo de fundio - sem recuperao da areia

Retorno da areia com resina Com a recuperao

Modelo Objeto da DissertaoMistura Areia/Resina

Cliente

Expedio

Moldagem Macharia

Processo de recuperao

Jateamento

Fuso Vazamento

Acabamento

Desmoldagem

Corte Canais

Tratamento Trmico

Figura 12 - Fluxo resumido do processo de fundio, com recuperao da areia

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Figura 13 - Esquema explicativo de modelo/caixa de machoFonte: Lopes e Estrela (2003).

areia utilizada nesta moldagem (o negativo do componente) adicionada uma resina para que se obtenha a resistncia mecnica necessria ao molde. O prximo passo o derramamento do ao em estado lquido no molde, onde os espaos vazios so preenchidos. Aps o resfriamento do ao (estado slido), o componente fundido reproduz a geometria do modelo/macho. Os moldes so, ento, quebrados; sendo os pedaos triturados para retorno ao sistema de areia. Depois, os canais de alimentao (no qual o metal lquido distribudo ao componente) so cortados, e o tratamento trmico, acabamento e jateamento so realizados. Agora o componente fundido est pronto para inspeo e entrega. Durante o processo de fundio existem vrios impactos ambientais e vrios resduos so gerados, mas o problema em foco neste estudo est na areia e na resina utilizadas durante o processo. Esses componentes provocam o maior impacto ambiental e o maior volume de resduo gerado. A areia tem o objetivo de reproduzir a geometria do modelo/caixa de macho e a resina o de aumentar a resistncia mecnica do molde. Outros componentes utilizados no processo, como a tinta refratria pro exemplo, tambm so considerados. Aps a moldagem, o vazamento e a quebra do molde, a areia resinada triturada e retorna ao misturador contnuo. Neste ponto comea o problema: a resina que foi adicionada no uso anterior se mantm agregada aos gros de areia. Alm disso, para que essa areia seja 18

reutilizada, necessrio se adicionar mais resina, o que vai alterar as suas caractersticas tcnicas e impossibilitar o seu reso de forma contnua. Na hora do vazamento do ao no molde com areia reutilizada (com alto teor de resina), a areia resinada reage com metal em estado lquido (aproximadamente a 1680C) formando defeitos inaceitveis nos componentes fundidos. A soluo nesse caso retirar uma grande quantidade de areia resinada do sistema e acrescentar a mesma quantidade de areia nova. A areia retirada contm resina, tinta refratria, areia de crmita e outros componentes. Este o fluxo apresentado no processo de fundio sem recuperao da areia ilustrado na figura 11. Uma alternativa para evitar o desperdcio de areia o uso de um equipamento que permita a queima da resina, fazendo-a retornar ao estado inicial (sem a resina), conforme o fluxo apresentado do processo de fundio com recuperao da areia, na figura 12. Tal equipamento, chamado calcinador, eleva a temperatura da areia e volatiliza a resina que est agregada aos seus gros. Entretanto, o uso desse equipamento tambm traz alguns impactos ambientais, tais como: a) Consumo de energia (eltrica, gs, diesel etc.); b) Gerao de gases provenientes da queima da resina contida na areia e c) Troca de calor com o meio ambiente. 3.2 Descrio do processo produtivo

3.2.1 Etapas do processo produtivo A figura 14 representa uma viso macro do fluxo do processo de fundio de ao. Cada etapa descrita a seguir: 3.2.2 Confeco do ferramental A confeco dos ferramentais dividida em duas partes: o modelo, que tem por objetivo reproduzir a forma geomtrica externa no molde de areia resinada do componente a ser fabricado, e a caixa de macho, que tem por objetivo reproduzir a forma geomtrica externa do macho para que o metal lquido reproduza apenas a rea vazia dentro do molde j fechado. Essa diviso tem por objetivo permitir a extrao de um molde de macho para as caixas de macho e permitir que se obtenha o fechamento perfeito dos modelos com o macho no seu interior. Uma caracterstica importante que o modelo/caixa de macho deve considerar as 19

medidas dimensionais com a respectiva contrao do material no estado lquido e depois no estado slido. Os modelos e caixas de macho so confeccionados separadamente.

Programa PCP

Confeco Ferramental

Descarte N

Preparao Ferramental

Verificao

S

Moldagem\Macharia

Desmoldagem

Fuso Vazamento

Fechamento

Separao

Cliente

Corte dos canais

Expedio Almoxarifado S

Inspeo

N

Tratamento de No conformidade

N

Inspeo final

S Rebarbao Tratamento Trmico Jateamento

Figura 14 - Macro fluxo do processo de fundio de ao

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O modelo/caixa de macho confeccionado de forma praticamente artesanal, sendo que os profissionais que fabricam os mesmos so, normalmente, pessoas especializadas nesse tipo de tarefa.

Modelo

Caixa de macho

Figura 15 - Exemplos de modelos e caixas de machos

3.2.3 Preparao do ferramental Esta fase visa definir os processos de fundio, em que so calculadas as dimenses dos canais de descida (local onde o metal lquido desce dentro do molde), os canais de ataque (local por onde o metal lquido entra para ocupar os espaos a serem preenchidos no molde) e outros detalhes que tm por objetivo evitar problemas e defeitos. Esta fase de suma importncia para que a qualidade do produto seja garantida.

3.2.4 Moldagem/Macharia Esta fase tem por objetivo fazer a fabricao dos moldes: (superior e inferior) lembrando que o modelo dividido em duas partes e tambm confeccionar o macho (parte oca da pea). realizado o enchimento do molde, momento em que se reproduz a geometria da pea, o que servir como negativo para a sua reproduo. Como pode ser visto na figura 16, o modelo disposto dentro de uma caixa que proporciona a capacidade de realizar o enchimento com areia resinada.

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Figura 16 - Modelo em caixa A figura 17 mostra o processo de enchimento da caixa com o respectivo modelo.

Figura 17 - Fabricao do molde O enchimento mostrado na figura 17 realizado com areia e resina, o que permite que o molde tenha a resistncia mecnica necessria. Com o destacamento do modelo tem-se a transferncia da geometria do modelo para o molde, conforme mostrado na figura 18.

Modelo

Molde

Figura 18 - Molde e modelo (momento do destacamento) 22

Aps o destacamento e a cura a frio do molde, realizada a sua pintura (figura 19) com tinta base de zirconita. Essa tinta que estar em contato com o metal lquido tem como caracterstica o ponto de fuso maior que o do metal, evitando assim problemas de sinterizao.

Figura 19 - Pintura do molde

Neste ponto comea a fase de fechamento do molde. As partes inferiores e superiores do molde so coladas, o macho colocado entre as mesmas, ficando assim uma parte vazia que ser preenchida pelo metal lquido, conforme a figura 20.

Figura 20 - Molde e macho no momento do fechamento Aps a montagem, o molde enviado para a fuso.

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3.2.5 Fuso e Vazamento Aps a fuso do material (sucata) so feitas inspees da composio qumica e adicionados elementos de ligas (C, Cr, Ni, Mo etc.) para corrigir a carga, de maneira a atender especificao de normas. Aps a constatao da conformidade da composio qumica com as normas aplicveis, realizado o vazamento no molde e o componente fundido propriamente dito fabricado. As figuras 21 e 22 ilustram esta fase do processo.

Figura 21 - Fuso material proveniente de sucata e ligas para atender s especificaes

Figura 22 - Vazamento do metal lquido no molde 3.2.6 Desmoldagem Aps o resfriamento - que para peas maiores pode durar alguns dias -, a pea entra no processo de desmoldagem. Este processo consiste em quebrar o molde a fim de retirar o componente fundido, ainda no estado bruto (ver figura 23).

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Figura 23 - Desmoldagem Aps a desmoldagem, comea o processo de recuperao mecnica da areia resinada.

3.2.7 Acabamento Nesta fase do processo, os canais so cortados e so realizados acabamentos atravs de rebolos rotativos e de outras ferramentas que visam melhorar o aspecto visual, conforme normas de comparao atravs de fotos.

3.2.8 Tratamento trmico Para que a estrutura do material fique conforme a sua especificao, os componentes tm que passar por um tratamento trmico. Este tratamento, que tem por objetivo melhorar a resistncia mecnica e corrosiva dos materiais, definido atravs de velocidade de aquecimento, tempo e temperatura do patamar e velocidade de resfriamento.

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CAPTULO 4 INSUMOS E RESDUOS DO PROCESSO E SEUS IMPACTOS AMBIENTAIS4.1 Principais insumos da fundio No processo de moldagem so utilizados os seguintes materiais e insumos: areia-base, areia de cromita, resina fenlica, tinta a base de zirconita e gs natural. No processo de recuperao trmica: gua (para o processo de resfriamento da recuperao). A seguir, analisam-se os consumos de cada um dos materiais e insumos, suas taxas de aproveitamento, os impactos ambientais gerados e os balanos de massas. a) Areia-base Conforme Fernandes (2004), a areia de fundio pode ser definida como um insumo, constitudo de areia-base, aglomerante ou ligante qumico e agente de cura, utilizado para a fabricao dos moldes O objetivo principal da mistura da areia com a resina e os demais componentes reproduzir as geometrias e dimenses do ferramental (modelo e caixa de macho), considerando suas respectivas contraes, e obter a resistncia mecnica necessria para suportar os esforos do metal lquido no momento do vazamento e durante a solidificao da pea. A areia-base e os demais componentes adicionados influenciam diretamente na qualidade final de uma areia de fundio e na qualidade da pea fundida. A areia possui caractersticas de refratariedade, variando com o tipo de areia-base. A areia o componente com maior volume na mistura preparada, chegando a 98%, mas no tem a caracterstica de aglutinao. Desse modo, necessrio fazer a adio de resinas para dar mistura a resistncia mecnica suficiente. Devido ao seu custo e s suas caractersticas, a areia-base mais utilizada nesse processo a slica, que deve possuir no mnimo 99% de SiO2. Algumas caractersticas devem ser levadas em considerao para um processo controlado, tais como: impurezas, temperatura/umidade, potencial de hidrognio (pH), forma do gro, granulometria, teor de finos etc.

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b) Tipos de areia-base Segundo Fernandes (2004), a areia-base utilizada no processo de fundio constituda de gros de tamanhos entre 0,05 mm e 2 mm, que so peneirados para separao de acordo com seu tamanho. No Brasil essa areia-base retirada principalmente de leitos de rios. A areia-base pode ser encontrada contaminada com argilas e materiais alcalinos, que podem alterar suas caractersticas. So utilizados diversos tipos de areia, tais como: slica, cromita, zirconita olivina e chamote. A escolha depende do processo de moldagem, da caracterstica que se espera da areia e do tipo de material a ser fundido. Seguem abaixo as principais consideraes sobre areia de slica que, alm de ser a mais utilizada por questes de custos, tambm o foco deste estudo. c) Areia-base slica (xido de Silcio - SiO2) Neste tpico, ainda conforme Fernandes (2004), pontos importantes sobre a areia base de slica so apresentados. A preferncia pela areia-base de slica para utilizao nos processos de moldagem devida ao baixo custo e facilidade de se encontrar este mineral e de extra-lo da natureza, pois o mesmo abundante na crosta terrestre. Muitas vezes o custo de transporte muito maior que o custo da areia base de slica. A caracterstica da slica definida conforme a formao geolgica e a jazida da qual extrada. A formao da areia de slica proveniente da desagregao de rochas, principalmente pelo intemperismo. A constituio da rocha, o tipo de intemperismo sofrido e a extrao definem caractersticas tais como: grau de pureza, constituio da areia etc. Os arenitos e quartzitos so as rochas que do origem s areias silicosas, que se transformam sob certas condies com o passar dos tempos geolgicos, originando os depsitos de areia ou as formaes de quartzitos e slex. A jazida de onde provm a areia determinante para a geometria dos gros. Jazidas de rios apresentam, geralmente, gros angulares, enquanto as areias de praia, submetidas a movimentos de grande amplitude, e as areias de desertos, expostas ao dos ventos, possuem gros mais arredondados. Quimicamente, a slica comporta-se como um cido muito fraco, pH em torno de 6; sendo praticamente insolvel em gua, no sofre ataque de cidos, exceto do fluordrico e do fosfrico. Solues alcalinas dissolvem a slica, que reage com os carbonatos alcalinos e 27

alcalino-terrosos. Seu pH influenciado pelo processo de beneficiamento. Normalmente encontrada em cavas com pouca profundidade, abaixo da vegetao. A areia de slica apresenta boas caractersticas para uso no processo de fundio e fabricao de vidros. O ndice de areia retirada de uma cava pode chegar a 85%, sendo demais componentes constitudos de argila e impurezas. No entanto, as impurezas encontradas na areia de slica no apresentam problemas no processo de fundio. Quando da extrao da slica em uma jazida, vrios subprodutos tambm so extrados, tais como: areia-base para uso em fundio de vrias granulometrias; areia para a indstria de vidro (gros menores que 1 mm); farinha de areia ou p de slica, com mdulos superiores a 325 AFS, para fabricao de abrasivos para indstria de cermica, tintas, pasta dental, cera de polimento etc. A extrao da areia das cavas ou minas realizada atravs de escavaes com equipamentos. Quanto maior a profundidade alcanada pelo equipamento na extrao da areia de slica, menor ser a concentrao de xido de ferro nessa areia, logo maior pureza. Quanto maior a profundidade, menor a concentrao de argila obtendo-se assim uma areia de colorao mais clara. Para retirada da argila, realizado um processo de lavagem dessa areia com gua e soda custica, o que provoca grandes impactos ambientais. O uso de soda custica na lavagem tem por objetivo auxiliar a separao das impurezas aderidas aos gros, fazendo com que os mesmos flutuem na gua utilizada para a lavagem. O processo de tratamento da areia-base, depois da extrao da mina, iniciado com a retirada do material da cava por escavadeiras e o transporte por caminhes. feito o peneiramento com uma malha de 1,4 a 1,8 milmetro, separando-se assim o material maior do que a malha da peneira, materiais orgnicos etc. O material peneirado misturado gua e bombeado para os silos, para o processo de lavagem para a sua separao por atrito. Neste ponto ocorre a adio da soda custica gua para melhorar a eficcia da lavagem de areia. A argila separada conduzida a uma lagoa para ocorrer a decantao e separao do lquido, que neste processo possui pH bsico. necessrio um tratamento da gua, que deve retornar ao rio de origem sem as impurezas oriundas do processo de beneficiamento da areia. A separao/classificao do tamanho dos gros feita em classificadores hidrogravimtricos que funcionam com gua e areia bombeada para um tanque. Os gros maiores tendem a decantar no fundo do tanque, enquanto os gros menores tendem a flutuar e sarem com a gua. A mistura de gua/areia que transborda do tanque enviada para outro

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tanque classificador para nova classificao pelo mesmo processo. No total so em torno de quatro classificadores. A areia com gua classificada ento enviada por bombeamento para um ptio onde ser armazenada para secagem. Podem ainda ser utilizados secadores, que podem ter como fonte calorfica leo BTE, gs ou lenha. No final do processo, a areia deve ter, no mximo, 0,2% de gua. Depois, ela armazenada em silos, onde fica estocada para a expedio. Vale observar que durante a lavagem e secagem pode ocorrer modificao no pH da areia. Na lavagem, o uso de soda custica ou silicato de sdio faz com que o pH da superfcie dos gros fique altamente bsico, sendo necessrio um enxgue eficaz dessa areia, com gua, para que o pH volte novamente prximo ao de uma areia-base nova. Durante a secagem, dependendo do material combustvel que tenha sido utilizado, poder ser liberado enxofre e, caso os teores estejam elevados, possvel que esse elemento se combine com a gua que est presente na areia, formando um cido, podendo provocar a acidez da superfcie do gro de areia-base. Pode-se encontrar a slica sob as formas anidras (sem gua), hidratada (silicatos) e coloidal (vidro). A slica no estado anidro (sem gua) na natureza pode ser encontrada em trs formas, com a mesma composio qumica, mas com arranjo fsico-cristalino diferente, sendo estes: quartzo (forma mais comum e de maior utilizao em fundio, estvel temperatura ambiente e de densidade aproximadamente igual a 2,65); tridimita (forma estvel temperatura de 867C) e cristobalita (forma estvel temperatura de 1.470 C). O quartzo a forma em que a slica utilizada, pois apresenta vantagens para uso em fundio, tais como: refratariedade (compatvel com a maioria das ligas utilizveis), baixo custo da matria-prima e formas e estruturas que conferem ao fundido um bom acabamento superficial. O aquecimento altera a estrutura do quartzo. temperatura ambiente, ele pode apresentar a estrutura rombodrica denominada quartzo estvel (quartzo baixo). Embora o aquecimento altere a sua estrutura, esta se mantm at a temperatura de 573C. Caso o aquecimento continue e ultrapasse a 573C, sua estrutura passa para a forma hexagonal chamada de quartzo estvel (quartzo alto). Esta estrutura hexagonal se mantm at a temperatura de 867C. Se o aquecimento prosseguir e chegar a temperaturas superiores a 867C, ocorrer outra transformao estrutural, formando-se ento uma nova estrutura chamada quartzo metaestvel (estrutura amorfa), que se mantm at a temperatura de 1.470 C. 29

Quando a estrutura quartzo estvel se modifica para estvel (a partir de 573C), ocorre aumento de volume nos gros de areia de 0,8%, havendo uma dilatao de 0,3%. Se essa temperatura no se alterar muito e no atingir valores superiores a 867C, quando a areia for resfriada, a expanso dos gros ser revertida, ocorrendo uma contrao equivalente dilatao sofrida com o aquecimento. A transformao do quartzo de estrutura de estvel para metaestvel irreversvel. Nesse caso, a dilatao sofrida pelo gro se mantm, mesmo ocorrendo o resfriamento da areia at a temperatura ambiente. Assim, a nova estrutura no sofrer mais dilataes se novamente aquecida, o que uma grande vantagem para vrias aplicaes da slica em fundio, pois previne efeitos relacionados dilatao dos gros de areia-base. A dilatao devido transformao da estrutura de estvel para estvel uma grande causadora de defeitos em moldes. Pelo fato de o ponto de fuso dos gros de areia-base ocorrer entre 1.650 e 1.750 C, h necessidade do uso da tinta base de zirconita, que possui um ponto de fuso maior, pois a temperatura de vazamento do metal lquido no molde ocorre na faixa de 1680 C. A areia de slica tem reaes qumicas com alguns metais de ligas de magnsio, o que no bom para a fundio, mas no reage, por exemplo, com o ferro, a menos que este esteja oxidado. Esta oxidao, que deve ser evitada, geralmente tem origem na gua presente no molde, que tem a funo de inchar a bentonita, liberando hidrognio (H) e oxignio (O). O oxignio livre no molde reage com a liga ferrosa quando o vazamento realizado, formando camadas de xidos no metal lquido a altas temperaturas. O xido de ferro formado escorifica a slica, formando um silicato de ferro de baixo ponto de fuso, o que facilita a penetrao do metal lquido entre os gros de areia provocando um acabamento superficial ruim do fundido.H2OGUA

+

FeFERRO (LIGA)

FeOXIDO FRRICO - WUSTITA

+

H2HIDROGNIO

FeOWUSTITA

+ SiO2 SLICA

2FeOSiO2 + ARGILAFAIALITA

SILICATOS DUPLOS (Al e Fe)PENETRAO QUMICA METALIZAO DA AREIA

FUSO 1500c

FUSO 1100 - 1200c

Figura 24 - Reao da areia a base de slica durante vazamentoFonte: Fernandes (2004).

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A composio qumica da areia de slica dada na tabela 1 Tabela 1 - Composio qumica de areia de slicaFonte: Fernandes (2004).

SiO2 Fe2O3 Al2O3 TiO2 ZnO3 CaO2 MgO Na2O K2O

99,65% 0,074% 0,11% 0,037% 0,009% 0,004% 0,004% 0,002% 0,00%

Quadro 1 - Caractersticas gerais da slicaFonte: Fernandes (2004).

Densidade aparente: Dilatao mdia at 1000C: Temperatura de fuso: Temperatura de sinterizao: d) Resina

1,70 1,50% 1.750C 1.350C a 1.450C

Segundo Scheunemann (2005), as primeiras resinas sintticas foram produzidas pela em 1912. Por suas caractersticas e aplicaes, se desenvolveram rapidamente, alcanando grande escala de utilizao. Hoje ocorrem muitas pesquisas para desenvolver novas resinas para melhorar o processo de fundio e diminuir os impactos ambientais. Segundo Peixoto (2003), existe no mercado uma gama considervel de elementos ligantes ou resinas orgnicas para a produo de moldes perdidos. Estas resinas devem prover areia caractersticas que permitam realizar o processo de fundio sem a ocorrncia de problemas. A maioria das resinas ligantes composta principalmente de polmeros orgnicos, os quais so constitudos por molculas complexas de alto peso molecular, formadas por reao, por um nmero de molculas simples de mesmo tipo ou de tipos diferentes, sob

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condies controladas de temperatura e presso. Podem-se citar 3 principais categorias, conforme Peixoto (2003): Resina fenlica uretnica Segundo Sackheim e Lehman (2005), quando um grupo OH est ligado a um anel benznico, a classe de composto chamada de fenis. Mesmo sendo semelhantes aos lcoois, os fenis so tratados como uma classe particular de compostos, pois so mais cidos que os lcoois. Conforme catlogo Rhodia (2008), os fenis recebem outros nomes, tais como: benzenol, cido carblico, acido fnico, hidroxibenzeno, entre outros. Possuem frmula C6H5OH constituindo-se de uma massa cristalina incolor ou ligeiramente amarelo-rseo; solvel em gua e em solventes orgnicos como ter, lcool e acetona. Possui caractersticas corrosivas e txicas, podendo causar irritaes, queimaduras e ser at fatal, se inalado, ingerido ou entrar em contato com a pele. A inalao ou ingesto pode provocar danos aos rins, ao fgado e sistema nervoso. J o contato com a pele pode provocar desde irritao at morte dos tecidos, dependendo basicamente do tempo desse contato e a concentrao do fenol na substncia. O fenol usado na fabricao industrial de desinfetantes, resinas, polmeros, defensivos agrcolas etc. Conforme Scheunemann (2005), as resinas fenlicas so obtidas atravs da reao de um fenol ou um fenol substitudo, formando grupos metilol (-CH2OH) no anel fenlico em posies orto. Essas resinas tm como caractersticas: a rpida secagem, tima resistncia gua e muito boa resistncia a: solventes fortes, agentes qumicos, detergentes, cidos, lcalis, abraso, calor, umidade, alm de uma dureza muita elevada. Desse modo, essa resina indicada, e cada vez mais utilizada, nos processos de mistura com a areia de fundio para agregar a areia-base e prover a resistncia mecnica necessria confeco do molde de fundio. Um dos inconvenientes para a sua fabricao a matria-prima ser altamente txica.

Figura 25 - Esquema reacional de polimerizao da resina fenlicaFonte: Tintas e vernizes (2006).

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A resina fenlica uretnica com catalisador lquido teve sua aplicao iniciada na dcada de 70 nos Estados Unidos, utilizando-se o processo de cura frio, ou caixa fria. Segundo Peixoto (2003), entre os problemas no uso do processo caixa fria (curado a temperatura ambiente) fenlico uretnico, est o forte odor dos catalisadores amnicos, assim como dos fumos dos processos de cura a quente, impregnando-se nas prprias roupas e persistindo aps vrias lavagens. A ventilao nas reas de produo pode ser uma alternativa para reduzir esses odores de metilenodifenilisocianato (MDI) e trietilamina (TEA) ou dimetiletilamina (DMEA). A resina possui como ingredientes ativos nas partes I e II uma resina fenlica poliol, contendo no mnimo dois grupos hidroxilas (-OH) e um isocianato polifuncional com no mnimo 1 grupo isocianato por molcula, respectivamente. A parte I (resina fenlica) lmpida, mbar, fonte de grupos hidroxilas, com uma vida de armazenagem de aproximadamente 6 meses a temperaturas entre 15 e 27 C. A parte II (isocianato) constitui-se de um lquido marrom escuro formado por grupos isocianatos ativos na forma de polmeros do tipo M.D.I. (metilenodifenilisocianato), com uma ilimitada estabilidade de armazenamento em locais fechados. A escolha da parte II da resina depende das caractersticas qumicas e da temperatura da areia, sistemas misturadores, tipos de areias, temperaturas ambientes e equipamentos. As partes I e II so dissolvidas em solventes orgnicos para diminuir a viscosidade da resina, o que facilita o seu manuseio, bem como a mistura e a cobertura da areia. A cura baseada na reao de polimerizao de adio entre os ligantes fenlicoisocianato catalisados, o que promove a formao de resina uretnica termofixa. Dentre os catalisadores, os mais utilizados so a trietilamina e a dimetiletilamina, que so inflamveis, volteis, alcalinos, corrosivos, com odor distinto, irritantes para a pele, os olhos e o sistema respiratrio quando em alta concentrao. Por essa razo, devem ser mantidas sistemticas de manuseio e uso desses produtos, para garantir a segurana humana e ambiental. Durante o processo de vazamento do metal lquido, a resistncia mecnica requerida muito alta, devido temperatura, ao peso do metal e s foras exercidas pelos gases formados no interior do molde. A resina tem por objetivo justamente dar a resistncia mecnica necessria para a confeco do molde e o seu manuseio. No processo de fundio aqui estudado, utiliza-se areia-base de slica, juntamente com um composto de resina fenlica uretnica. Tal composto de resina est dividido em 3 partes, conforme boletim tcnico do fabricante: 33

Parte 1 - Resina fenlica uretnica - Cura a frio uma resina fenlica utilizada no processo de cura a frio em conjunto com a parte 2 (poliisocianatos) e os catalisadores. Quadro 2 - Caracterstica resina fenlica uretnica - Parte 1(Conforme boletim tcnico do fabricante da resina)

Especificaes -

Teor de No Volteis Formol Livre, %, mx

48% a 52% 0,7

Viscosidade - Copo Ford #4, (25 C), seg25 35 Peso Especfico (25 C), g/cm1,060 - 1,080 Porcentagem de Uso 0,5 - 0,8% Parte l sobre o peso da areia Mesma quantidade da Parte 2 0,5 - 10% de Catalisador sobre o peso da Parte l Famlia Qumica - Polmeros Frmula Qumica - Polmeros Termofixo Nome qumico - Resina Fenol - Formaldeido

Parte 2 - Descrio - Resina fenlica uretnica - Cura a frio uma resina de poli-isocianato em soluo, utilizada no processo de cura a frio em conjunto com Parte l (Resina Fenlica) e o catalisador. Quadro 3 - Caracterstica resina fenlica uretnica - Parte 2 (Conforme Boletim Tcnico do fabricante da resina) Especificaes Teor de No Volteis 64 - 66%

Viscosidade - Copo Ford #4, (25 C), seg10 14 Peso Especfico - (25 C), g/cm1,075 - 1,085 Porcentagem de Uso 0,5 - 0,8% Parte 2 sobre o peso da areia Mesma quantidade da Parte l 0,5 - 10% 4.2 - Principais impactos ambientais de Catalisador sobre o peso Parte l

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4.2 Principais impactos ambientais Conforme os estudos realizados nesta pesquisa, os principais impactos ambientais do processo produtivo de uma fundio de ao decorrem dos seguintes resduos, efluentes e emisses:

4.2.1 Resduos slidos Durante o processo de fundio, ocorre a gerao de muitos resduos slidos. A seguir, esto descritos os principais resduos slidos gerados durante o processo de fundio de ao. O balano de massa apresentado no decorrer deste trabalho no ir mostrar todos os resduos devido ao foco do estudo ser apenas a resina fenlica uretnica. a) Areia com resina e tinta de zirconita Quase que a totalidade do volume de resduos slidos gerados em um processo de fundio composta de areia com resina fenlica uretnica. Por essa razo, o objetivo principal deste trabalho analisar o impacto ambiental desse resduo. Assim, ao longo desta dissertao so descritos detalhes do resduo de areia com resina e tinta de zirconita. b) Escria A escria o subproduto gerado durante o processo de fundio. Pode ser considerada uma mistura de xidos metlicos e impurezas do banho metlico. A gerao da escria ocorre durante a transformao da sucata (no estado slido) para o ao (no estado lquido). O ao submetido a temperaturas elevadas faz com que as impurezas sejam separadas do metal fundido e possam ser removidas. Apesar de se constituir um resduo slido, a escria traz benefcios, pois permite a remoo das impurezas na fundio de metal e na minimizao da reoxidao do produto final. um resduo que possui vrias aplicaes comerciais, podendo ser usada em cimento, lastro para linhas de ferro e para fertilizante. Neste trabalho no foi realizado o levantamento da quantidade de escria gerada no processo de fundio, porque esse volume pode ser considerado insignificante, se comparado com os volumes de areia resinada, pelo seu impacto ambiental ser baixo e por essa escria ser utilizada em outras aplicaes industriais.

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c) Partculas slidas em suspenso (p) Durante todo o processo de fundio, existem vrias fontes de partculas slidas. As principais fontes de gerao so: o prprio processo de quebra do molde para retirada da pea fundida e a rebarbao, processo de corte e acabamento. Durante o processo de retirada dos componentes fundidos, a quebra do molde gera uma quantidade elevada de partculas slidas, que se mantm em suspenso. Essas partculas so constitudas de areia com resina. No processo de rebarbao, ou seja, o corte dos canais do processo de fundio, a remoo do material feita por atrito, o que tambm gera partculas slidas metlicas. No so avaliados, aqui, os impactos ambientais dessas partculas slidas que ficam em suspenso na fbrica, nem feita uma avaliao quantitativa do seu volume, pois essas anlises no se enquadram nos objetivos desta pesquisa. Isso no quer dizer, no entanto, que tal no merea ateno, pois gera impactos ambientais e problemas na rea de sade ocupacional. Por essa razo, obrigatrio o uso de EPI - equipamentos de proteo individual, tais como mscaras e culos. Em fundies de grande porte e, consequentemente, com maior disponibilidade de recursos, sistemas de exausto e filtragem so utilizados. d) Materiais diversos Durante todo o processo de fundio so gerados resduos diversos, tais como: eletrodos (no setor de solda), estopas contaminadas, discos de corte/abrasivos (no setor de rebarbao), granalha de ao (no setor de acabamento), entre outros que so gerados em uma fbrica com ambiente altamente agressivo. No so avaliados os impactos ambientais em relao a esses diversos materiais e nem a anlise quantitativa dos volumes desses resduos, devido ao seu baixo impacto, j que as quantidades geradas no se mostram relevantes para o estudo em foco neste trabalho. e) Sobras de materiais provenientes dos canais No setor de corte so gerados volumes considerveis de sucatas provenientes dos cortes de canais nos processos de fundio. Os levantamentos realizados no processo produtivo e aqui apresentados no balano de massa demonstram que, para 1 kg de pea fundida, gerado aproximadamente 0,6 kg de resduo de sucata de canais dos processos de fundio. Esta razo peso da pea acabada por peso do ao utilizado no processo de fundio chamada de rendimento metlico. Sabe-se que, alm do inconveniente do resduo gerado, o baixo rendimento provoca outros impactos 36

ambientais e econmicos no processo produtivo. Quanto maior o volume utilizado no processo de fundio, maior ser o consumo de energia, o tempo de fundio, o tempo de limpeza da pea, entre outros aspectos negativos. Para que o rendimento metlico seja o mais prximo do ideal, so utilizados programas capazes de dimensionar os processos de fundio, simulando inclusive processo de vazamento, resfriamento e comportamento do ao nas fases intermedirias. Um dos inconvenientes do uso desses programas o custo elevado para a sua aquisio, que pode chegar a US$ 50.000,00, conforme levantamento de custo realizado durante este estudo. Outro inconveniente a necessidade de manter a mo de obra especializada e com grande experincia em dimensionamento de processos de fundio, para os ajustes finais. Isso ocorre devido ao grande nmero de variveis do processo, tais como: tipo de processo de moldagem, caractersticas da areia/resina, tipo de material a fundir etc. Outro problema encontrado foi o limite de uso do retorno da sucata proveniente dos processos. O uso de uma quantidade maior de retorno de sucata dificulta a preparao do banho metlico (material a ser fundido), podendo provocar defeitos nos componentes fundidos. O limite para melhorar o rendimento a qualidade dos produtos fundidos. Um processo de fundio incorreto pode provocar inmeros problemas de qualidade, tais como, incluso de escria, rechupe, enchimento incompletos, entre outros. 4.2.2 Efluentes lquidos Durante estudos realizados na fundio que foi objeto desta dissertao, verificou-se que poucos resduos lquidos foram gerados no processo produtivo. Os principais so os leos lubrificantes e os produtos utilizados na inspeo por lquido penetrante. a) leos lubrificantes Verificou-se que os leos lubrificantes so utilizados apenas nas mquinas do processo de fundio e em pequenos volumes. Esses leos so, depois, coletados e vendidos a empresas especializadas que os reprocessam e os comercializam para outros fins. Por esse motivo no foram realizados estudos quantitativos e de impactos ambientais para este resduo. b) Materiais dos ensaios como lquido penetrante Foi verificado que o efluente lquido gerado em maior quantidade no processo de fundio so os produtos utilizados na inspeo por lquido penetrante. Para que haja garantia 37

de qualidade dos produtos fundidos, so realizadas inspees por lquido penetrante em 100% dos componentes fundidos. Esse volume acaba provocando uma quantidade considervel de resduos. Tais resduos so coletados e retornados ao fabricante, que adiciona reagentes qumicos para neutralizar os seus efeitos danosos ao meio ambiente, ou seja, trata o material para o descarte (conforme estudos realizados pelo prprio fabricante). No foram avaliados os impactos ambientais desses resduos e nem feita a anlise quantitativa de seus volumes, pois o foco deste trabalho est nos resduos de areia resinada, fonte de maiores impactos ambientais.

4.2.3 Emisses gasosas Verificou-se que durante vrias fases do processo de fundio so gerados gases, provenientes de reaes qumicas diversas que neste estudo no foram avaliadas. Foram verificadas emisses gasosas no processo de desoxidao do banho metlico, no processo de vazamento e no processo de recuperao trmica da areia resinada. Conforme Albertus (2004), as emisses de odores pelas fundies no processo de vazamento tornam-se um entrave sua aceitao. Atualmente, existe a preocupao de desenvolver resinas que diminuem a emisso de gases durante a fase de vazamento do metal lquido. Solventes que substituem o ster metlico oferecem reduo significativa de odores.

4.3 Problemas ambientais da areia de fundio Aps o estudo preliminar dos resduos, efluentes e emisses, conforme apresentado no item anterior, ficou claro que a principal causa de impactos ambientais est na gerao de um grande volume de resduos slidos de areia de fundio. Em fundies como as que so objeto deste estudo, que possuem apenas o processo mecnico de recuperao, pode-se chegar a cerca de 80% de reutilizao de areia, sendo necessrio apenas o uso de areia nova nas reas de contato direto com o metal lquido. Contudo em alguns processos de moldagem este ndice de recuperao mecnica pode no ultrapassar 50%. Alm de diminuir os custos do descarte, a recuperao reduz os impactos ambientais, pois a areia reutilizada impede o consumo de novo insumos, tais como a areiabase. Grandes investimentos so necessrios para reutilizao da areia contaminada de fundio, mas em mdio e longo prazos esses investimentos so altamente rentveis.

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O transporte e o armazenamento dos resduos da areia de fundio dependem basicamente da sua classificao, conforme a NBR 10.004, o que pode aumentar os custos de descarte significativamente caso o resduo seja classificado como perigoso. H uma tendncia natural de utilizao de recursos tecnolgicos para recuperao da areia devido ao aumento dos custos e das dificuldades de descarte desses resduos nos grandes centros industriais. Existem estudos de unidades mveis de tratamentos da areia utilizadas na fundio. O maior polo de fundio no Brasil encontra-se em Santa Catarina, onde esto algumas das maiores e mais bem estruturadas fundies do Brasil. Este tambm um polo de pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias, dos aspectos de produo e ambiental.

4.4 Classificao de resduos slidos Observa-se que, com o passar do tempo, as leis ambientais no Brasil formuladas nas esferas federal, estadual e municipal vm se tornando cada vez mais protetoras e obrigando os setores da economia a se adaptarem para reduzir as agresses ao meio ambiente. Apesar de considerar esses avanos, a concepo deste trabalho baseia-se no fato de que todo processo produtivo gera um produto intencional (o produto que se espera) e um no intencional (resduos). Neste estudo, o produto intencional o componente fundido e os no intencionais so os resduos gerados no processo produtivo, sendo que aqui o resduo em foco areia de fundio. Para o resduo em estudo, as normas da ABNT aplicveis so: a) NBR 10.004 - Resduos Slidos - Classificao; b) NBR 10.005 - Lixiviao de Resduos Procedimentos; c) NBR 10.006 - Solubilizao de Resduos Slidos - Mtodos de Ensaios. Estas normas descrevem a metodologia de classificao dos resduos slidos (NBR 10.004), bem como os mtodos de ensaios de lixiviao (NBR 10.005) e solubilizao (NBR 10.006). O processo de classificao descrito, de forma resumida, no fluxograma apresentado na prpria NBR 10.004:2004 (Figura 1 da norma), conforme mostra a figura 26. Segundo a Associao Brasileira de Normas Tcnicas - ABNT (2004), a classificao do resduo envolve a identificao do processo/atividade que o gerou, seus constituintes e suas caractersticas. Deve ser verificado se o resduo consta nos anexos da referida norma de acordo com os impactos que causam sade e ao meio ambiente.

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Conforme a Associao Brasileira de Normas Tcnicas - ABNT NBR 10.004 (2004) e Auad (2005), existem 3 classificaes: Resduos classe I: Perigosos - aqueles que apresentam periculosidade, ou uma das seguintes caractersticas: inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxidade, patogenicidade. Resduos classe IIA: No perigosos / No-inerte - estes resduos podem ter propriedades, tais como: combustibilidade, biodegrabilidade ou solubilidade em gua. Resduos classe IIB: No perigoso / Inerte - so quaisquer resduos que, quando amostrados de forma representativa e submetidos a um contato esttico ou dinmico com gua destilada ou deionizada temperatura ambiente, no tiverem nenhum de seus constituintes solubilizados a concentraes superiores aos padres de potabilidade de gua, excetuandose os padres de aspecto, cor, turbidez e sabor. Seguindo o fluxograma da figura 26, caso o resduo seja de origem conhecida e conste nos anexos A e B, ser considerado classe I - Resduo perigoso. Caso o resduo seja de origem desconhecida ou no conste nos anexos A e B, deve ter suas caractersticas de inflamabilidade, corrosividade, reatividade, toxidade e patogenicidade verificadas. Caso possua no mnimo uma dessas caractersticas, o mesmo considerado classe I - Resduo perigoso; em caso negativo, classe II - Resduo no perigoso. Para verificar se o resduo considerado classe IIA - Resduo no perigoso - No inerte ou classe IIB - Resduo no perigoso - Inerte, dever ser analisado se existem constituintes em concentraes superiores ao descrito no anexo G. Caso haja algum constituinte acima do mximo permitido, o resduo classe IIA - Resduo no perigoso - No inerte; em caso negativo, classe IIB - Resduo no perigoso - inerte.

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Figura 26 - Fluxograma - Caracterizao e classificao de resduosFonte: NBR 10.004:2004

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4.5 Classificao do resduo de areia resinada A areia resinada deve ter suas caractersticas analisadas para que se verifique a sua classificao quanto ao atendimento sua disposio como resduo slido. Nesta pesquisa, foram realizados testes conforme a NBR 10.004:2004; testes de lixiviao, conforme NBR 10.005:2004 e de solubilizao, conforme a NBR 10.006:2004. Tabela 2 - Amostras para ensaio de classificao de resduoAmostras Local coleta Classificao 1Aps Recuperao mecnica Classe IIA No perigoso No inerte Alumnio 1,5 mg/l

2Aps Recuperao trmica Classe IIA No perigoso No inerte Alumnio 0,6 mg/l Fenis Totais 0,04 mg/l Ferro 0,08 mg/l

3Filtros Recuperao mecnica Classe IIA No perigoso No inerte Alumnio 0,2 mg/l Fenis Totais 4,2 mg/l Fluoreto 1,82 mg/l

Ensaios

Solubilizao

Fenis Totais 0,03 mg/l Fluoreto 10,90 mg/l

Lixiviao

Parmetros conforme especificaes

Conforme descrito na tabela 2, foram preparadas inicialmente trs amostras, retiradas de pontos estrategicamente escolhidos. Depois foi solicitada a anlise dessas amostras conforme a NBR 10004:2004, NBR 10.005:2004 e a NBR 10.006:2004. A primeira amostra foi retirada aps o processo de recuperao mecnica, ou seja, sem recuperao trmica no calcinador. Esta amostra foi classificada como Classe IIA - Resduo no perigoso, no inerte. A segunda amostra foi retirada aps os processos de recuperao mecnica e trmica, ou seja, com recuperao trmica no calcinador. Esta amostra foi tambm classificada como IIA - Resduo no perigoso, no inerte. A terceira amostra de areia constituiu-se de um material que seria descartado. Foi retirada aps o processo de recuperao mecnica, depois que os finos foram retirados dos filtros, ou seja, sem recuperao trmica no calcinador. Esta amostra foi classificada como IIA - Resduo no perigoso, no inerte. Com base nessas amostras, toda a areia tratada, inclusive aps o tratamento trmico, foi considerada um resduo no perigoso, no inerte Classe IIA, conforme a NBR 10.004:2004. Esta classificao foi obtida a partir de uma anlise que seguiu estritamente todos os parmetros definidos na norma ABNT NBR 10.004. Para se classificar o resduo

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como classe I - Perigoso, necessrio que o resduo esteja classificado nos anexos A e B da norma ABNT 10.004. Procedeu-se da seguinte maneira: Ao se verificar o resduo no Anexo A - Resduo perigoso de fontes no especficas: o fenol no foi encontrado, ou seja, no est classificado como sendo um constituinte perigoso. Mesmo porque o fenol um resduo de fonte conhecida. Ao se verificar o resduo no Anexo B - Resduo perigoso de fontes especficas: o fenol com a respectiva fonte geradora no foi encontrado, ou seja, no est classificado como sendo um constituinte perigoso. Ao se verificar o Anexo H - Codificao de alguns resduos classificados como no perigoso: foi encontrado o resduo de areia de fundio (A011), o que prclassifica este resduo como sendo da classe II. A partir dessa verificao foi realizada a classificao do resduo conforme classe II nas amostras da tabela 2. O ensaio de lixiviao no mostrou nenhum parmetro com o valor mximo permitido (VMP) ultrapassado. J no ensaio de solubilizao, foram encontrados os parmetros de VMP conforme exposto na tabela 2. A partir dessa verificao foi realizada a classificao do resduo conforme classe II nas amostras da tabela 2. O ensaio de lixiviao no mostrou nenhum parmetro com o valor mximo permitido (VMP) ultrapassado. J no ensaio de solubilizao, foram encontrados os parmetros de VMP conforme exposto na tabela 2. Vale apontar algumas observaes que puderam ser feitas a partir de um exame da norma Associao Brasileira de Normas Tcnicas - ABNT (2004). O fenol consta como sendo um constituinte perigoso (txico) no anexo B da norma NBR 10.004, mas aparece relacionado apenas a uma fonte geradora: a coqueificao (K087). O fenol est presente no resduo conforme laudo do laboratrio. J em relao ao processo de fundio de ao, esse resduo no est descrito. Desse modo, considerando apenas o que est estritamente expresso na norma, o resduo no diretamente classificado como classe I - Resduo perigoso. O fenol consta neste Anexo C (U188), o que confere a esta substncia periculosidade, Assim, um resduo com fenol pode apresentar risco sade pblica, provocando mortalidade e doenas, alm de risco ao meio ambiente, quando for gerenciado de forma inadequada. O item 4.2.1.4 b) da NBR 10.004 expressa que se um resduo possuir uma ou mais substncias apresentadas no anexo e apresentar toxidade, a natureza da toxidade e a sua 43

concentrao, entre outros aspectos, devem ser consideradas, mas no deixa claro como essas consideraes seriam verificadas. O item 4.2.1.4 d) da NBR 10.004 relaciona-se toxidade e aos resduos que contenham as substncias do anexo D e E, resultantes de derramamentos ou de produtos fora de especificao ou validade. O resduo aqui estudado possui a substncia txica fenol (U188) que aparece descrita no Anexo E. Com base nas observaes descritas acima, pode-se afirmar que a norma deixa dvidas quanto presena do fenol no resduo aqui estudado, pois descreve essa substncia como potencialmente perigosa para o meio ambiente e para a sade pblica, mas no Anexo H j pr-qualifica a areia de fundio como sendo um resduo no perigoso. Conforme Auad (2005), para confeco de machos e moldes, depend