CONSTRUÇÃO DE UM PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO DA LUCRATIVIDADE E PRODUTIVIDADE DE LIGAS DE ALUMÍNIO RECICLADO

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1 UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO MESTRADO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ANTÃO RODRIGO VALENTIM CONSTRUÇÃO DE UM PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO DA LUCRATIVIDADE E PRODUTIVIDADE DE LIGAS DE ALUMÍNIO RECICLADO DISSERTAÇÃO PONTA GROSSA 2011

2 ANTÃO RODRIGO VALENTIM CONSTRUÇÃO DE UM PROCEDIMENTO PARA AVALIAÇÃO DA LUCRATIVIDADE E PRODUTIVIDADE DE LIGAS DE ALUMÍNIO RECICLADO Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Produção, do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Área de Concentração: Produção e Manutenção. Orientador: Prof. Dr. Ivanir Luiz de Oliveira. PONTA GROSSA 2011

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5 4 A minha amada esposa, Edwiges, que esteve ao meu lado me apoiando com sua compreensão e dedicação. Ao meu pequeno e amado filho Gabriel, pela paciência que teve e pela força que me dá para que eu possa ser a cada dia um homem melhor. Em especial à minha mãe, Maria Conceição, pela vitória sobre um câncer e uma pneumonia, durante o decorrer do ano de À minha família, pai, mãe e irmã, por tudo que fizeram para meu crescimento pessoal e profissional. Pelo apoio prestado nos primeiros passos de minha vida.

6 5 AGRADECIMENTOS Primeiramente agradeço a Deus, por todas as bênçãos derramadas em minha vida até o dia de hoje. Por ter sido meu refúgio nos momentos de dificuldades e minha fortaleza para vencer mais esse desafio. Aos meus amigos, de modo geral, que compreenderam esse momento da minha vida e respeitaram minha ausência quando se fez necessário. Ao meu orientador, professor Doutor Ivanir Luiz de Oliveira, pela paciência, companheirismo e ajuda durante a execução desse trabalho. Aos meus companheiros de trabalho do IFPR, pela motivação para realização do trabalho, bem como pelos esforços para disponibilizar horários para realização deste. À UTFPR, em especial aos professores que compõem a Coordenação de Mecânica, responsáveis por minha formação média e superior. Aos mesmos, posteriormente pelo apoio, como companheiros de trabalho, os quais me acolheram e ajudaram no início da minha caminhada como docente. Ao Hotel de Projetos, nas pessoas dos professores Luis Maurício, Magda e Eliane. À Fundação Araucária, pelos recursos disponibilizados para execução desse trabalho.

7 6 RESUMO VALENTIM, Antão Rodrigo. Construção de um procedimento para avaliação da lucratividade e produtividade de ligas de alumínio reciclado f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Produção) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, O alumínio e suas ligas vêm ganhando espaço nos diversos seguimentos da indústria. Isso ocorre devido as suas características físicas e químicas, que possibilitam seu uso nas mais diversas aplicações. Mesmo o alumínio, tendo excelente reciclabilidade, com vantagens em relação ao processo primário, os índices de reciclagem deste material ainda são baixos. Isso é visível pelos baixos índices de reciclagem alcançados, principalmente pelos produtos produzidos pelo setor de embalagens, que possuem um baixo ciclo de vida e geralmente empregam o alumínio laminado com pequena espessura (folhas de alumínio). Um fator que influencia diretamente nos custos de produção das ligas secundárias são os preços das sucatas, que não seguem padrões de mercado, mas são impostos por grandes centrais de reciclagem ou por atores intermediários (sucateiros), que inflacionam o mercado. Desta forma, pequenas empresas que reciclam sucatas de alumínio produzidas localmente enfrentam a concorrência das grandes centrais de reciclagem e das grandes empresas produtoras de alumínio primário, precisando, assim, buscar alternativas para conseguirem melhores resultados financeiros e de produção. Neste sentido, um estudo que proponha um procedimento para avaliação do processo de produção de ligas de alumínio secundário faz-se necessário. O presente estudo buscou entender o mercado de alumínio, de forma regional, analisando a lucratividade e a produtividade alcançada na produção de ligas de alumínio secundário requeridas. Utilizaram-se as sucatas disponíveis na região de estudo para produção ligas, por meio de uma escala piloto. Foram realizadas 669 corridas que produziram 9 padrões de ligas comercias diferentes, num total de 32,9 toneladas de ligas sob a forma de lingotes. Para a produção, levantou-se: a demanda, a necessidade regional de ligas e a disponibilidade das sucatas para produção das ligas demandadas. O estudo apontou que o uso de folhas finas, material alternativo de baixo valor percebido pelo mercado de sucata, aumenta os índices de produtividade e a lucratividade na produção de ligas de alumínio secundário. Por outro lado, grupos de sucatas valorizados no mercado regional apresentaram tendência em diminuir a lucratividade e produtividade pela sua adição nas cargas. Palavras-chave: Reciclagem de alumínio. Produtividade. Lucratividade. Forno elétrico à indução. Folhas de alumínio.

8 7 ABSTRACT VALENTIM, Antão Rodrigo. Construction of a procedure for evaluating the profitability and productivity of recycled aluminum alloy f. Dissertation (Master in Production Engineering) Graduate Program in Production Engineering, Federal Technological University of Paraná. Ponta Grossa, The aluminum and its alloys are gaining space in the various segments of the industry. This is due to its physical and chemical characteristics that allow its use in several applications. Even the aluminum, with excellent recyclability, with advantages over the primary process, the rates of recycling of this material are still low. This is visible by the low levels of recycling achieved, especially for products produced by the packaging industry, which have a low life cycle and typically employ aluminum laminated with thin sheets (aluminum). One factor that directly influences the production costs of the minor leagues are the prices of scrap that do not follow industry standards, but are imposed by large recycling plants or by intermediary actors that inflate the market (scrap). Thus, small companies looking for recycle aluminum scrap locally produced face competition from large recycling plants and the major producers of primary aluminum, so need to find alternatives to achieve better financial results and production. In this regard, a study to propose a procedure to evaluate the production of secondary aluminum alloys it is necessary. This study sought to understand the market for aluminum, regionally, analyzing the profitability and productivity achieved in the production of secondary aluminum alloys required. We used the scraps available in the study region to produce alloys by means of a pilot scale. 669 races were held that produced nine different patterns of commercial alloys, a total of 32.9 tons of alloys in the form of ingots. For production, rose: the demand, the need for regional availability of scrap and alloys to produce alloys of defendants. The study found that the use of thin sheets, alternative materials, low perceived value by the market of scrap, increases productivity levels and profitability in the production of secondary aluminum alloys. On the other hand, groups of scrap valued in the regional market, tended to reduce profitability and productivity through its addition of loads. Keywords: Recycling aluminum. Productivity. Profiatability. Electric induction furnace. Aluminum foils.

9 8 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Ciclo da reciclagem do alumínio Figura 2 - Fluxo de operação industrial do alumínio secundário Figura 3 - Fluxo de processo e comparativo entre centrais de reciclagem por refusão e refinaria Figura 4 Forno rotativo horizontal em corte Figura 5 - Diagrama de equilíbrio da mistura NaCl/KCl Figura 6 - Forno TRF Figura 7 Geometria e inclinação do forno TRF Figura 8 - Forno URTF Figura 9 - Forno Side-well com sistema LOTTUS Figura 10 Forno a Plasma IPT Figura 11 - Perda na fusão em função da espessura do material Figura 12 - Perda de metal em função da espessura da sucata e sua composição Figura 13 Relações entre as etapas do estudo Figura 14 Fluxo do processo de reciclagem utilizado na pesquisa Figura 15 Grupo alumínio duro Figura 16 Grupo perfil Figura 17 Grupo alumínio mole Figura 18 Grupo panela Figura 19 Grupo folha Figura 20 Grupo lata Figura 21 Lingotes produzidos durante a pesquisa Figura 22 - Layout da produção em escala piloto, com ilustração do fluxo de produção Figura 23 - Amostra de alumínio já analisada pelo espectrômetro Figura 24 Lingotamento da liga de alumínio Figura 25 Alimentação do forno à indução com um fardo de folhas de alumínio Figura 26 Detalhe da alimentação do fardo de folhas de alumínio Figura 27 Gráfico comparativo de linhas de tendências entre os diversos grupos de sucata e a produtividade

10 9 Figura 28 Gráfico comparativo de linhas de tendências entre os diversos grupos de vsucata e a lucratividade Figura 29 Rendimento obtido para as diversas corridas Figura 30 Comparação entre o resultado do presente trabalho, em forno à indução (folha), com o obtido em outras pesquisas e com fornos e sucatas diferentes Figura 31- Gráfico porcentagem de folha de alumínio versus produtividade Figura 32- Gráfico porcentagem de lata versus produtividade Figura 33- Gráfico porcentagem de panela versus produtividade Figura 34- Gráfico porcentagem de alumínio mole versus produtividade Figura 35- Gráfico porcentagem de perfil versus produtividade Figura 36- Gráfico porcentagem de alumínio duro versus produtividade Figura 37- Gráfico porcentagem de folha de alumínio versus lucratividadde Figura 38- Gráfico porcentagem de lata versus lucratividade Figura 39- Gráfico porcentagem de panela versus lucratividade Figura 40- Gráfico porcentagem de alumínio mole versus lucratividade Figura 41- Gráfico porcentagem de perfil versus lucratividade Figura 42- Gráfico porcentagem de alumínio duro versus lucratividade

11 10 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Propriedades físicas do elemento químico alumínio Tabela 2 Composição química da folha de alumínio Tabela 3 Resumo dos resultados de regressão Tabela 4 Comparativo entre os resultados de r por grupo de sucatas versus produtividade e valores de r críticos de Pearson Tabela 5 Comparativo entre os resultados de r por grupo de sucatas versus lucratividade e valores de r críticos de Pearson Tabela 6 Tabela de frequência folha de alumínio versus produtividade Tabela 7 Tabela de frequência lata versus produtividade Tabela 8 Tabela de frequência panela versus produtividade Tabela 9 Tabela de frequência alumínio mole versus produtividade Tabela 10 Tabela de frequência perfil versus produtividade Tabela 11 Tabela de frequência alumínio duro versus produtividade Tabela 12 Tabela de frequência folha de alumínio versus lucratividade Tabela 13 Tabela de frequência lata versus lucratividade Tabela 14 Tabela de frequência panela versus lucratividade Tabela 15 Tabela de frequência alumínio mole versus lucratividade Tabela 16 Tabela de frequência perfil versus lucratividade Tabela 17 Tabela de frequência alumínio duro versus lucratividade Tabela 18 Tabela de preço de sucatas de alumínio e elementos de adição

12 11 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Número de plantas de reciclagem de alumínio nos diversos continentes Quadro 2 Classificação de sucatas de alumínio Quadro 3 Classificação de sucatas de alumínio Quadro 4 Classificação da ação dos fluoretos e cloretos utilizados junto ao fluxo salino Quadro 5 Resumo de características dos equipamentos de fusão Quadro 6 Fornecedores de sucatas participantes do projeto Quadro 7 Consumidores de ligas de alumínio na região de estudo Quadro 8 Classificação de laminados em folhas Quadro 9 Sucatas fornecidas pelo mercado local Quadro 10 Principais fornecedores de sucatas de alumínio, sucatas processadas e respectiva classificação Quadro 11 Principais consumidores locais de ligas de alumínio Quadro 12 Principais ligas consumidas na região de estudo Quadro 13 Ficha de controle de entrada de sucatas Quadro 14 Ficha para coleta das ligas consumidas por consumidor Quadro 15 Formulário de coleta de dados de produção

13 12 LISTA DE ABREVIATURAS ABAL - Associação Brasileira do Alumínio ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas ABRALATAS - Associação Brasileira dos Fabricantes de Latas de Alta Reciclabilidade ABRELPE - Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais EAFA EMP GLP IAI IBGE IPT ISRI LME NBR PmaisL SAE TRF URTF RSU - European Aluminium Foil Association - Electromagnetic Pumping - Gás Liquefeito de Petróleo - International Aluminium Institute - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - Instituto de Pesquisas Tecnológicas - Institute of Scrap Recycling Industries - London Metal Exchange - Norma Brasileira - Produção mais Limpa - Society of Automobile Engineers - Tiliting Rotary Furnace - Universal Rotary Titable Furnace - Resíduo Sólido Urbano

14 13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO CONTEXTULIZAÇÃO TEMA OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos JUSTIFICATIVA ESTRUTURA DA PESQUISA REFERENCIAL TEÓRICO O ALUMÍNIO CARACTERÍSTICA DO ALUMÍNIO VALOR MONETÁRIO DO ALUMÍNIO O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL A RECICLAGEM DO ALUMÍNIO O Ciclo da Reciclagem do Alumínio A coleta da sucata de alumínio O processo de reciclagem do alumínio Tecnologias aplicadas à fusão da sucata de alumínio ESCÓRIA DO ALUMÍNIO Mecanismos de Formação da Escória PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE RECICLAGEM DE ALUMÍNIO Produtividade Lucratividade MATERIAIS E MÉTODOS CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA PROCEDIMENTO DA PESQUISA Realização da Pesquisa Coleta de Dados Reconhecimento do mercado Produção de ligas comerciais de alumínio secundário Tabulação de Dados Análise dos Dados Procedimento Experimental Procedimento para avaliação da produção de ligas de alumínio com folhas RESULTADOS E DISCUSSÃO RECONHECIMENTO DO MERCADO PRODUÇÃO DE LIGAS COMERCIAIS DE ALUMÍNIO SECUNDÁRIO Análise da Produtividade na Fabricação de Ligas Comerciais de Alumínio Secundário Validação estatística dos dados de produtividade Análise da Lucratividade na Fabricação de Ligas Comerciais de Alumínio Secundário Validação estatística dos dados de lucratividade... 79

15 4.3 INFLUÊNCIA DAS FOLHAS DE ALUMÍNIO SOBRE A PRODUTIVIDADE CONSIDERAÇÕES FINAIS SUGESTÕES PARA TABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS APÊNDICE A Formulário de coleta de dados APÊNDICE B Tabulação dos dados APÊNDICE C Planilha para elaboração e correção das ligas de alumínio APÊNDICE D Composição química das principais ligas produzidas APÊNDICE E Classificação das sucatas utilizadas na pesquisa APÊNDICE F Tabela de freqüência para os diversos grupos de sucatas versus produtividade APÊNDICE G Gráficos - Percentual de sucatas versus produtividade APÊNDICE H Tabelas de freqüência para diversas sucatas versus lucratividade APÊNDICE I Gráficos - Porcentagem de sucatas versus lucratividade APÊNDICE J Preços das sucatas de alumínio e dos elementos de adição

16 15 1 INTRODUÇÃO 1.1 CONTEXTULIZAÇÃO O alumínio é o metal não-ferroso mais consumido no mundo. Sua produção mundial em 2007 foi de aproximadamente 38 milhões de toneladas. Para o mesmo ano, a produção mundial de alumínio secundário (reciclado) foi de aproximadamente 18 milhões de toneladas. (IAI, 2009a). Estima-se que, para o ano de 2020 o consumo de alumínio seja de 70 milhões de toneladas, sendo que 30 milhões de toneladas proverão da reciclagem. Segundo Bertram, no ano de 2004 existiam no mundo 1200 plantas de reciclagem de alumínio e 200 plantas de alumínio primário (BERTRAM, 2008). No Brasil, a reciclagem do alumínio tem início com a própria implantação da sua indústria na década de 20. Naquela época, a matéria prima utilizada na fabricação de utensílios eram sucatas importadas de diversos países. Atualmente, o Brasil é lider mundial na reciclagem de latas de alumínio, reciclando aproximadamente 198,8 mil toneladas. Isso corresponde a um índice de 98,2% do total de latas produzidas no país. Apesar do alto índice da reciclagem de latas, no mundo somente 31,1% do alumínio consumido em produtos domésticos é reciclado (ABAL, 2011a). Estabelecer as latas como único indicador da reciclagem de alumínio não corresponde à realidade dos diversos produtos fabricados com este metal. Muitos produtos fabricados em alumínio são de difícil reciclagem. Isto ocorre devido a grande afinidade deste metal com o oxigênio o que leva a uma baixa produtividade durante o processo de fusão. Um exemplo desses produtos são os laminados finos ou folhas de alumínio (aluminium foil). Tal fato poderia explicar, em parte, os baixos índices de reciclagem desses produtos. Neste sentido, o aumento da recuperação do alumínio metálico dos resíduos sólidos passa pela busca de novas técnicas aliadas a estudos de produtividade e lucratividade, hoje carentes na literatura.

17 16 O presente estudo realizou pesquisa sobre a recuperação de alumínio de sucatas e a aplicação da folha de alumínio na fabricação de ligas, em forno elétrico à indução. Adicionalmente, estudou-se o mercado local da reciclagem e aprofundou-se no estudo sobre a produtividade e lucratividade na produção de ligas comerciais de alumínio. 1.2 TEMA O tema da presente pesquisa é a o estudo da produtividade e lucratividade na produção de ligas comerciais de alumínio secundário (reciclado). 1.3 OBJETIVOS Objetivo Geral Construir um procedimento para avaliar a influência das matérias primas sobre a produtividade e a lucratividade de ligas recicladas de alumínio secundárias Objetivos Específicos Avaliar a influência regional do mercado de sucatas, e da demanda de ligas de alumínio, sobre a lucratividade e produtividade de ligas de alumínio secundário; Avaliar a produtividade e lucratividade na produção de ligas comerciais de alumínio a partir de sucatas; Analisar os efeitos da incorporação de sucata de alumínio não convencionais na produção de ligas em forno elétrico à indução.

18 JUSTIFICATIVA O alumínio secundário (reciclado) possui diversas fontes geradoras, tais como: sobras de processos industriais; pós-venda; pós-consumo doméstico, veicular e agrícola. A variedade e a quantidade de produtos de alumínio disponível numa região podem indicar uma grande variedade de composições químicas, contaminantes e formatos físicos que influenciam o seu processamento em ligas normatizadas. A média mundial de recuperação de alumínio foi de 33,5% para o ano de O Brasil, apesar de ficar com um índice acima da média mundial, ocupava a sétima posição, com um índice de recuperação do alumínio de 36,6%, atrás de Estados Unidos (39%), Coréia do Sul (39,5%), Itália (39,6%), Espanha (41,2%) e Reino Unido (59,5%), sendo este líder mundial da reciclagem de alumínio (ABAL, 2010b). Uma explicação para o baixo índice de reciclagem da sucata de alumínio é o longo ciclo de vida de alguns produtos que demoram a voltar para o ciclo da reciclagem. Por outro lado, o setor de embalagens é um grande consumidor de alumínio e fabrica produtos com ciclo de vida de apenas alguns dias. Segundo a Noviles (2011), no Brasil, por exemplo, a lata de alumínio possui um ciclo de vida médio de apenas 30 dias. Segundo a European Aluminium Foil Association - EAFA (2010), 75% das folhas de alumínio produzidas na Europa são utilizadas na indústria de embalagens. Sendo que em 2008, foram recuperados 45% do alumínio em folhas. Segundo Datamark (2011), no Brasil, no ano de 2008 foram produzidas 256 mil toneladas de embalagens em alumínio Um fator que contribui para o baixo índice de recuperação das folhas de alumínio é forma com que estas são colocadas no mercado. As folhas de alumínio, principalmente no setor de embalagens, chegam ao mercado nas formas: (I) separada; (II) agregada em camadas com plástico; (III) agregada em camadas com papel; (IV) agregada em camadas com plástico e papel. Outro fator é a baixa produtividade alcançada na recuperação das folhas de alumínio durante fusão em fornos convencionais.

19 18 O mercado de ligas de alumínio é constituído por grandes empresas produtoras de alumínio primário e de grandes e pequenas empresas recicladoras de alumínio. As grandes empresas produtoras de alumínio primário formam o preço de suas ligas com base na Bolsa de Mercadorias de Londres (LME). Por sua vez, as empresas recicladoras de alumínio seguem os preços estabelecidos por essas, mantendo os preços de suas ligas abaixo aos determinados. Pequenas empresas recicladoras, muitas vezes, não conseguem acompanhar os preços praticados pelas grandes empresas do setor. Neste sentido, a logística e disponibilidade de matérias primas são determinantes na sustentabilidade dessas empresas. Existem múltiplos fatores que determinam a sustentabilidade de uma empresa recicladora de alumínio que estão associados a aspectos mercadológicos e a aspectos técnicos que ainda necessitam ser estudados. 1.5 ESTRUTURA DA PESQUISA A presente pesquisa está estrutura em seis capítulos. No capítulo 1 será realizada a apresentação sobre o assunto tratado, bem como, os objetivos do estudo e sua justificativa. No capítulo 2 será apresentado o referencial teórico sobre o alumínio, suas características físicas e químicas, seu mercado, reciclabilidade e perdas de produtividade e formação de escórias. Revisar-se-á também as tecnologias de fusão com foco nos equipamentos utilizados. No capítulo 3 será apresenta a metodologia utilizada na pesquisa, procedimento de coleta de dados, tabulação e ferramentas utilizadas para interpretação destes. O capítulo 4 mostrará os resultados obtidos e discussões realizadas. Por fim, no capítulo 5 serão apresentadas as conclusões e no capítulo 6 sugestões para trabalhos futuros.

20 19 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 O ALUMÍNIO Segundo a ABAL (2010c), a produção de alumínio primário no Brasil, em 2010, foi de 1.536,2 mil toneladas. Segundo o International Aluminium Institute IAI (2011c), a produção mundial de alumínio primário para o mesmo período foi de mil toneladas. O alumínio é o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre, atrás do oxigênio e silício. Sua concentração na crosta terrestre continental é de 8%. Na formação do planeta, os metais pesados como o ferro se concentraram no centro, enquanto elementos como o magnésio e o alumínio formaram a parte externa da crosta terrestre. O alumínio reagiu com o silício e o oxigênio, formando compostos químicos básicos para maioria das rochas do planeta (SCHMITZ, 2007, p.2). O alumínio está presente na natureza na forma de óxido de alumínio. A bauxita é o principal minério utilizado na produção do alumínio, contendo 35% a 55% de óxido de alumínio. O valor unitário do alumínio, no início de sua produção, era muito caro se comparado a outros metais. Porém, no ano de 1965, ele tornou-se mais barato que o cobre, o que ajudou o crescimento da indústria do alumínio. No setor elétrico, ele compete diretamente com o cobre, apesar de sua menor condutibilidade elétrica, acaba sendo compensado pelo seu baixo peso, tornando-o interessante para aplicação em linhas de transmissão elétrica. Como material de engenharia, destaca-se por suas propriedades físicas e químicas, e sua resistência à corrosão devido à formação intrínseca de uma camada protetora de óxido (HABASHI, 2003, p. 3). Segundo ABAL (2010f), os principais setores da indústria que consomem o alumínio e suas ligas são: Embalagens; Automotivo e Transportes; Construção civil; Bens e consumos;

21 20 Eletricidade; Máquinas e equipamentos; Outros setores. Em outros setores, estão às indústrias que consomem o alumínio moído ou fundido e atomizado, que pode ser transformado em pasta ou utilizado como matériaprima na indústria química como: ferro-liga, mineração, explosivos, refratários, pigmentos; também como combustível sólido para foguetes. Na indústria farmacêutica é aplicado na fabricação de medicamentos antiácidos em que aparece na forma de hidróxidos e cloridróxidos de alumínio. 2.2 CARACTERÍSTICA DO ALUMÍNIO A superfície do alumínio é altamente reflexiva. A energia radiante, a luz visível, ao calor radiante e as ondas eletromagnéticas são eficientemente refletidas. O alumínio apresenta alto grau de condutibilidade elétrica, que aliado a sua propriedade mecânica é aplicado em linhas de transmissões de alta tensão. Sua condutibilidade térmica o torna interessante para aplicação em trocadores de calor, evaporadores, cabeçotes e pistões de motores de automóveis. O alumínio não é ferromagnético, o que o torna interessante para aplicação na indústria de eletroeletrônico. Por ser atóxico é utilizado na indústria de embalagens. Por possuir boa aparência superficial brilhante, ou ainda, por poder receber tratamento superficial de anodização, que confere cores e texturas diferente ao alumínio, fazendo com que este tenha aplicações decorativas e estruturais (DAVIS, 1993, p. 3) O alumínio, na maioria das vezes, está ligado com outros materiais formando ligas. Quando o alumínio fundido possui elementos de liga, ao se resfriar, solidificandose, alguns dos elementos de liga podem ser retidos em solução sólida. Isso faz com que a estrutura atômica do metal se torne mais rígida. A principal função dos elementos de ligas é aumentar a resistência mecânica sem prejudicar as outras propriedades. Assim, novas ligas têm sido desenvolvidas

22 21 combinando as propriedades adequadas à aplicações específicas. A tabela 1 apresenta as propriedades físicas e químicas do alumínio. (BRESCIANE, 1997 p 25.). Tabela 1 Propriedades físicas do elemento químico alumínio. Número atômico 13 Massa atômica 26,98 Densidade 2,7 Mg/m 3 (20 C) Ponto de fusão 660 C Calor específico 400 J/kg.K (25 C) Calor latente de fusão 397 kj/kg Condutibilidade térmica 247 W/m.K (25 C) Resistividade elétrica (volumétrica) 26,55 nω.m (20 C) Condutibilidade elétrica 64,94 % IACS Estrutura cristalina CFC Fonte: Bresciane (1997). 2.3 VALOR MONETÁRIO DO ALUMÍNIO Por ser uma commodittie, o alumínio tem seu valor monetário estabelecido com base na relação oferta-demanda e outros fatores conjunturais. O preço de venda das ligas de alumínio é ditado pelas grandes empresas que produzem o alumínio primário, estas utilizam como referência a cotação do metal na LME (London Metal Exchange). No Brasil, esta é utilizada como referência desde 1990, quando o preço do metal foi liberado do controle governamental (LOUREIRO FILHO, 2006). A formação do preço de venda do alumínio e suas ligas, pelas grandes empresas do setor, é algo particular. As margens de lucro com que elas trabalham e os custos levados em consideração, entre outros fatores, são difíceis de serem definidos. Empresas que produzem ligas de alumínio secundário têm como referência os preços praticados pelas empresas produtoras de alumínio primário. O problema ocorre quando os custos e margens esperadas pelas empresas recicladoras ultrapassam o preço de venda praticado pelas grandes empresas. Isso faz com que as empresas recicladoras deixem de ser competitivas.

23 O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Gro Harlem Brudtland, em sua contribuição no Prefácio da Presidente, do Relatório Nosso Futuro Comum finalizado no ano 1987, relata que o pós-guerra, ocorrido ao término da II Guerra Mundial, trouxe uma nova esperança ao mundo, um espírito de cooperação global em busca de objetivos comuns. Essa postura persistiu até a década de 70, onde começou a ocorrer um clima de reação e isolamento das nações. Brudtland critica a postura dos países industrializados, os quais buscam o crescimento econômico, a qualquer custo, sem pensar no meio ambiente, ou seja, uma postura não sustentável. É devido ao grande poder político e econômico desses países, suas decisões quanto ao desenvolvimento terão profundo impacto sobre as possibilidades de todos os povos manterem o progresso humano para as gerações futuras. (Gro Harlem Brutland, Nosso Futuro Comum, Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente, 1987). Este relatório apresenta a definição de desenvolvimento sustentável: aquele que atende as necessidades do presente sem comprometer a possibilidade das gerações futuras. Segundo Lustosa et al. (2003, p. 157), o grande desafio das empresas que buscam a sustentabilidade ambiental, ou seja, que os recursos naturais sirvam para gerações futuras, têm a sua frente um problema complexo, multidisciplinar, interdisciplinar e sem uma resposta única, capaz de ser resolvido pela inovação tecnológica. Estas podem ser técnicas: utilização de novos processos, produtos, sistemas ou equipamentos; ou organizacional: mudanças nas formas de organização, nas políticas, nas rotinas de trabalho. Segundo Lustosa et al. (2003), as empresas estão tomando consciência de sua responsabilidade ambiental. Encaram os recursos gastos, com foco no desenvolvimento sustentável, como por exemplo, a destinação e processamento correto de seus resíduos. Estão percebendo os retornos ambientais e econômicos que suas ações estão proporcionando.

24 23 A partir dos anos 90, com a globalização alcançando seu pico, as inovações tecnológicas e as alterações nas legislações, houve uma elevação, por parte das empresas, na consciência ambiental, o que permitiu o aperfeiçoamento e desenvolvimento de normas e ferramentas de gestão ambiental, destacam-se a série ISO (International Organization for Standardization) , Avaliações do Ciclo de Vida, Produção Limpa (PL), Produção mais Limpa (PmaisL) Ecologia Industrial, Zero Emission Research Iniciative - Zeri, entre outros (DINIZ, 2007, p.14). Os consumidores, do mesmo modo, devem rever seu modo de vida no que tange o consumo e responsabilidade ambiental. A sociedade atual está alicerçada no consumo de bens. Devido ao rápido desenvolvimento tecnológico e à redução do ciclo de vida dos produtos, a cada dia os consumidores têm novas possibilidades de consumo. Porém, a sociedade do consumo ainda não percebeu as consequências ambientais causadas pelo consumo insustentável em que a mesma está inserida, enxergando somente o produto de desejo, não se preocupando com os possíveis impactos ambientais e sociais na produção e descarte dos produtos pós-consumo, indesejáveis. O aumento do consumo gera, de maneira proporcional, o aumento do lixo. Atualmente são gerados principalmente os resíduos produzidos com materiais do tipo commodities como o alumínio e plástico. (MANO et al., 2005, p. 113). Segundo pesquisa realizada pela ABRELPE (2010), o Brasil produziu entre os anos de 2008 e 2009 aproximadamente 57 milhões de toneladas de resíduo sólido urbano (RSU), o que equivale a um índice per capto de 1,152 kg de RSU, um aumento 6,8% em relação ao mesmo período anterior. Desse total de RSU gerado 43%, aproximadamente 22 milhões de toneladas, não tiveram destino corretos, tendo como destino final aterros controlados ou lixões. Neste sentido, estudos que tragam informações relevantes sobre a reciclagem de materiais, de modo a contribuir para diminuição dos impactos ambientais causado pelos resíduos sólidos gerado pelas empresas e pela sociedade fazem-se necessário.

25 A RECICLAGEM DO ALUMÍNIO Uma grande vantagem de reciclar o alumínio é a economia de energia em relação ao processo primário de redução da bauxita. Na produção do alumínio primário, o consumo de energia elétrica corresponde a um terço dos custos do processo. O consumo médio de energia do processo primário é de aproximadamente 15 kwh/kg. Para realizar a reciclagem do alumínio, levando em consideração todo processo desde a preparação até a fusão da sucata, são consumidos em torno de 6% a 8% do total da energia necessária para obtenção do alumínio primário, pelo processo eletrolítico. (SCHMITZ, 2006, p. 27). Outra vantagem de reciclar o alumínio, destacada por Tenório e Espinosa (2003, p. 116), está ligada à redução do consumo do minério, a não geração da lama vermelha durante o processo primário e a não emissão de flúor. Apesar das vantagens citadas, existe um caminho a ser trilhado para melhorar o índice de reciclagem de alumínio no Brasil, tanto no que tange as políticas ambientais adotadas pelo governo, quanto no que se refere ao emprego de novas tecnologias, A notícia Mais uma vez o Brasil é líder mundial na reciclagem de latas de alumínio, com um índice de 98,2% (ABAL, 2010b), deve ser interpretado com cuidado, já que somente trata-se da reciclagem de latas, não levando em consideração todos os materiais produzidos em alumínio reciclado no país. Essa notícia, pela falta de conhecimento do público em geral, vem satisfazendo a opinião de muitas pessoas acerca da reciclagem do alumínio. Um índice mais significativo leva em consideração o total de alumínio de consumo doméstico reciclado. Neste caso, a média mundial é de 31,1%. O Brasil detém um índice de recuperação, levando em consideração o consumo doméstico, de 36,6%, o que lhe concede a sétima posição mundial. Porém, este índice não deve ser analisado sem levar em consideração o ciclo de vida dos produtos produzidos em alumínio, já que vários são os setores da indústria que fazem uso do alumínio e suas ligas.

26 25 Segundo o site criado pelo IAI, Aluminium for Future Generations (2011), muitos produtos produzidos em alumínio têm um ciclo de vida de anos. Para se ter uma noção, dos 900 milhões de toneladas de alumínio produzidos desde 1880 três quartos ainda estão sendo utilizados. Aproximadamente 35% estão sendo utilizados na construção civil, 30% em cabos de rede elétrica e 30% no setor de transporte. Deste modo, a quantidade de alumínio produzido em determinado período tende a ser maior que a quantidade de alumínio disponível para reciclagem, tendo em vista que muitas aplicações servem também como estoque de alumínio, que poderá ser reciclado após o fim de seu ciclo de vida. O mesmo aponta que do total de sucata de alumínio reciclada globalmente, 48% tem origem no setor de transporte, 28% no setor de embalagens, 11% no setor de engenharia e cabos e 8% tem origem no setor da construção civil. Porém, produtos utilizados pelo setor de embalagem têm um curto ciclo de vida. Por exemplo, o ciclo da lata de alumínio, no Brasil, desde o consumo até sua volta ao mercado é de aproximadamente 30 dias (ABRALATAS, 2011). O alumínio utilizado no setor de embalagem está em forma de chapas e de folhas. Segundo a EAFA (2010), 75% das folhas de alumínio produzidas na Europa são utilizadas na indústria de embalagens. No ano de 2008, na Europa, foram recuperados apenas 45% do alumínio produzido em folhas. Segundo Green (2007, p. 128), a folha de alumínio é totalmente reciclável, porém o índice de folhas que tem sido efetivamente reciclada é limitado. Devido à fina seção transversal e área de superfície elevada, a folha tende a ser rapidamente transformada em oxidado e escória, gerando um baixo índice de rendimento do processo. Outro problema apontado pelo mesmo autor é a reciclagem de materiais compósitos contendo alumínio. Segundo Padilha (2007, p. 21), materiais compósitos são aqueles projetados de modo a conjugar características desejáveis de dois ou mais materiais. São exemplos de materiais compósitos que utilizam folhas de alumínio: as embalagens longa vida, que combinam folhas de alumínio com plásticos e papel em camadas. A reciclagem desses materiais tem sido um problema. No entanto, em maio

27 26 de 2005, uma parceria entre a Alcoa Alumino, a Tetra Pak, Klabin, TSL e Ambiental anunciou uma solução para a reciclagem de embalagens longa vida: usando um jato de plasma de alta temperatura para aquecer a mistura de plástico e alumínio sob atmosfera inerte. O plástico é convertido em parafina, e o alumínio é recuperado na forma de lingotes que podem ser utilizados na fabricação de novas folhas O Ciclo da Reciclagem do Alumínio Muitas vezes o local, empresas ou pessoas que realizam a classificação e o pré-tramento da sucata de alumínio - catadores, cooperativas, associações e comerciantes de sucata - são identificados como executores da reciclagem do alumínio. Esses diferentes atores têm papel fundamental no processo, porém a reciclagem do alumínio ocorre nas plantas de reciclagem. Segundo Nani (2007, p. 11) Reciclar é economizar energia, poupar recursos naturais e trazer de volta ao ciclo o que é jogado fora. A palavra foi introduzida no vocabulário internacional na década de 80. Recycle significa = Re (Repetir) + Cycle (Ciclo). A IAI realizou um levantamento, no ano de 2008, das plantas de reciclagem de alumínio existentes no mundo. O quadro 1 é uma adaptação do levantamento realizado. Região Número de plantas de reciclagem de alumínio América do Norte 316 América Latina e Caribe 117 Europa 273 África 46 China 71 Japão 120 Restante da Ásia 495 Oceania 56 Oriente Médio 50 Quadro 1 Número de plantas de reciclagem de alumínio nos diversos continentes. Fonte: Adaptado: IAI (2009a, p. 10) O ciclo da reciclagem do alumínio é composto por várias etapas que vão desde a fabricação do produto até a fabricação de novos produtos produzidos com alumínio

28 27 consumido. A figura 1 apresenta o ciclo da reciclagem do alumínio de maneira genérica, mostrando os diversos autores que atuam no campo da reciclagem. Figura 1 Ciclo da reciclagem do alumínio. Fonte: O Autor. reciclagem. A seguir serão tratadas as etapas da coleta do alumínio e seu processo de A coleta da sucata de alumínio Apesar da reciclagem do alumínio ocorrer nas plantas de reciclagem, as associações, cooperativas, catadores, comerciantes de sucata, indústrias e a sociedade têm papel fundamental nesse ciclo. A sociedade e as indústrias são responsáveis pela correta destinação da sucata de alumínio pós-consumo para os diversos níveis da cadeia da coleta. Os demais, na realização da classificação e pré-tratamento da sucata. As diferentes sucatas de alumínio são agrupadas em classes que retratam o processo de fabricação do produto que as geraram ou refletem a sua composição

29 28 química. Na fase da coleta e seleção, os diversos agentes ambientais procuram classificar o alumínio seguindo orientações do mercado. Um dos fatores é o grau de contaminação da sucata. São exemplos de contaminação: tinta, materiais plásticos e metálicos. Uma classificação da sucata de alumínio utilizada é apresentada no quadro 2. (GUSMÃO, 2000, p. 6). Tipo Estamparia A Estamparia B Estamparia C Pistões Blocos Misto Cavacos Materiais Retalhos industriais de alumínio (perfis e laminados), cabos e fios sem alma de aço e/ou revestimento, isento de impurezas (rendimento mínimo 95%). Retalhos de perfis e laminados usados (incluindo chapas off-set) e cabos/fios sem alma com máximo 5% de impurezas (rendimento global superior a 80%) Telhas, forros, fachadas decorativas, chapas usadas de ônibus e baús, panelas e demais utensílios domésticos isentos de cabos (baquelite, madeira, etc..) e de ferro (parafusos, rebites, cantoneiras). (rendimento global superior a 80%) Pistões de automóveis isentos de anéis de ferro Alumínio duro, peças fundidas em geral Panelas com cabo, antenas de TV, tubos de spray com ou sem cabeça, persianas e miúdos de alumínio (bocal de lâmpadas, tubos de pasta de dentes). Usinados em geral, com impureza até 6% - óleo, ferro e elementos estranhos Latas de bebidas em geral, compactadas e enfardadas com máximo 6% Latas de impurezas (rendimento geral acima de 75%) Quadro 2 Classificação de sucatas de alumínio. Fonte: Gusmão (2000, p. 6) O mercado tem se ajustado para o melhor aproveitamento das sucatas de alumínio recolhidas. Uma classificação é a apresentada pela ABAL (2006, d). O quadro 3 mostra 20 grupos de sucatas de alumínio levantados no mercado nacional, tendo como base as indicações recomendadas pelo Institute of Scrap Recycling Industries (ISRI), associação norte americana que congrega as empresas que atuam na reciclagem de vários tipos de materiais.

30 29 SUCATA Bloco Borra Cabo Cavaco Perfil Chaparia Chaparia mista Chapas off-set Estamparia branca Latas prensadas Latas soltas ou enfardadas Panelas Perfil branco DESCRIÇÃO Blocos de alumínio isentos de contaminantes (ferro e outros), com teor de 2% de óleos e/ou lubrificantes. Escória com teores variáveis de alumínio e percentual de recuperação a ser estabelecido entre vendedor e comprador Cabo com alma de aço. Retalhos de cabos de alumínio não ligados, usados, com alma de aço. Cavacos de alumínio de qualquer tipo de liga, com teor máximo de 5% de umidade/óleo, isentos de contaminantes (ferros e outros). Retalhos de perfis sem pintura. Retalhos de chapas e folhas, pintadas ou não, com teor máximo de 3% de impurezas (graxas, óleos, parafusos, rebites etc.); chapas usadas de ônibus e baús, pintadas ou não; tubos aerossol (sem cabeças); antenas limpas de TV; cadeiras de praia limpas (isentas de plástico, rebites e parafusos). Forros, chapas decorativas e persianas limpas (sem corrosões ou outras impurezas). Chapas litográficas soltas, novas ou usadas, da série 1000 e/ou 3000, isentas de papel, plástico e outras impurezas. Retalhos de chapas e folhas, sem pintura e outros contaminantes (graxas, óleos, parafusos, rebites etc.) gerados em atividades industriais. Latas e alumínio usadas decoradas, prensadas com densidade entre 400kg/m 3, com fardos palatizados ou amarrados em lotes de 1.500kg, em média, com espaço para movimentação por empilhadeira, teor máximo de 2,5% de impurezas, contaminantes e umidade. Latas de alumínio usadas decoradas, soltas ou enfardadas em prensa de baixa densidade (ate 100 kg/m3), com teor máximo de 2,5% de impurezas, contaminantes e umidade. Panelas e demais utensílios domésticos ( alumínio mole ), isentos de cabos baquelita, madeira etc. e de ferro parafusos, rebites etc. Retalhos de perfis sem pintura ou anodizados, soltos ou prensados, isentos de contaminantes (ferro, graxa, óleo e rebites). Perfis mistos Pistões Radiador alumínio alumínio- Radiador cobre Retalho industrial branco de chapa para latas Retalhos de perfis pintados, soltos ou prensados, com teor máximo de 2% de contaminantes (ferro, graxa, óleo e rebites). Pistões automotivos isentos de pinos, anéis e bielas de ferro, com teor máximo de 2% de óleos e/ou lubrificantes Radiadores de veículos automotores desmontados isentos de cobre, cabeceiras e outros contaminantes (ferro e plástico). Radiadores de veículos automotores desmontados isentos de cabeceiras e outros contaminantes (ferro e plástico). Retalho de produção industrial de latas e tampas para bebidas, soltos ou prensados, isentos de pinturas ou impurezas. Retalhos de telhas de alumínio, pintados em um ou em ambos os lados, Telhas isentos de parafusos ou rebites de ferro, revestimentos de espuma ou assemelhados. Quadro 3 Classificação de sucatas de alumínio. Fonte: ABAL (2006d).

31 30 A reciclagem do alumínio no Brasil, com toda a logística de coleta, teve seu fortalecimento com a implantação da primeira fábrica de latas de alumínio no país, a Reynolds Latasa, no ano de A mesma empresa, em 1991, e a Novelis, em 1995, lançaram os primeiros programas de reciclagem de alumínio no país. (CASTRO, 2006, p. 21). A forma como o mercado nacional de coleta de sucata de alumínio está organizada e suas relações comerciais são complexas. Muitos são os atores que compõem essa rede, e o caminho percorrido pela sucata de alumínio pode tomar diferentes rumos até ser reciclada novamente. Dentro da rede de reciclagem de alumínio, a fidelização entre os atores que compõem a cadeia da coleta é extremamente frágil, imperando, na maioria dos casos, o valor monetário pago pelo material. Segundo Vieira e Paula (2009), que estudaram o campo organizacional da reciclagem da lata de alumínio no estado do Rio de Janeiro, foi constatado que o maior interesse, ou seja, o que move a reciclagem da lata é o interesse econômico. Os mesmos identificaram que dentro das relações comerciais existe uma estrutura de dominação imposta pelos grandes sucateiros e as centrais de reciclagem, conforme a necessidade interna das mesmas. O valor da sucata, diferentemente do valor das ligas de alumínio, não está atrelado a padrões definidos como, por exemplo, a LME. São impostos conforme o interesse daqueles que estão no topo da cadeia da reciclagem. As grandes empresas de reciclagem de alumínio possuem laços comerciais mais estreitos com os grandes comerciantes de sucatas, pois esses possuem maior capital de giro, se comparado aos pequenos sucateiros, centrais de coletas e associações. Assim, as vantagens conseguidas pelas empresas de reciclagem são maiores: preços mais baixos, devido à quantidade comprada, parcelamento da compra e maiores prazos para pagamentos. Já as compras que ocorrem entre os grandes comerciantes de sucatas e os demais níveis da cadeia da coleta são, à vista ou com o adiantamento do pagamento, para assegurar a compra do material que ainda será coletado. O pagamento adiantado

32 31 é uma tentativa de fomentar e fidelizar os atores que estão em um nível mais baixo na cadeia da coleta O processo de reciclagem do alumínio Após o alumínio ser coletado, o próximo passo é o seu processamento nas centrais de reciclagem. Essas empresas apresentam um fluxo operacional de processo conforme a figura 2. (POPOVICI, 1999). Figura 2 - Fluxo de operação industrial do alumínio secundário. Fonte: (Popovici, 1999). Os diferentes tipos de sucatas utilizadas e as diferentes ligas produzidas em uma central de reciclagem dão indícios do processo de fabricação que a mesma emprega. Schmitz (2006) apresenta uma classificação dos processos de reciclagem de alumínio em: (I) Refinaria (refiner), trabalha com um mix maior de sucatas para obter uma gama de ligas. Na refinaria são obtidas, geralmente, ligas que serão usadas na fabricação de peças fundidas e ligas para desoxidação. Podem trabalhar com alumínio contendo contaminantes, como por exemplo: óleo, tinta, plástico, papel e outros metais. Ou seja, sucatas que necessitam pré-tratamento para posterior fusão. (II) Refusão (remelter), trabalha com sucatas com teores menores de contaminantes, necessitando

33 32 de limpeza para retirada de matérias, que não o alumínio. Na refusão, o objetivo é trabalhar com sucatas padronizadas, que tenham a mesma composição química da liga que será produzida, não necessitando grandes correções, como as que ocorrem no processo de refinaria. A figura 3 apresenta um fluxo em paralelo para os dois processos. coleta coleta coleta coleta coleta pré-triagem limpeza da sucata cominuição cavacos escória gases limpos triagem secundária controle da poluição Fe, Cu, Zn, materiais não metálicos triagem final Queima de materiais orgânicos compactação tratamento da escória depósito de resíduos refusão refiner fusão liga vazamento fusão fusão fusão correção correção correção vazamento vazamento vazamento gases limpos controle da poluição depósito de resíduos ligas para conformação ligas para desoxidação Figura 3 - Fluxo de processo e comparativo entre centrais de reciclagem por refusão e refinaria. Fonte: Schmitz (2006, p. 32). ligas para fusão ligas para fusão O processo, em uma central de reciclagem de sucatas de alumínio, tem início na triagem da sucata adquirida. A sucata apesar de passar por vários níveis da cadeia da coleta ainda pode conter contaminante. Nessa fase, também, a sucata é pesada e

34 33 classificada. A classificação necessita ser mais específica que a apresentada anteriormente. Nesse estágio, o foco é a composição química da sucata. A definição da composição química das sucatas ajudará, posteriormente, na definição de quais sucatas deverão ser utilizadas para compor a carga que será fundida para fabricação das ligas requeridas. Por exemplo, o alumínio classificado como bloco nas classificações apresentadas por Gusmão (2000) e ABAL (2006d), quadros 2 e 3 respectivamente, podem conter sucatas com composições químicas diferentes. Isso faz com que seja necessária uma classificação mais refinada, com o foco na composição química. Como citado anteriormente, o processo de preparação da sucata de alumínio para fusão está ligado ao tipo de material a ser utilizado e as ligas que serão produzidas. Muitos são os equipamentos utilizados para o beneficiamento da sucata de alumínio. Por não ser o foco desse estudo, a preparação da sucata de alumínio não será tratada neste trabalho Tecnologias aplicadas à fusão da sucata de alumínio Existem diversos tipos de fornos utilizados na produção de ligas de alumínio secundárias que empregam diferentes princípios de aquecimento, formas construtivas e equipamentos auxiliares. A decisão sobre o tipo de forno que deve ser utilizado em uma planta de reciclagem de alumínio depende: do mix, dimensões e quantidade da sucata a ser processada; do combustível que será empregado; da capacidade de produção desejada para a planta e do capital destinado para construção da mesma (SCHMITZ, 2006, p. 106). O mesmo autor apresenta duas classificações para os fornos utilizados na fusão da sucata de alumínio. A primeira leva em consideração o tipo de energia utilizada na fusão da sucata, sendo consideradas a energia elétrica e a energia gerada por combustíveis fósseis. A segunda leva em consideração as características

35 34 construtivas dos fornos de fusão. Nessa, são apresentadas três grandes famílias de fornos: fornos revérberos, fornos rotativos e fornos cadinho. A seguir serão apresentados os principais tipos de fornos utilizados na reciclagem do alumínio. A. Forno Rotativo Horizontal O forno rotativo horizontal (Rotary drum furnace) (Rotary salt furnace) é composto por um cilindro em aço que gira em torno de seu eixo de simetria, sendo seu interior revestido de material refratário. As duas extremidades são abertas, por uma delas é realizada a alimentação da sucata e saída dos gases, na outra há um queimador. Após a fusão, o vazamento do alumínio fundido ocorre por uma abertura na lateral da carcaça do forno. Devido a sua flexibilidade na fusão e a capacidade de processar uma gama considerável de diferentes tipos de sucatas de alumínio, o forno rotativo horizontal é amplamente utilizado em plantas de reciclagem de alumínio, sendo empregado por grandes e pequenas empresas do ramo (GIL, 2005). Nos fornos rotativos horizontais são empregados queimadores que utilizam combustíveis fósseis, geralmente: óleo queimado; óleo combustível pesado BPF, ou oléo de xisto, utilizando como comburente o ar; queimadores que utilizam gás natural (GN) ou gás liquefeito do petróleo (GLP), tendo por comburente ar ou oxigênio. Apesar do último ser menos poluente e garantir uma melhor qualidade tanto do processo quanto da liga produzida, o seu custo é maior se comparado aos diverso tipos óleos. Nos fornos rotativos horizontais, comumente são utilizados fluxos de proteção do banho fundido para previnir excessivas perdas de alumínio por oxidação. O fluxo tem a função de criar uma camada protetora entre o alumínio fundido e a atmosfera do forno. O fluxo também facilita na coalescência e precipitação pela fácil remoção do filme de óxido, que normalmente forma-se na superfície do alumínio. Possue também a função de manter os óxidos contidos no banho em suspensão. (BENDER; CRUZ, 2005; GIL, 2005; TENÓRIO; ESPINOSA, 2003; SCHMITZ, 2006, p. 80). A figura 4 apresenta um corte no sentido perpedicular ao eixo de rotação do forno rotativo.

36 35 Figura 4 Forno rotativo horizontal em corte. Fonte: Adaptado de ZHOU et al. (2006). Um fluxo muito utilizado é o salino, composto por cloreto de sódio ou cloreto de potássio (NaCl e KCl), ou uma combinação entre esses. Duas composições podem ser utilizadas: (I) 60% NaCl e 40% KCl (Szente, 1997); (II) Mistura equimolar desses dois sais (50% NaCl e 50% KCl) (ABAL, 2007e, p. 34; Tenório; Espinos, 2003, p. 126). A última composição corresponde ao ponto eutético, ou seja, a menor temperatura de fusão da liga, equivalente a 645 C, figura 7. Figura 5 - Diagrama de equilíbrio da mistura NaCl/KCl. Fonte: ABAL (2007e, p. 34).

37 36 Tenório et al. (2001) realizaram estudos de modo a entender a influência da adição do fluxo de sal no aumento da taxa de recuperação do alumínio. Constataram que o óxido forma uma camada que envolve o alumínio, tendo o fluxo a função de romper esssa camada e facilitar a coalescência das gostas de alumínio. Constaram também uma melhora na viscosidade da camada de proteção, bem como um aumento na velocidade de corrosão da camada de óxido de alumínio pela mistura equimolar NaCl e KCl com a adição de NaF e KF. Para conseguir uma melhor eficiência da camada de proteção do banho fundido, pode-se ainda adicionar juntamente com os sais a criolita (Na 3 AlF 6 ) para diminuir a tensão superficial do óxido de alumínio aderido a superfície da sucata, aumentando o rendimento metálico. A adição comumente utilizada de criolita é de 5%. (XIAO; REUTER, 2002; ABAL, 2007e, p. 26). Schmitz (2006, p. 85) apresenta uma classificação dos efeitos de diversos fluoretos e cloretos que podem ser utilizados junto ao fluxo salino, de modo a melhorar a ação de coalescimento do mesmo, quadro 4. Excelente Na 3 AlF 6 < LiF < NaF < NaF < KF Bom CaF 2 < MgF 2 Moderado AlF 3, Mg F Pobre LiCl < CaCl 2 < MgCl 2 Quadro 4 Classificação da ação dos fluoretos e cloretos utilizados junto ao fluxo salino. Fonte: Adaptado de Schmitz (2006, p. 85). Segundo a ABAL (2007e, p. 32), fornos rotativos horizontais trabalham com rotação de 2,5 a 5 rotação por minuto. Para iniciar o processo de fusão são adicionados de 30% a 40% do fluxo salino em relação a carga metálica no interior do forno O fluxo é fundido e só depois ocorre o carregamento do forno com sucata de alumínio. Os fornos rotativos horizontais alcançam rendimentos metálicos baixos que variam de 50% a 75%. Porém, segundo Kurzawa (2006, p. 33), a empresa Noviles, fabricante de laminados de alumínio, consegue rendimentos na fusão de latas de alumínio na ordem de 81%, em fornos rotativos horizontais. Devido às preocupações econômicas e ambientais para alcançar melhores índices de produtividade e, consequentemente, menores níveis de geração de resíduos,

38 37 novas tecnologias foram implementadas ao forno rotativo, de maneira a melhorar seu desempenho. B. Forno TRF (Tilting Rotary Furnace) O forno Rotativo Basculante, Tiliting Rotary Furnace (TRF), apresentado na figura 6, também conhecido como forno tipo pera, foi projetado com o intuito de minizar problemas que ocorrem na recuperação de sucatas de alumínio em fornos rotativos horizontais: o carregamento da sucata e a retirada da escória após o fim do processo de fusão. Figura 6 - Forno TRF. Fonte: ALTEK-MDY (2009) O forno TRF possui somente uma abertura onde está localizado o queimador e por onde ocorre o carregamento da sucata, vazamento da liga e retirada da escória após a fusão da carga. Devido à grande dimensão dessa abertura, se comparada ao forno rotativo horizontal, as operações citadas ocorrem com maior facilidade, reduzindo o tempo de produção. Apesar do maior diâmetro da abertura, a capacidade de rentenção de material fundido dos fornos TRF são semelhantes as dos fornos rotativos horizontais, graça a sua forma geométrica e inclinação. A figura 6 ilustra essa característa do forno TRF.

39 38 Figura 7 Geometria e inclinação do forno TRF. Fonte: Schmitz (2006, p. 85). Segundo a ALTEK-MDY (2009), empresa fabricante de fornos, os fornos TRF utilizam queimadores do tipo oxi-combustível, o que reduz a utilização de fluxos de proteção. Segundo ABAL (2007e, p. 32) os fornos TRF utilizam de 15% a 18% em peso, em relação à carga de fluxo de proteção. O redimento de recuperação do processo de reciclagem, nesse tipo de forno, pode atingir até 85%. O consumo de energia para o forno TRF é de 400 kwh/t para queimadores do tipo oxi-gás. (ALTEK- MDY, 2009; SCHMITZ, 2006, p. 99). Hall (2004 apud SCHLESINGER, 2007, p. 146) aponta que os forno TRF possuem intalações caras e custo de manutenção elevado, sendo indicado para sucatas oxidadas ou na recuperação de escórias de alumínio, porém, não são indicados para sucatas finas. C. Forno URTF (Universal Rotary Titable Furnace) Estudos realizados pela Linde introduz um novo conceito de forno rotativo: o Universal Rotary Titable Furnace (URTF). O diferencial do sistema URTF em relação ao sistema TRF, está em seu sistema de queima e no seu grau de automação. Segundo Bender e Cruz (2005), o principal diferencial desse forno é a utilização de mais uma entrada de oxigênico, que permite um controle da direção da chama e uma maior eficência na queima. O sistema de controle de queima, que combina um queimador oxi-combustível com recursos para a queima de eventuais componentes

40 39 orgânicos voláteis contidos na carga, oléos, vernizes e tintas, através da injeção de oxigênio adicional no interior do forno, reduzindo, por consequência as emissões, figura 8. Figura 8 - Forno URTF. Fonte: Biedenkopf et al. (2011). Neste processo admite-se também o uso de sais fundentes, ainda que em quantidade reduzida. Segundo Gripenberg et al. (2002), a quantidade de sais utilizados são da ordem de 0 a 70 kg/t, a proporção de escória gerada varia entre 180 a 250 kg/t, o consumo de energia é igual a 350 kwh/t. D. Forno Reverbero (Reverb Furnace) O principal objetivo em um projeto de um forno reverbero é maximizar a eficiência térmica, pela sua grande capacidade de fusão por volume, reduzindo o consumo de combustível. (SCHLESINGER, 2007, p. 137). Muitos são os modelos de fornos reverberos existentes. Schimtz (2006, p. 110) apresenta 11 modelos diferentes utilizados na reciclagem do alumínio. Dentre estes, será apresentado o forno tipo side well. O forno revérbero side well é indicado para fusão de retalhos e cavacos de alumínio, quando utiliza equipamentos auxiliares para submersão de sucata no banho

41 40 de alumínio fundido. Um exemplo desse equipamento é o sistema LOTTUS (Low Turbulence Scrap Submegence) desenvolvido pela Pyrotek. A figura 9 apresenta o forno side well equipado com o sistema LOTTUS. Basicamente, o sistema é composto por uma bomba que tem a função de fazer a circulação do alumínio fundido, e uma câmara de circulação localizada na saída da bomba que tem a finalidade gerar um vórtex. A câmara de circulação é construída em material refratário e possui um perfil especial, de modo a gerar o vórtex. (PYROTEK, 2008). O vórtex gerado faz com que o material de pequena espessura não fique flutuando sobre o banho fundido mas vá para dentro do metal líquido, evitando o contato com atmosfera oxidante do forno, diminuindo sua oxidação (ABAL, 2007e, p. 30). Bomba de circulação Câmara geradora do vórtex Figura 9 - Forno Side-well com sistema LOTTUS. Fonte: Pyrotek (2010). Segundo a Pyrotek (2010), o sistema de bombeamento de alumínio fundido utiliza dois principios de funcionamento. O primeiro sistema faz o bombeamento de forma convencional, mecanicamente, chamado sistema Metaullic. O segundo faz o bombeamento de forma magnética, sistema EMP, que funciona segundo o princípio de um motor linear, o alumínio fundido atua como o rotor e a bobina age como estator. Ambos os sistemas têm por função: melhorar a homogenização da temperatura e a

42 41 composição química da liga fundida; realizar a filtragem do alumínio e transferência do metal líquido para panelas ou outros fornos. Quando se pretende fundir sucatas finas com contaminantes orgânicos em fornos side well que possuam equipametos com sistema de submersão de sucata, é indicado a decapagem prévia da sucata. Isso garante uma melhor qualidade do alumínio secundário produzido. (SCHLESINGER, 2007, p. 143). E. Forno Plasma IPT As pesquisas sobre a recuperação do alumínio têm avançado no Brasil. Parceria realizada entre as empresa Alcoa, Klabin e TSL, junto à Universidade de São Paulo (USP) e o Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), proporcionou o desenvolvimento de um forno para reciclagem de alumínio que utiliza o plasma como fonte de energia para fusão do material. (PEDROSO; ZWICKER, 2007). O forno Plasma IPT, figura 10, opera em atmosfera isenta de oxigênio, o que inibe a oxidação do banho fundido, não sendo necessária a utilização de fluxos salinos para proteção do banho fundido, evitando a formação da borra preta. (SZENTE et al., 1997; 2007e, p. 46). Figura 10 Forno a Plasma IPT. Fonte: Adaptado de ABAL (2007e, p. 47). Ao contrário dos demais processos, os quais buscam evitar pontos quentes no interior do forno, o forno a plasma IPT permite o aquecimento direto da carga por

43 42 transferência de calor predominantemente convectiva, decorrente da circulação dos gases no arco de plasma. Nos outros fornos, do tipo rotativo, a transferência de calor ocorre da parede do forno, predominantemente, e desta para a carga (BENDER; CRUZ, 2005). O forno Plasma IPT tem uma eficiência energética de 450 kwh/t, para fusão de sucatas de alumínio e um tempo de processo entre 1h30min a 2h30min. (ABAL 2007e, p. 46) F. Forno Elétrico à Indução (Induction Furnace) O forno elétrico à indução pertence à família dos fornos tipo cadinho (crucible furnace). Existem dois tipos de fornos elétricos à indução aplicados à reciclagem do alumínio: forno elétrico à indução a canal (channel induction furnace) e forno elétrico à indução a cadinho, conhecido também como forno elétrico à indução sem núcleo (coreless induction furnace) (SCHMITZ 2006, p. 110). Como a presente pesquisa utilizou um forno elétrico à indução sem núcleo, será trado somente sobre este, com a denominação de forno elétrico à indução. O forno elétrico à indução possui como diferencial, se comparado aos outros fornos utilizados na reciclagem do alumínio, a capacidade de uma melhor homogenização das ligas produzidas. (LUZGIN et al., 2004). Para Schimitz (2006, p. 164) o forno à indução é interessante para produção de ligas com alta qualidade. Verran et al. (2005) constatou a qualidade do alumínio secundário obtido em um forno elétrico à indução, pela baixa perda de elementos de ligas em diversas fusões com sucatas de latas de alumínio. Outro ponto a se destacar no forno à indução é a forma como é realizada o aquecimento da carga. Devido à utilização do efeito joule para fusão da carga, não há geração de emissões gasosas, o que por consequência garante a qualidade da liga, redução da oxidação desta, diminuição dos impactos ambientais e melhora das condições de trabalho para os operadores do forno (SCHMITZ 2006, p. 108). A produtividade do processo de fusão de sucatas de alumínio está ligado à relação entre a área específica e seu peso, sua composição química, grau de

44 43 contaminantes existente e forma de operação do forno. Smith (1994) realizou fusões com diversos tipos de materiais em um forno elétrico à indução, constatou índices de recuperação que variaram entre 85% a 96,5%, dependendo do tipo de sucata fundida. Para folhas de alumínio sem contaminante e sucata laminada de alumínio velha, os índices de produtividade foram de 97% e 85,5% em média, respectivamente. Os fornos elétricos à indução são utilizados em plantas de reciclagem onde não são necessárias grandes capacidades de fusão, se comparado aos fornos rotativos e reverberos, que podem atingir capacidades maiores que 20t e 100t de alumínio fundido, respectivamente (SCHMITZ 2006, p. 108; ALTEK-MDY, 2009). Porém, apesar da baixa capacidade de acondicionamento de alumínio fundido, normalmente de no máximo 10 toneladas, os fornos à indução apresentam taxas de fusão consideráveis. Segundo Luzgin et al. (2004), a Réltek fabrica fornos elétricos à indução utilizados na recuperação de sucatas de alumínio com taxas de fusão da ordem de 12,4t/h. No processo reciclagem do alumínio em forno elétrico à indução é dispensado o uso de fluxo salino, para proteção do banho fundido. Somente é necessário, ao fim do processo de fusão, a utilização de um fluxo exotérmico para liberação do alumínio contido na escória. Uma quantia de 0,5% em peso em relação à carga total de material adicionado no forno, de fluxo exotérmico é o suficiente. (SMITH, 1994). Estudos realizados por Samuel (2002) e Fogagnolo et al. (2003), propõe a recuperação da sucata de alumínio por métodos que não os convencionais, que realiza a fusão da sucata de alumínio. O principio está na compactação em alta pressão de materiais, em forma de cavaco ou pó, para densificação do material. Este processo tem como vantagem não gerar emissões de gases e produção de escória, comumentes gerados nos processo convencionais por fusão. O quadro 5 apresenta uma comparação entre os diferentes tipos de tecnologias, mostrando os pontos pontos fortes e os pontos fracos de cada uma delas. TECNOLOGIA PONTOS FORTES PONTOS FRACOS

45 44 Forno Rotativo Horizontal Forno TRF - Investimento inicial baixo; - Alta taxa de fusão; - Possibilidade de fundir uma gama de diferentes tipos de sucatas; - Facilidade na alimentação do forno; - Alta taxa de fusão; - Menor perda por oxidação se comparado ao forno rotativo horizontal; - Fácil remoção da escória contida na parede do forno. - Utilização de fluxo salino para proteção do alumínio fundido; - Alta geração de escória; - Alta taxa de emissões gasosas; - Oxidação do alumínio fundido; - Baixos índices de rendimento do processo; - Difícil limpeza da escória contida na parede do forno; - Investimento inicial elevado; - Custo de manutenção elevado; - Utilização de fluxo salino para proteção do banho; - Índices intermediários de rendimento do processo; - Indicado para altas produções. Forno URTF Forno Reverbero (sistema de submersão) Forno IPT Plasma Forno Elétrico à Indução - Facilidade na alimentação do forno; - Alta taxa de fusão; - Alto grau de automação e controle de processo; - Menores índices de emissões gasosas; - Dispensa o uso de fluxos salinos. - Facilidade na alimentação do forno; - Indicado para fusão de retalhos de cavacos; - Alto grau de automação e controle de processo; - Dispensa o uso de fluxos salinos. - Não necessita de fluxo de proteção; - Não forma borra preta; - Fácil alimentação; - Indicado para recuperar sucatas de alumínio contaminadas com polímeros; - Não necessita de fluxo de proteção; - Fácil alimentação; - Melhor homogenização da liga produzida; - Elevado rendimento térmico; - Baixa perda de elementos de liga; - Possibilidade de produção de diferentes tipos de ligas em um mesmo forno; - Indicado para uma gama de diversos tipos de sucatas; - Pode ser utilizado para baixas e médias escalas de produção. Quadro 5 Resumo das características dos equipamentos de fusão. Fonte: Organizado pelo autor. - Investimento inicial elevado; - Custo de manutenção elevado; - Índices intermediários de rendimento do processo; - Indicado para altas produções. - Investimento inicial elevado; - Custo de manutenção elevado; - Indicado para altas produções. - Investimento inicial elevado; - Custo de manutenção elevado. - Investimento inicial elevado; - Custo de manutenção elevado.

46 ESCÓRIA DO ALUMÍNIO A escória do alumínio (dross) é um resíduo classificado como perigoso que também pode ser chamada, de acordo com os teores de alumínio presente, de borra branca ou borra preta (salt cake). Basicamente são compostas por: alumínio metálico (65% a 75%), óxido de alumínio (25 a 30%), carbeto de alumínio (2 e 3%), nitreto de alumínio (3 a 5%), óxido de ferro (0,5 a 2%) e óxido de silício (0,5 e 1,5%). (ABAL, 2007e, p. 17). Devido à elevada presença de alumínio metálico nas escórias, este tipo de resíduo é passível de comercialização por empresas licenciadas. Desta forma, o valor oriundo dessa comercialização pode ser contabilizado pelas organizações como receita ambiental. No entanto, é um indicador negativo de rentabilidade e produtividade. (DINIZ, 2007). Segundo a ABAL (2007e, p. 25) as fundições que utilizam fornos com menor tecnologia, como os horizontais rotativo convencional, produzem um percentual elevado de borra, em torno de 30% a 40%, contendo baixos teores de alumínio metálico, em torno de 8% a 15% Mecanismos de Formação da Escória Segundo ABAL (2007e, p. 12), a formação da escória é um mal inevitável durante o processo de fusão do alumínio. A formação da escório ocorre conforme os seguintes mecanismos: Oxidação do metal líquido; Filme de óxido inerente ao lingote/retalhos; Movimentação e transporte do metal líquido. A oxidação ocorre logo após a fusão do material, formando uma camada delgada de óxido (Al 2 O 3 ), gerada pela reação com a umidade presente no ambiente. A camada formada é diretamente proporcional à temperatura do banho, temperaturas crescentes resultam em camadas de óxidos mais espessas.

47 46 Quando ocorre a quebra da camada de óxido formada sobre o banho fundido, o alumínio novamente é exposto ao meio, formando uma nova camada, gerando maior quantidade de óxido Outro fator que influencia na formação de óxidos no banho fundido é a composição química da liga de alumínio. Composições químicas com maiores teores de magnésio apresentam facilidade em oxidar-se, devido à facilidade da formação do óxido de magnésio (MgO). Os tipos de chama proveniente dos queimadores dos fornos de fusão influenciam na oxidação do banho de alumínio. Segundo a ABAL (2007e, p. 16) este é um fator determinante para maior ou menor oxidação, juntamente com as características do material a ser fundido. Uma atmosfera oxidante do forno promove a oxidação do metal na razão direta à relação área/peso, ou seja, quanto maior esta relação, maior a oxidação. A figura 11 apresenta a perda de fusão em função da espessura do material fundido. Nota-se um crescimento exponencial em espessuras bem baixas. Figura 11 - Perda na fusão em função da espessura do material. Fonte: ABAL (2007e, 17).

48 47 A figura 12 apresenta a perda na fusão em função da espessura do material utilizado e sua composição química. Para uma temperatura de 750 C, espessura de retalho decrescentes, abaixo de 2 mm apresentam uma elevação na perda, por oxidação, durante o processo de fusão. Ligas puras Al 99,5% e ligas de manganês têm o comportamento semelhante, em termos de geração de escória. No entanto, as ligas contendo magnésio apresentam perdas maiores. (ABAL, 2007e, p. 18). A forma como é feito o carregamento do forno influencia também na geração da escória. Segundo ABAL (2007e), retalhos com espessuras inferiores a 0,5mm apresentam uma perda de fusão bem superior a retalhos mais espessos. É de recomendado evitar que retalhos com espessuras baixas tenham contato com atmosferas oxidantes do forno e, sempre que possível tentar, submergí-la no alumínio líquido presente no forno. Figura 12 - Perda de metal em função da espessura da sucata e sua composição. Fonte: ABAL (2007e, 18).

49 PARÂMETROS DE AVALIAÇÃO DO PROCESSO DE RECICLAGEM DE ALUMÍNIO Produtividade Um parâmetro importante para avaliação do processo de reciclagem do alumínio é a produtividade. Segundo Schmitz (2006, p. 95), a produtividade do processo é a relação entre o total de alumínio recuperado, obtido após a fusão, pelo total de alumínio, já passado pelo processo de limpeza, carregado no forno, equação (1). (1) Sendo, P= Produtividade; Ms= Massa da sucata carregada no forno; Mp= Massa de metal produzido. Na equação (1) não estão sendo levados em consideração; possíveis materiais que alterem o peso da sucata que foi fundida, como: tinta, óleo, plástico, madeira, pedra outros metais; o óxido protetor contido na sucata de alumínio, apesar de os teores de óxidos poderem atingir 7% do peso da carga, para sucatas com muito tempo de armazenagem e com grande área de superfície; perdas de elementos de ligas, como magnésio e perda de partículas de material fundido carregadas pelos gases emitidos durante o processo de fusão. Pois quantificação de todos esses parâmetros é algo muito difícil (SCHMITZ, 2006, p. 95).

50 Lucratividade Segundo Ross et al. (2000), a lucratividade é um indicador que demonstra a eficiência operacional de um negócio. É expressa como um valor percentual que indica a proporção de ganhos de um negócio, mostrada pela equação (2). (2) Sendo, L= Lucratividade LL= Lucro líquido; RT= Receita total. Para o cálculo da lucratividade é necessário definir o lucro líquido. Segundo Souza (2007), para obter o valor do lucro líquido, deve ser descontado do faturamento bruto: os custos variáveis, impostos, despesas fixas, amortização/ provisões e outras despesas não-operacionais. Para aplicar o conceito do lucro líquido no presente estudo, algumas adaptações foram realizadas, considerando que os custos de produção, custos fixos, custos operacionais e impostos são iguais para todas as ligas produzidas. Sendo variáveis: os custos com matérias-primas (sucatas e elementos de adição) utilizadas no preparo das cargas, e a receita total (RT) que é o produto entre a quantidade de liga produzida pelo preço de venda da liga. Definiu-se a quantidade padrão de comparação 1 kg. Deste modo, a receita total (RT) será igual ao preço de venda de 1 kg do preço da liga (Pv). Assim, o lucro líquido (LL) fica definido como a diferença entre o preço de venda do quilo liga (Pv) menos os custos com matéria prima (Cmp), levando em consideração os diversos materiais utilizadas na fabricação desta, equação (3).

51 50 LL = Pv Cmp (3) Sendo, LL= Lucro líquido; Pv= Preço de venda da liga/kg; Cmp= Custo com matéria-prima/kg. Para o cálculo (Cmp) inicialmente foram obtidos os custos com os materiais utilizados em cada corrida separadamente. Expresso pela somatória monetária de todas as matérias-primas utilizadas em uma corrida (Ctc) que foi divido pelo peso total das matérias-primas utilizadas na corrida (Pmp), obtendo assim, o custo do quilo da liga produzida. Porém, um fator importante levado em consideração é o rendimento do processo de fusão. Esse fator indica o quão eficiente foi o processo de fusão. Ele está ligado diretamente a fatores implícitos no processo de fusão, como: tipo de material utilizado, temperaturas de trabalho, manuseio do banho fundido e a relação de oxidação ocorrida pela utilização de diferentes tipos de sucatas, tendo ligação direta com a produtividade. Assim, o rendimento do processo é expresso na equação do custo da matéria-prima, equação (4), pelo fator de multiplicação (2-P). Cmp Ctc = 2 Pmp ( P). (4) Sendo, Cmp = Custo da matéria prima/kg; Ctc= Custo total da carga; Pmp= Quantidade de matéria-prima utilizada; P= Produtividade.

52 51 Levando a expressão (4) na equação (3) obtém-se o valor da lucratividade utilizada no presente estudo para o cálculo da lucratividade, equação (5). L Pv Cmp =.100 (5) Pv Sendo, L= Lucratividade; Pv= Preço de venda/kg; Cmp= Custo com matéria-prima/kg. No presente trabalho foram utilizados como parâmetros de avaliação do processo de reciclagem do alumínio em forno elétrico a indução, para obtenção de ligas de alumínio secundário, a produtividade e a lucratividade.

53 52 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 CLASSIFICAÇÃO DA PESQUISA O método de pesquisa utilizado foi o hipotético-dedutivo, pois buscou confirmar a hipótese proposta na presente pesquisa, pela análise dos dados obtidos por meio de um estudo prático. Quanto a sua natureza, a pesquisa é aplicada, pois produziu ligas de alumínio comerciais, em escala piloto, gerando informações possíveis de serem utilizadas, como norteadoras, para futuros trabalhos e aplicações práticas para o setor de reciclagem de alumínio. Do ponto de vista da abordagem do problema, a pesquisa é quantitativa, pois pela ausência na literatura de informações mercadológicas procurou-se entender a região onde o projeto piloto estava inserido, e dar maior fundamento à hipótese proposta. Neste sentido, foi realizado o dimensionamento do mercado fornecedor pelo levantamento dos fornecedores e sua capacidade de atendimento dos materiais requerido, bem como, o dimensionamento do mercado consumidor de ligas de alumínio. Para os estudos da produtividade e lucratividade foi realizada coleta de dados junto à escala piloto para posterior tabulação e tratamento estatístico. A presente pesquisa pode ser classificada, do ponto de vista dos objetivos, como exploratória, pois foi realizada pesquisa bibliográfica e testes preliminares para melhor conhecimento das técnicas da reciclagem do alumínio, auxiliando na formulação da hipótese. É descritiva e utilizou como procedimento técnico a pesquisa experimental, por realizar levantamento dos dados das fusões das diversos lotes de ligas de alumínio produzidas tentando compreender a produtividade e lucratividade para os diversos grupos de sucatas de alumínio.

54 PROCEDIMENTO DA PESQUISA De forma sistêmica e simultânea a pesquisa levantou informações sobre o mercado consumidor, fornecedor regional de sucatas e avaliou aspectos envolvidos na produção de ligas de alumínio a partir de sucatas. Para isto, realizou-se um processo piloto de produção. A figura 13 estabelece as relações entre vertentes dos estudos. Figura 13 Relações entre as etapas do estudo. Fonte: O autor. Para melhor compreensão da evolução do estudo, citam-se 03 etapas: (I) Reconhecimento do mercado de sucatas de alumínio; (II) Reconhecimento das técnicas e execução de ligas de alumínio secundária e sua produtividade; e (III) Levantamento do mercado consumidor de ligas secundárias. Inicialmente, buscou-se na literatura informações que possibilitaram o processo de reciclagem de alumínio. Da carência de dados, efetuou-se a produção, em escala piloto, de corridas de ligas de alumínio secundário, simulando a produção em escala industrial. Desta forma, gerou-se um banco de dados retratando a realidade da cadeia de reciclagem do alumínio da póscoleta e classificação até a comercialização da commodittie. Buscou-se, também, conhecer o cenário da reciclagem de forma regional. Adicionalmente, buscou-se compreender as dificuldades na sustentabilidade para produção de alumínio a partir de sucatas e possíveis alternativas para a solução do problema. No decorrer do trabalho verificou-se que havia grande possibilidade do uso de materiais laminados, porém não havia dados técnicos na literatura que sustentavam

55 54 suas aplicações em pequenas escalas. Desta forma, os estudos foram direcionados para estes materiais Realização da Pesquisa O estudo foi realizado em parceria com a empresa de base tecnológica, Suprametal Ltda., com fomento da Fundação Araucária - PR, por meio do Programa Paraná Inovação. Esta foi executada nas dependências do CETEM (Centro de Termotransformação de Materiais), laboratório localizado na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) na região de Ponta Grosso - PR. A cidade de Ponta Grossa foi escolhida como cenário da pesquisa por tratar-se de uma cidade com aproximadamente habitantes (IBGE, 2011), possuindo um estruturado centro metal mecânico e uma diversidade de empresas, entre elas, empresas que atuam na produção e consumo de embalagens, destacando-se o setor alimentício Coleta de Dados O levantamento de dados foi realizado nas 03 etapas: (I) Reconhecimento do mercado de sucatas de alumínio; (II) Reconhecimento das técnicas e execução de ligas de alumínio secundário e sua produtividade; e (III) Levantamento do mercado consumidor de ligas secundárias. Foram criados instrumentos específicos para cada uma delas. A seguir detalham-se cada uma deles Reconhecimento do mercado Para reconhecimento do mercado de sucata de alumínio, inicialmente realizouse um levantamento de fornecedores de sucatas de alumínio na cidade de Ponta

56 55 Grossa. Foram considerados, para efeito da pesquisa, aqueles com endereço fixo de seus depósitos. Excluíram-se catadores e cooperados individuais, por trabalharem com pequeno fluxo e variedade de sucatas de alumínio, não representando a diversidade regional, condição essencial para produção de ligas secundárias, de forma sustentável. Também foram consideradas, para efeito de fornecedores, empresas geradoras de resíduos de alumínio a exemplo de empresa de autopeças e produtoras de embalagens, existentes no quadro de fornecedores da empresa parceira. Para efeito do presente trabalho, o quadro 6 apresenta a identificação utilizada para os fornecedores participantes da pesquisa. Agentes ambientais/empresas geradoras de resíduos de alumínio 1 Fornecedor A 2 Fornecedor B 3 Fornecedor C 4 Fornecedor D 5 Fornecedor E 6 Fornecedor F 7 Fornecedor G 8 Fornecedor H 9 Fornecedor I 10 Fornecedor J 11 Fornecedor K 12 Fornecedor L 13 Fornecedor M 14 Fornecedor N 15 Fornecedor O 16 Fornecedor P 17 Fornecedor Q 18 Fornecedor R 19 Fornecedor S 20 Fornecedor T 21 Fornecedor U 22 Fornecedor V 23 Fornecedor W Quadro 6 Fornecedores de sucatas participantes do projeto. Fonte: O Autor Os fornecedores levavam as sucatas de alumínio até o local onde estava ocorrendo o projeto piloto. Lá as sucatas eram classificadas, pesadas e acondicionadas

57 56 em baias, conforme sua classificação. Os dados eram inseridos no instrumento de coleta de dados do quadro 13 do apêndice A. Durante escala piloto, as ligas produzidas eram inseridas no mercado consumidor. Deste modo, pode-se levantar a demanda de ligas de alumínio, e estabelecer o mix de ligas consumidas e as suas quantidades; sempre com foco na região de estudo. Os consumidores e a quantidade de ligas consumidas eram anotados em uma planilha eletrônica elaborada no Microsoft Excel, conforme quadro 14 apresentado no apêndice A. O quadro 7, lista os principais consumidores. Trata-se de micro e pequenas empresas que atuam no setor de fundição de peças, localizadas nos estados do Paraná e Santa Catarina. Grandes empresas desse setor não compuseram a lista de clientes, pois a capacidade de produção em escala piloto não atenderia a demanda requerida. Durante a pesquisa não foram realizadas limitações com relação aos tipos de ligas a serem produzidas, todas as ligas solicitadas eram produzidas conforme a necessidade do mercado consumidor. Consumidores de ligas de alumino 1 Consumidor A 2 Consumidor B 3 Consumidor C 4 Consumidor D 5 Consumidor E 6 Consumidor F 7 Consumidor G 8 Consumidor H 9 Consumidor I 10 Consumidor J 11 Consumidor L 12 Consumidor M 13 Consumidor N Quadro 7 Consumidores de ligas de alumínio na região de estudo. Fonte: O Autor

58 Produção de ligas comerciais de alumínio secundário Para gerar os dados sobre o processo de reciclagem de alumínio em forno elétrico à indução, foram realizadas 669 corridas [1]. Cada corrida gerou aproximadamente 50 kg de ligas de alumínio. Para levantamento dos dados durante a pesquisa, foi utilizado o instrumento de coleta de dados apresentado no quadro 15 no apêndice A. Para melhor entendimento deste instrumento de coleta de dados, serão apresentadas as etapas do processo de reciclagem onde este foi utilizado. A figura 14 apresenta o fluxograma do processo de produção utilizado na escala piloto de obtenção das ligas de alumínio. Os dados do processo eram coletados especificamente nas etapas: (4) pesagem das sucatas e insumos: eram realizadas as coletada de peso das sucatas e insumos necessários para composição da carga a ser fundida; etapa (5) fusão: era coletada a hora de início do processo de fusão; etapa (6) escorificação e limpeza do banho fundido: após a fusão era realizada a limpeza do banho pela adição de escorificante e posterior retirada da escória formada. A escória gerada em cada corrida era pesada e seu valor coletado; etapa (10) correção das ligas: caso a liga não estivesse dentro dos parâmetros estabelecidos na etapa (2), era necessário corrigir a composição química da mesma, pela adição de elementos de ligas ou sucatas. O peso desses materiais também eram coletados; (11) lingotamento: nessa etapa era registrada a hora do vazamento da liga nas lingoteiras; (12) desmoldagem: após o resfriamento dos lingotes, estes eram pesados e o valor obtido coletado. 1 Corrida: ciclo completo incluindo o carregamento do forno, fusão e lingotamento das ligas.

59 58 Figura 14 Fluxo do processo de reciclagem utilizado na pesquisa Fonte: O Autor Após a constatação de que as folhas finas de alumínio apresentavam-se com baixa oxidação durante o processo de fusão, partiu-se para produção de ligas de alumínio somente com esse tipo de material, de modo a levantar informações sobre a produtividade na fusão do material em forno elétrico à indução. Utilizou-se para coleta de dados o mesmo instrumento apresentado no quadro 15 do apêndice A.

60 Tabulação de Dados Os dados coletados sobre os fornecedores de sucatas e consumidores locais de ligas de alumínio foram tabulados em planilhas eletrônicas, para posterior análise do mercado consumidor. A tabulação dos dados de produção ocorria no final de cada dia. Os dados eram tabulados em planilhas eletrônicas com mesma formatação utilizada no instrumento de coleta de dados, quadro 15 do apêndice A. Posteriormente, para uma melhor visualização, estes foram tabulados em uma planilha eletrônica conforme apêndice B, gerando uma planilha com 669 linhas por 21 colunas. A pesquisa buscou avaliar a influência de grupos de sucatas sobre a produtividade e lucratividade na produção de ligas comerciais de alumínio. Assim, baseado na classificação proposta por Gusmão (2006) e levando em consideração as características do mercado local de sucata de alumínio, foram definidos seis grupos de sucatas: latas, panela, alumínio mole, alumínio duro, folha e perfil. O apêndice E apresenta a classificação dos diversos tipos de sucatas utilizadas na pesquisa dentro dos seis grupos. As figuras 15 a 20 apresentam fotos de materiais que compõem os grupos de sucatas citados. Figura 15 Grupo alumínio duro. Figura 16 Grupo perfil. Fonte: ABAL (2006d). Fonte: Amplimatic (2011).

61 60 Figura 17 Grupo alumínio mole Figura 18 Grupo panela. Fonte: ABAL (2006d). Fonte: Amplimatic (2011). Figura 19 Grupo folha. Figura 20 Grupo lata. Fonte: O autor. Fonte: Amplimatic (2011). Tendo a definição dos grupos de sucatas foi realizado um novo tratamento dos dados. Com base na planilha global, que apresenta os dados obtidos nas 669 corridas, foram criadas novas planilhas, com mesma formatação, uma para cada grupo de sucata. O objetivo foi agrupar todas as corridas que utilizaram em sua formulação determinado grupo de sucata. Por exemplo, no caso da planilha construída para o grupo lata, foram selecionadas todas as corridas que continham latas na formulação da carga, assim gerou-se uma planilha com 291 x 21 colunas, ou seja, foram tabulados os dados de 291 corridas que continham latas na composição da carga. Seguindo o mesmo procedimento, para o grupo panela foi criada uma planilha 225 x 21 colunas; para grupo alumínio mole uma planilha 240 x 21 colunas; para o

62 61 grupo alumínio duro, uma planilha 230 x 21 colunas; para o grupo folha, uma planilha 383 x 21 colunas; para grupo perfil, uma planilha 59 x 21 colunas. Ainda, para comparar os resultados de produtividade e lucratividade, os dados das planilhas de cada material, foram tabulados em tabelas de frequência, para, posteriormente, gerar-se gráficos de dispersão e linhas de tendência. Realizou-se a produção de uma liga comercial de alumínio utilizando somente folhas de alumínio e elementos de liga. Foram realizadas 79 corridas, sendo que os resultados obtidos foram tabulados da mesma forma que todas as corridas realizadas na pesquisa, ou seja, conforme apêndice B Análise dos Dados Após a tabulação e tratamento dos dados, foram criados gráficos de dispersão para as análises da tendência, dos diversos grupos de sucatas, tanto para a produtividade quanto para a lucratividade na produção de ligas comerciais de alumínio. Para construção das tabelas, gráficos e para análise estatística utilizou-se o softwares Microsoft Office Excel Posteriormente foram calculadas as correlações lineares entre os dados e o erro padrão para cada ponto médio das diversas classes Procedimento Experimental A pesquisa teve o seu foco no estudo da reciclagem do alumínio voltado à produção de ligas comerciais de forma regional. Levantou-se o cenário do mercado tanto no fornecimento quanto no consumo de ligas de alumínio secundárias. Para isto, a pesquisa acompanhou a comercialização de ligas e materiais por um período de dois anos.

63 62 As diversas ligas de alumínio produzidas foram vazadas em lingoteiras de ferrofundido, produzindo lingotes de aproximadamente 8 kg cada. A figura 21 ilustra alguns lingotes produzidos durante a pesquisa. Figura 21 Lingotes produzidos durante a pesquisa. Fonte: O Autor Pela carência de informação sobre o processo de reciclagem do alumínio existente na literatura, a seguir será descrito o procedimento experimental utilizado. A figura 22 apresenta o layout do processo utilizado na escala piloto. As setas indicam a movimentação dos materiais. Figura 22 - Layout da produção em escala piloto, com ilustração do fluxo de produção. Fonte: O Autor.

64 63 O processo iniciava-se com a recepção das sucatas de alumínio. Na chegada, estas eram inspecionadas para verificar a existência de outros materiais e a qualidade da sucata de alumínio que seria adquirida. As principais impurezas encontradas foram: pedra, terra, materiais plásticos e outros metais. Posteriormente as sucatas eram classificadas conforme suas características químicas, pesadas e acondicionadas em baias, com sucatas com mesmas características. Antes do início da produção de uma liga, era necessário realizar o planejamento do lote que iria ser fundido. O planejamento se dava pelo uso de uma planilha eletrônica, a exemplo da apresentada no apêndice C. Nesse momento era definida a quantidade de cada tipo de sucata, elementos de ligas e insumos necessários para a produção da liga requerida. O objetivo era a formulação de uma receita de menor custo com os materiais disponíveis no momento da produção. Tendo as informações sobre a quantidade de cada sucata e insumo, iniciava-se a pesagem dos materiais requisitados. Esse processo era realizado de forma manual. Após a pesagem era realizada a alimentação do forno elétrico à indução, também de forma manual. O forno utilizado para fusão foi um forno elétrico à indução marca Ajax Magnethermic, modelo Phasor 100/3000, potência 100 kw e freqüência de 3.000Hz. Os principais elementos de adição utilizados foram: o silício metálico, com alto grau de pureza, superior a 99%; cobre com alto teor de pureza, superior a 99%; magnésio, adquirido na forma de lingotes de ligas de alumínio com teores de 90% de magnésio e 10% de alumínio. Ao término da fusão da carga, procedia-se a limpeza do banho fundido para retirada de uma amostra de modo a verificar a composição química do banho fundido. Para limpeza do banho fundido era utilizado um fluxo escorificante comercial, Coveral. A quantidade de fluxo utilizado por fusão era de 0,4%, em relação ao peso total da carga fundida. Procedia-se a agitação do banho com auxílio de uma escumadeira e posterior retirada da escória formada. Com o alumínio fundido limpo no cadinho do forno, era retirada uma amostra para realização das análises químicas. As análises químicas foram realizadas em um espectrômetro de emissão ótica, com capacidade de análise simultânea de até 20

65 64 elementos químicos. A figura 23 apresenta uma amostra já analisada pelo espectrômetro, às marcas são provenientes das queimas realizadas durante as análises químicas. Figura 23 - Amostra de alumínio já analisada pelo espectrômetro. Fonte: O Autor. Quando a análise não estava dentro do campo de composição química da liga fundida, realizava-se a correção do banho. Para isso, utiliza-se a mesma planilha empregada no planejamento da carga, apêndice C. Com a faixa de composição química do alumínio fundido dentro dos limites estabelecidos, passava-se para o lingotamento da liga, figura 24. Durante o processo de lingotamento era realizada a filtragem do alumínio, por meio de filtros cerâmicos que garantiam um regime menos turbulento ao fluxo de metal líquido e retinham as impurezas e escórias, impedindo que essas contaminassem a liga.