RECUPERAÇÃO TÉRMICA DE AREIA DESCARTADA DE FUNDIÇÃO (ADF)

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Rodrigo Amaral Sabrosa
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1 RECUPERAÇÃO TÉRMICA DE AREIA DESCARTADA DE FUNDIÇÃO (ADF) Luís Renato de Souza Resumo Este documento tem como principal objetivo apresentar e detalhar aos leitores uma solução para o reaproveitamento da areia descartada de fundição. Com base em equipamentos existentes no mercado mundial desde 1970, o estudo testa amostras de areia provenientes de fundições no-bake, e com auxílio de equipamentos de laboratório, comprova a eficiência da recuperação térmica. Palavras-chave: Areia de Fundição. Recuperação de areia. Recuperador térmico. Calcinador. Regenerador de areia. Areia descartada de fundição. Introdução O recuperador térmico de areia foi desenvolvido para as fundições no-bake (processo areia resina) com o objetivo de eliminar todo o resíduo de resina. O equipamento visa reduzir os custos provenientes com a compra de areia nova, frete, descarte da areia utilizada no processo e reduzindo indiretamente o passivo ambiental gerado pelas fundições no descarte de areia. Controle de areia em fundições Para manter o padrão de qualidade, toda fundição possui um minucioso controle dos parâmetros da areia. É necessário controlá-los rigorosamente para garantir qualidade e evitar possíveis problemas com as peças fundidas.

Com base em equipamentos existentes no mercado mundial desde 1970, o estudo testa amostras de areia provenientes de fundições no-bake, e com auxílio de equipamentos de laboratório, comprova a

2 Tais parâmetros estão especificados na tabela abaixo: Parâmetro Sigla Umidade Umidade Granulometria média (módulo) AFS Forma do grão Arredondados, Subangulares e Angulares Estrutura Compactos, Fissurados e Agrupados Perda ao fogo PPC ou PI Acidez ph Demanda ácida ADV Teor de finos Finos Tabela 1: Parâmetros Cada parâmetro relacionado acima é de fundamental importância no processo de moldagem e influencia diretamente nas características do molde, havendo a possibilidade de variação de suas configurações, conforme: Vida de banca; Resistência do molde; Acabamento de peça; Consumo de resina e de catalisador na moldagem; A medição destes parâmetros é realizada frequentemente por profissionais qualificados e com experiência laboratorial, as amostras são coletadas em diversos estágios do processo e os ensaios são realizados de acordo com as normas laboratoriais. Os pontos de coleta para análise iniciam-se no recebimento de areia nova, garantindo sua qualidade para ser adicionada ao sistema. As amostras são coletadas na área de moldagem, para garantir a eficiência da mistura e testar a resistência dos moldes, e por fim, a qualidade da areia recuperada mecanicamente dentro da fundição é testada, certificando que a areia está com os parâmetros adequados para retornar para o sistema de moldagem. Recuperação mecânica de areia O processo de recuperação mecânica de areia é o mais utilizado pelas fundições brasileiras, já que possui baixo custo operacional e baixo custo de investimento. Este sistema consiste em um conjunto de equipamentos, cujos moldes ou torrões de areia são processados. Normalmente utilizam-se equipamentos vibratórios para o processo

moldagem e influencia diretamente nas características do molde, havendo a possibilidade de variação de suas configurações, conforme: Vida de banca; Resistência do molde; Acabamento de peça; Consumo

3 de destorroamento. Nesta etapa, além de transformar os torrões em areia, também é possível remover os finos existentes na areia com o uso de um sistema de exaustão, onde o pó é enviado para um filtro de mangas e o ar limpo retorna para o ambiente sem contaminação. No processo de destorroamento é possível remover partículas metálicas e selecionar, através de peneiras com malhas diferentes, a areia do refugo (descarte). Este processo também possibilita a retirada de parte da resina restante do processo de moldagem, devido ao atrito entre os grãos. Este processo de recuperação contribui diretamente para a redução de custos de uma fundição. Causada pela diminuição do consumo de areia nova na moldagem, e diminuição do montante de areia descartada mensalmente. A redução do consumo de areia nova se dá através do uso da areia recuperada no sistema de moldagem, em proporções que podem variar de 0% a 100% de areia recuperada. O grande fator levado em consideração para o sistema de recuperação é a quantidade de resina aglomerada no grão, chamado de perda por calcinação (PPC). O sistema, quando em funcionamento, trabalha como um circuito fechado, onde há o descarte de finos (que gira normalmente em torno de 3% a 10% sobre peso da areia), e o sistema possui eficiência em retirar de 40% até 70% da resina aglomerada no grão. Na imagem abaixo é possível notar o residual de resina aglomerado mesmo após a recuperação mecânica de areia. Fonte: Imagem coletada em teste laboratorial dia 28/07/2011 SENAI/CETEF Itaúna MG. Figura 1: Grão de areia após o processo de recuperação mecânica Resina no grão. Considerando a existência do descarte de finos, é inevitável a inclusão de areia nova no circuito, isso acontece para manter o volume de areia no sistema. No entanto, como o recuperador mecânico não é capaz de remover toda a resina aglomerada nos grãos, o PPC

limpo retorna para o ambiente sem contaminação.

4 PPC aumenta de forma gradativa e constante de acordo com o número de passagens da areia pelo recuperador mecânico, como segue no gráfico abaixo. 3,50% 3,00% 2,50% 2,00% 1,50% 1,00% 0,50% 0,00% Nº passes pelo recuperador Figura 2: Progressão do PPC pelo número de passes no recuperador mecânico. Com o aumento gradativo do PPC há um momento em que o sistema precisa ser abastecido, visando regularizar os parâmetros da areia e, em alguns casos alimentar a macharia com areia nova. Segue abaixo um diagrama de balanço de areia que retrata esta situação. Diagrama de balanço de areia Recuperação Mecânica 63% 10%, 10 t Macharia 10 t Moldagem 90 t 30%, 27 t Rec. Mec. 100 t Retorna para moldagem 63%, 63 t Descarte 37%, 37 t Areia nova 37%, 37 t Figura 3: Diagrama de balanço de areia recuperação mecânica Eficiência 63%

Com o aumento gradativo do PPC há um momento em que o sistema precisa ser abastecido, visando regularizar os parâmetros da areia e, em alguns casos alimentar a macharia com areia nova.

5 A adição de areia nova no circuito acima gira em torno de 37%, o que significa descarte de 37 toneladas e compra de 37 toneladas para manter o balanço do sistema. Recuperação térmica de areia O processo de recuperação térmica (também conhecido como calcinação ), apesar de existente no mercado há muitos anos, ainda é pouco conhecido no Brasil. É o processo mais eficiente na remoção da resina aglomerada em grãos de areia. O funcionamento do equipamento baseia-se em provocar a queima da resina aglomerada, acontecendo entre as temperaturas de 640 C e 800 C. A areia deve permanecer dentro do recuperador durante um período de 15 minutos, garantindo a queima total da resina residual. Os equipamentos podem funcionar com gás GLP ou gás Natural. Com baixo custo, a areia proveniente de fundições no-bake após passar pelo equipamento de recuperação térmica volta a possuir características de areia nova, com a vantagem de possuir grãos mais uniformes e já expandidos. Na imagem abaixo é possível notar a eficiência do equipamento. Fonte: Imagem coletada em teste laboratorial dia 28/07/2011 SENAI/CETEF Itaúna MG. Figura 4: Grão de areia após o processo de recuperação térmico Sem resina no grão. Com a inclusão do recuperador térmico em uma fundição, é possível reduzir o volume de areia nova a ser adicionado no sistema, como segue no balanço de areia abaixo:

É o processo mais eficiente na remoção da resina aglomerada em grãos de areia.

6 Diagrama de balanço de areia Recuperação Térmica 92% 10%, 10 t Macharia 10 t Moldagem 90 t 30%, 27 t Rec. Mec. 100 t Retorna para moldagem 63%, 63 t Rec. Térmica Descarte 8%, 8 t Retorna Rec. Térmica 29%, 29 t Areia nova 8%, 8 t Figura 5: Diagrama de balanço de areia recuperação térmica Eficiência 92% Como é possível notar no exemplo acima, o recuperador térmico foi adicionado no sistema para reduzir o consumo de areia nova e processar a areia recuperada mecanicamente. Apesar do consumo de areia nova ainda existir, o volume se torna inferior ao adicionado no processo de recuperação de areia mecânica. A adição de areia nova agora é utilizada somente para repor os finos que foram extraídos durante o processo de recuperação. Conclusão Em alguns casos, as fundições estão localizadas em locais distantes das fontes de matéria prima (areia nova) e do descarte (aterros controlados), com isso, o valor inerente sobre os fretes se tornam elevados, e os custos operacionais se elevam nesta mesma proporção. Em alguns desses casos, o investimento com a instalação de sistemas de recuperação térmica trazem um retorno satisfatório em até 1,5 anos (um ano e meio), pois é possível eliminar grande parte da compra de areia nova, o descarte de areia em aterros controlados e os custos com transportes desse material. Algumas fundições, através da nova norma em conjunto com o órgão ambiental já estão construindo seus próprios aterros controlados,

para reduzir o consumo de areia nova e processar a areia recuperada mecanicamente.

7 reduzindo diretamente o custo com descarte, mas mantendo o passivo ambiental sob suas responsabilidades e mantendo os custos de aquisição de areia nova. Os equipamentos já estão sendo vendidos no Brasil por diversas empresas. Podem ser encontrados com capacidades de 250 kg/h até kg/h. Totalmente automático, não sendo necessário o uso de operador em alguns desses sistemas. Bibliografia BEELEY, Peter. Foundry Technology. Butterworth-Heinemann, BROWN, John R. Foseco Ferrous Foundryman s Handbook. Butterworth-Heinemann, BROWN, John R. Foseco Non-Ferrous Foundryman s Handbook. Butterworth-Heinemann, Autor Luís Renato de Souza Discente do 10º período do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista, Campus Ribeirão Preto. luisrenato_s@hotmail.com

Totalmente automático, não sendo necessário o uso de operador em alguns desses sistemas. Bibliografia BEELEY, Peter. Foundry Technology. Butterworth-Heinemann, 2001. BROWN, John R.

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