CONSUMO DE ENERGIA NA PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE VEDAÇÃO EM HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL EM MADEIRA

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1 III ENECS - ENCONTRO NACIONAL SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS CONSUMO DE ENERGIA NA PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE VEDAÇÃO EM HABITAÇÃO DE INTERESSE SOCIAL EM MADEIRA Juliana Cortez Barbosa ( jucortez@sc.usp.br ) Doutoranda do Programa de Pós Graduação em Ciências de Engenharia Ambiental/ Centro de Recursos Hídricos e Ecologia Aplicada e pesquisadora do Grupo de Pesquisa em Habitação e Sustentabilidade HABIS / EESC/USP Akemi Ino (inoakemi@sc.usp.br) Professora do Departamento de Arquitetura e Urbanismo e coordenadora do HABIS / EESC/USP Alexandre Duarte de Souza (ajsouza@hotmail.com) Engenheiro de produção e Mestre em engenharia de produção / EESC/USP RESUMO Este trabalho foi realizado a partir de dados coletados em dez serrarias que processam madeira serrada de pinus na Região Administrativa de Sorocaba. Nesta região concentra-se atualmente o maior potencial madeireiro do Estado de São Paulo (42,3%), sendo também o maior centro produtor de pinus do Estado (58,5%). Dada a relevância do consumo de energia no setor da construção civil, o presente trabalho tem como objetivo analisar o consumo energético para a produção de peças de madeira utilizadas em painéis de vedação em casas de madeira. Neste trabalho foram analisadas peças de seções comerciais utilizadas em três tipos diferentes de painéis. Os resultados parciais foram aferidos em kwh por metro quadrado de painel na fase de transformação da madeira nas serrarias. Os dados produzidos poderão vir a ser comparados com diferentes materiais de construção utilizados em sistemas de vedação, assim como fornecer informações para análise do grau de sustentabilidade na produção de um sistema construtivo de madeira em relação ao consumo energético. Palavras chaves: energia, painéis, habitação em madeira ABSTRACT ENERGY CONSUMPTION FOR WOOD PANELS AT SOCIAL HOUSING PRODUCTION This work was carried out from data collected in ten pinus sawmills at the Administrative Region of Sorocaba. At present, in this region concentrates the most greatest potential sawed wood of the São Paulo State (42,3%), being also the most greatest center producer of pinus of the State (58,5%). Given the relevance of energy consumption in construction sector, the present work has as objective analyze the energy consumption for wood pieces production utilized in shuttled panels of wooden house. In this paper worked with wood commercial sections aplicated in three different panels. The partial results were checked in kwh by square meter of wood panel in stage of wood transformation at the sawmill. The informations produced will be able to be compared with different construction materials utilized in shuttled systems, as well as supply information for analysis of sustainability stage of a wood constructive system regarding to energy consumption. Keywords: energy, panels, wooden house

2 1. INTRODUÇÃO Os sistemas construtivos selecionados fazem parte de três projetos de pesquisa desenvolvidos pelo HABIS (Grupo de Pesquisa em Habitação e Sustentabilidade), financiados pela FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e PNUD/PNFC (Programa das Nações Unidas para o Desenvolvimento / Projeto Novas Fronteiras da Cooperação para o Desenvolvimento Sustentável). Dois destes sistemas pré-fabricados, executados na cidade de São Carlos, possuem sistema estrutural em madeira serrada de eucalipto com paredes duplas em pinus. Um deles possui na face interna, lambri e, na externa, deck horizontal (Figura 01 e 04), o outro sistema construtivo possui na face interna, lambri e, na face externa, tábua matajunta (Figura 02 e 05). O terceiro sistema de vedação selecionado foi construído em Campos do Jordão. O sistema estrutural é composto por pórticos em madeira serrada de pinus e as paredes externas possuem fechamento duplo em lambri de 2,2 cm de espessura. A parede interna é simples com apenas uma camada de lambri de igual espessura (Figura 03 e 06). Figura 01. Protótipo 001 Fonte: HABIS Figura 02. Protótipo 002 Fonte: HABIS Figura 03. Sede Administrativa do Parque dos Mananciais Fonte: HABIS

3 1. lambri interno; 2. ossatura; 3. chapa aglomerado; 4. sarrafos fixação; 5. deck horizontal Figura 04. Componentes do sistema de vedação do Protótipo 001 Fonte: HABIS 1. lambris; 2. ossatura; 3. chapa de aglomerado; 4. sarrafo de fixação; 5. tábua; 6. mata junta Figura 05. Componentes do sistema de vedação do Protótipo 002 Fonte: HABIS 2,48m 2,40m 77,4cm 1,20m 77,4cm 2,82m Figura 06. Projeto Campos do Jordão - Ossatura do painel/janela Font e: HABIS

4 2. METODOLOGIA PARA SISTEMATIZAÇÃO DOS DADOS COLETADOS Os dados coletados nas serrarias foram estruturados em planilhas para o cálculo da energia consumida por metro linear para cada seção produzida de acordo com as medições realizadas em campo nos equipamentos das serrarias. Como exemplo serão utilizados os dados da Serraria A (Quadro 01) Consumo dos equipamentos utilizados Obteve-se na serraria: a listagem dos equipamentos (coluna A) com a descrição de cada equipamento (potência nominal e potência medida em kw - coluna B e D). Considerando-se um período mensal de trabalho de 22 dias com 10 horas de funcionamento diário, calculou-se para cada linha de produção o consumo total médio por mês (kwh) por equipamento (coluna E) - multiplicando-se a potência medida por 22 dias por 10 horas. As linhas cinzas referem-se aos equipamentos que serão computados como consumo energético complementar. Quadro 01 - Consumo médio dos equipamentos utilizados A B D E Potência Potência Consumo Equipamento Nominal (kw) Medida (kw) (kwh) Serra circular quádrupla 44,00 27, ,27 Destopadeira contínua 17,30 3,81 838,41 Exaustor 37,00 12, ,58 Multilâminas 44,00 35, ,87 Picador 75,00 40, ,08 Refiladeira 15,00 11, ,14 Resserra 42,20 9, ,65 Serra fita vertical 33,70 14, ,56 total da linha , Dados da produção de madeira serrada A partir dos dados de produção (Quadro 02), conhecendo-se o volume de madeira processada (coluna D) e conhecendo-se as seções das peças produzidas de madeira serrada, tem-se a somatória da área de peças serradas por tora (coluna C), calculou-se a quantidade total de toras consumidas em metros lineares (coluna E). Quadro 02 - Dados sobre as linhas de produção de madeira serrada A B C D E diâmetro Área de peça serrada Volume de madeira Comprimento médio por tora (m 2 ) serrada (m 3 ) linear de tora (m) linha I 37 cm 0, , linha II 23 cm 0, ,

5 2.3. Cálculo para o Consumo de energia direta Combinando-se informações dos Quadros 01 e 02 tem-se no Quadro 03 o comprimento total processado em cada máquina (coluna D) e consumo energético mensal por equipamento (coluna C). De acordo com a seqüência de corte da tora, (Figura 07 e 08), tendo o comprimento da linha de produção (coluna D) e o número de passagens da tora (coluna B) é possível calcular o consumo energético por metro linear por passagem em cada equipamento (coluna F). Quadro 03 - Dados do consumo de energia direta por operação A B C D E F Consumo Comprimento da Consumo de energia por Consumo por Equipamento N.º de energético linha de corte para comprimento metro linear de passagem mensal (kwh) produção (m) total da linha (kwh) corte (kwh) linha I (37cm) S. fita vertical , ,63 0,02 Refiladeira (91%)* , ,26 0,01 linha II (23cm) S.circ. quádrupla , ,27 0,19 Múltipla , ,87 0,25 Resserra , ,65 0,06 Refiladeira (9%)* 1 212, ,26 0,01 * parcela de utilização da refiladeira para linha de produção I e II. Linha II (23cm) Operação 01 Operação 02 Operação 03 Operação 04 Esquema de corte Equipamento quádrupla múltipla resserra refiladeira Consumo de energia por metro linear de corte (kwh/m) 0,19 0,25 0,06 0,01 Figura 07 - Seqüência de corte e consumo de energia por metro linear por operação de corte Esquema de corte Peças usinadas Áreas de serramento Figura 08 - Esquema de corte para diâmetro médio de 23 cm (linha II) Através destes cálculos foi possível obter o consumo de energia direta na produção de cada seção utilizada no sistema de vedação. A este ainda será adicionada uma parcela relativa ao consumo de energia do restante da planta industrial (escritório, iluminação geral, etc..), denominada energia complementar.

6 Lado3Lado Cálculo para o consumo energético dos componentes dos painéis Essa seqüência de cálculos foi repetida para oito das dez serrarias analisadas. Algumas serrarias foram descartadas por apresentarem produtos de dimensões significativamente diferentes. A partir destes resultados foi feita a média ponderada do consumo obtido por metro linear por tipo de equipamento das serrarias (Quadro 04). Essa média foi assim aplicada para o cálculo das peças de dimensões especificadas nos painéis de vedação (Quadro 07) através da simulação de 11 seqüências de corte de toras. Para o cálculo final dos produtos foi estudada a seqüência e o esquema de corte das toras, como ilustra os exemplos das Figuras 07 e 08, analisando o número de passagens pelos equipamentos e a seqüência das operações relacionada a cada tipo de peças usinadas. A seguir será descrito o cálculo, baseado em GONÇALVES (2000) e WITTE (1998) para se obter a parcela de energia embutida em cada peça de madeira por passagem nas máquinas, ou seja, o valor consumido de energia em kwh por metro linear para cada tipo de peça usinada. Para tanto foi utilizada a seguinte fórmula para a determinação do consumo energético para cada face de uma peça: E face = (E op1 /NL) / 2 * (H face /H corte ) Como exemplo serão calc uladas as faces da peça 2 do Bloco A (Bl.A2) e na seqüência apresentada todos os valores de consumo das peças pertencentes a uma tora de 21cm de diâmetro (Figura 09). 1 2 Cost.B Cost.A BL.A BL.B ' 2' 4' 5' Cost.A' 7 Cost.B' 7 3' Operação 1. Serra circular quádrupla - desdobro Operação 2. Serra circular múltipla 3 lâminas Operação 3. Serra circular múltipla 6 lâminas Operação 4. Serra de fita horizontal 2 lâminas Operação 5. Serra circular refiladeira 3 lâminas Figura 09. Seqüência de corte simulação de corte de uma tora de 21cm de diâmetro 2,1 Lado2 A Lado4 Inic ialmente decompõe-se o cálculo para cada uma das faces da peça, já que se tem o consumo energético por metro linear de operação.. Assume-se que: 5 E seção = Σ lado

7 O consumo energético para cada face da seção pode ser expresso pela equação: Eface = energia consumida para a produção da face (w) E op = energia consumida por metro linear de operação (W) NL = número de lâminas em operação (efetivas) n = número de peças que compartilham a mesma energia H face = altura da face (cm) H corte = altura efetiva de corte na operação (cm) Para o exemplo a peça Bl. A2: Lado 1 = (E op3 /6)/2 * 5/5 Lado 2 = (E op2/3)/2 * 2,1/15,75 Lado 3 = Lad o 1 Lado 4 = Lado 2 Portanto: E peçaa = E op3 /12 + (E op2 /3)*0,133 E face = (E op1 /NL) / n * (H face /H corte ) Substituindo os valores de energia de operação (Eop.) pelas médias dos valores de consumo energético dos equipamentos utilizados pelas 08 serrarias analisadas (Quadro 04), foram encontrados finalmente os valores de consumo energético para cada seção de peça (Quadro 05). Quadro 04 - Média ponderada do consumo energético por operação das serrarias analisadas Consumo energético Operação Linha de produção I - 35 cm (kwh) Op. 01 serra fita vertical dupla 0,0531 Op. 02 serra circular múltipla * 0,0125 Op. 03 serra fita horizontal de resserra 0,0713 Op. 04 serra circular refiladeira dupla 0,0345 Op. 05 serra circular destopadeira 0,0042 Linha de produção II - 21 cm Op. 01 serra circular quádrupla 0,1203 Op. 02 serra circular múltipla * 0,0267 Op. 03 serra fita horizontal de resserra 0,0757 Op. 04 serra circular refiladeira dupla 0,0294 Op. 05 serra circular destopadeira 0,0031 * Os valores apresentados para a serra circular múltipla são relativos ao consumo de cada lâmina, portanto deve ser multiplicada pelo número de lâminas

8 Quadro 05. Cálculo de energia embutida para cada tipo de peça usinada - tora de 21cm Peça Esquema de cálculo para cada peça usinada Consumo energético (kwh/m)** Bl.A1,7 e B1,7 Eop 1 /2/1,5*5/13,4 + 2*((Eop 2 *3)/3/2*2,1/14,7) + (Eop 2 *6)/6/2*5/5 0,0321 Bl.A2,3,4,5 e BL.B2,3,4,5 2*((Eop 2 *6)/6/2*5/5) + 2*((Eop 2 *3)/3/2*2,1/14,7) 0,0305 Cost. A1,3,1',3' Eop 1 /2/1*1,7/13,4 + Eop 3 /2/2*5/15 + Eop 4 /3/2*1,7/1,7 + (Eop 2 *3)/3/2*5/15 0,0233 Cost. A2 e 2' 2*(W71/3/2*1,7/1,7) + Eop 3 /2/2*5/15 + (Eop 2 *3)/3/2*5/15 0,0206 Cost. A4,5,4',5' Eop 4 /3/1*1,7/1,7 + Eop 3 /2/1*5/10 + Eop 4 /3/2*1,7/1,7 + Eop 3 /2/2*5/15 0,0400 Cost. B e B' Eop 3 /1/1*5/10 + 2*(Eop 4 /2/1*1,7/1,7) + Eop 1 /2/2*5/13,4 0,0785 **Consumo energético por metros linear para cada seção (kwh/m) Observou-se nestas simulações que foram obtidos valores de consumo energético diferentes para mesmas seções de peças. Essas diferenças podem ser explicadas pelas diferenças dimensionais das toras nas linhas de produção I e II 35cm e 21cm de diâmetro, respectivamente; ou pelo posicionamento destas peças na própria tora, ou seja, peças originadas do aproveitamento das costaneiras (maior consumo de energia) ou peças retiradas do semibloco. Portanto, foi necessário realizar uma média ponderada dos valores obtidos para peças de mesmas seções, como mostra a Quadro 06. Deve ser observado, nos espaços vazios da mesma tabela, que algumas dimensões não foram produzidas a partir de costaneiras ou em uma das linhas de produção, pois apresentariam desvantagens em termos de custo de produção. Quadro 06 - Médias das linhas de produção I e II - peças de semibloco e costaneiras Linha I (kwh) Linha II (kwh) (kwh) seções (cm) semi-bloco costaneira semi-bloco costaneira média ponderada 6,0 x 12,0 0,0253-0,0465-0,0359 8,0 x 12,0 0,0307-0,0701-0,0504 3,6 x 12,0 0,0219 0,1206 0,0599-0,0675 3,6 x 5,8-0,1127 0,0406 0,1172 0,0902 2,5 x 10-0,0590 0,0484 0,1205 0,0760 2,5 x 7-0,0437 0,0416-0,0426 2,5 x 5-0,0413 0,0366-0,0389 2,4 x 12 0,0234-0,0476 0,1292 0, ,0305 0,0646 0,0475 1,7 x 5,0-0,0354-0,0406 0,0380 Esta s médias foram aplicadas, no Quadro 07 (coluna G) para se obter o consumo total de energia dos componentes utilizados em cada um dos sistemas de fechamento dos projetos selecionados. Esses consumos médios foram multiplicados pelo comprimento especificado nos projetos (coluna C) e acrescidos do valor de consumo energético de uma operação na destopadeira dupla. Este ainda não computado por não ser calculado em kwh por metro linear e sim por operação, no valor de 0,0037 kwh (média de consumo energético das duas linhas de produção). Cabe salientar que sendo os dados coletados nas serrarias referentes ao processamento de madeira de pinus, para o cálculo do consumo energético nas peças estruturais executadas em eucalipto fez-se necessária a aplicação de um fator de conversão de 0,64, deduzida a partir da

9 relação de potência de corte do pinus (Nc pinus ) com eucalipto (Nc eucalipto ). Para tanto foi aplicada a fórmula: Sendo Pc expresso por: temos que a potência de corte será para: Nc = (Pc.Vc)/75 (GONÇALVES, 2000) onde: Pc = força principal de corte e, Vc = velocidade de corte. Pc = Ks. b.h 1-K (GONÇALVES, 2000) onde: o pinus Nc pinus = (Ks pinus.b.h 1-Z.Vc)/75 e para o eucalipto Nc eucalipto = (Ks eucalipto.b.h 1-Z.Vc)/75 Ks = pressão específica de corte (dan/mm 2 ); b = largura de corte ou comprimento atuante da aresta (mm); h = espessura de corte (mm). Assim, considerando que as condições de usinagem expressas pelas variáveis b, h1-z e Vc tem valores muitos aproximados para os dois tipos de madeira, a razão entre as potências, considerando-se pressões especificas de corte para cada caso, será de 0,64. Portanto, o valor encontrado para pinus corresponde a cerca de 64% do valor do consumo energético do eucalipto. No Quadro 07, o consumo energético total por tipo de componente construtivo (coluna I) foi obtido ainda multiplicando-se o número de peças necessárias por painel (coluna D).

10 Quadro 07. Consumo energético das peças utilizadas nos 3 sistemas de vedação B C D E F A Tipos de peças Dimensões (cm) (un.) (m 3 ) CAMPOS JORDÃO espessura largura comprimento Qt. Volume Espécie G H Consumo energético Consumo por metro energético linear por peça (kwh/m) (kwh) I Consumo energético total por tipo componente (kwh) estrutura do pórtico 3,60 5,80 300,00 2 0,0125 pinus 0,0902 0,2742 0,5485 Painel dimensões 2,48 x 2,82 m montante vertical 3,60 5,80 248,00 2 0,0104 pinus 0,0902 0,2273 0,4547 Área do painel 3,60 5,80 240,00 2 0,0100 pinus 0,0902 0,2201 0,4403 7,00 m 2 montante horizontal 3,60 5,80 282,00 2 0,0118 pinus 0,0902 0,2580 0,5160 3,60 5,80 77,40 4 0,0065 pinus 0,0902 0,0735 0,2939 3,60 5,80 120,00 2 0,0050 pinus 0,0902 0,1119 0,2238 lambri macho/fêmea 2,20 12,00 300, ,3960 pinus 0,0667 0, ,1908 Volume total de madeira por pa inel 0,0562 Consum o energéti co total por 12,6679 painel (7,00m 2 ) UNIDADE 001 pilar duplo 6,00 12,00 257,00 4 0,0740 eucalipto 0,0452 0,1208 0,4834 alma 6,00 12,00 300,00 1 0,0216 eucalipto 0,0452 0,1403 0,1403 Painel dimensões mesa superior 2,50 10,00 300,00 1 0,0075 eucalipto 0,0957 0,2917 0,2917 2,38 x 3,00 m Área do painel mesa inferior 2,50 10,00 260,00 1 0,0065 eucalipto 0,0957 0,2535 0, ,14 m travessa principal 2,40 7,00 99,70 6 0,0100 pinus 0,0426 0,0462 0,2771 montante vertical 2,40 7,00 234,70 9 0,0355 pinus 0,0426 0,1038 0,9339 travessa secundária 2,40 7,00 46, ,0093 pinus 0,0426 0,0233 0,2799 diagonal 2,40 7,00 89, ,0270 pinus 0,0426 0,0418 0,7515 lambri macho/fêmea 2,20 12,00 300, ,1901 pinus 0,0667 0,2038 4,8916 sarrafos de fixação 2,00 5,00 300,00 7 0,0210 pinus 0,0475 0,1463 1,0240 deck horizontal 2,00 5,00 300, ,0720 pinus 0,0475 0,1463 3,5107 Volume tota l de madeira por pa inel 0,4745 Consum o energéti co total por 12,8375 painel (7,14m 2 ) UNIDADE 002 pilar A 6,00 12,00 304,50 2 0,0438 eucalipto 0,0452 0,1423 0,2846 pilar B 6,00 12,00 274,50 2 0,0395 eucalipto 0,0452 0,1288 0,2575 Painel dimensões alma 8,00 12,00 300,00 1 0,0288 eucalipto 0,0635 0,1951 0,1951 2,38 x 3,00 m Área do painel mesa superior 2,50 10,00 300,00 1 0,0075 eucalipto 0,0491 0,1518 0,1518 7,14 m 2 mesa inferior 2,50 10,00 260,00 1 0,0065 eucalipto 0,0491 0,1322 0,1322 travessa principal 2,40 7,00 99,70 6 0,0100 pinus 0,0426 0,0462 0,2771 montante vertical 2,40 7,00 234,70 9 0,0355 pinus 0,0426 0,1038 0,9339 travessa secundária 2,40 7,00 46, ,0093 pinus 0,0426 0,0233 0,2799 diagonal 2,40 7,00 89, ,0270 pinus 0,0426 0,0418 0,7515 lambri macho/fêmea 2,20 12,00 300, ,1901 pinus 0,0667 0,2038 4,8916 sarrafos de fixação 2,40 5,00 300,00 6 0,0216 pinus 0,0389 0,1205 0,7230 tábua mata junta 2,20 12,00 249, ,1775 pinus 0,0667 0,1698 4,5843 ripa mata junta 1,60 5,00 249, ,0538 pinus 0,0380 0,0983 2,6534 Volume tota l de madeira por pa inel 0,6510 Consum o energéti co total por 16,1160 painel (7,14m 2 ) Obs: Os painéis estão divididos em componentes: estruturais, de ossatura e de fechamento.

11 3. CONCLUSÕES Conclui-se, através dos resultados apresentados no Quadro 07, que na fase de transformação primária da madeira nas serrarias, os painéis atingiram valores de consumo de energia de: 12,66 kwh para a produção de painéis do tipo produzido em Campos do Jordão, o que corresponde a 1,80 kwh/m 2 de painel, ou ainda 28,02 kwh/m 3 de madeira serrada; 12,83 kwh para a produção de painéis executados no Protótipo 001, correspondendo a 1,79 kwh/m 2 de painel ou 27,05 kwh/m 3 de madeira serrada; 2 16,11 kwh para painéis do Protótipo 002, que corresponde a 2,25 kwh/m de painel ou 24,75 kwh/m 3 de madeira serrada. Nestes resultados não foram incluídos ainda os valores de consumo energético embutido nos elementos de união dos painéis, como pregos e chapa prego (gang nail), assim como, as chapas de compensado utilizadas nos protótipos 001 e 002 para melhor desempenho térmico dos painéis. Nas próximas etapas deste projeto será calculado o consumo energético na fase de préfabricação e montagem dos painéis para se contabilizar o consumo energético por m 2 de painel acabado. 4. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA GONÇALVES, M.T.T. (2000). Processamento da madeira. Bauru, SP, 242p. WITTE, Horst (1998). Máquinas/Ferramentas: elementos básicos de máquinas e técnicas de construção. Ed. Hemus, 7a. edição alemã, 395p.