Ecologia e controle de poluição - Metalurgia do Pó relatório 3

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO - UFPECENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIA - CTG

DISCIPLINA DE ECOLOGIA E CONTROLE DA POLUIÇÃO

ESTUDO DO CONTROLE DA POLUIÇÃO NO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DA METALURGIA DO PÓ

RELATÓRIO NO 3

Alunos: Ayhara Flôr Ferrão Coutinho

Eduardo Antônio ContinGustavo Bezerra Duarte

Márcio Thyalles

Professores: Ivan Vieira de MeloPaulo Tadeu Gusmão

Recife, 5 de Junho de 2009

Metalurgia do Pó: Um Estudo Ambiental

Índice

Conteúdo

Introdução.................................................................................................................4

Fluxograma:...............................................................................................................5

Processos:..................................................................................................................6

Descrição dos Processos............................................................................................7

Atomização..........................................................................................................7

Redução..............................................................................................................7

CIP.......................................................................................................................7

HIP.......................................................................................................................7

Descrição dos Processos (continuação).....................................................................8

Sinterização.........................................................................................................8

Laminação...........................................................................................................8

Detalhamento dos Processos.....................................................................................9

Atomização..........................................................................................................9

Redução............................................................................................................10

CIP.....................................................................................................................11

HIP.....................................................................................................................12

Laminação.........................................................................................................13

Sinterização.......................................................................................................14

Especificações Técnicas Típicas...............................................................................15

Pó de ferro (Atomização)...................................................................................15

Pó de Ferro (Redução).......................................................................................15

Compactado Verde (HIP) – Diversas Ligas.........................................................16

Laminação (Ni)..................................................................................................17

Laminação (Co).................................................................................................18

Laminação (Fe)..................................................................................................19

Sinterização (Diversos materiais)......................................................................19

Sinterização (Continuação)................................................................................20

Sinterização (Continuação)................................................................................20

Estudo de Viabilidade..............................................................................................23

Produtividade....................................................................................................23

Qualidade..........................................................................................................23

2 | P á g i n a


Sócio-Ambiental.................................................................................................23

Inovação............................................................................................................23

Flexibilidade......................................................................................................23

Análises Sócio-Ambientais.......................................................................................24

Análise de Subprodutos Tóxicos do Processo....................................................24

Análise de Impacto Ambiental Provocado por Insumos do Processo..................25

Análise de Impacto Ambiental Provocado por Insumos do Processo (Continuação)....................................................................................................26

Sistema Ciência X Tecnologia X Mercado X Sócio-Ambiental X Pessoas..................27

Ciência...............................................................................................................28

Análise Termodinâmica do Processo........................................................................29

Introdução.........................................................................................................29

Análise da Degradação Energética....................................................................29

Reciclagem........................................................................................................30

Matérias-Primas (renováveis ou não).................................................................30

Sucessão Ecológica...........................................................................................30

Amplificação Biológica.......................................................................................30

Interações com Ciclos Biogeoquímicos....................................................................31

Ciclo da Água.....................................................................................................31

Ciclo do Enxofre.................................................................................................31

Ciclo do Carbono...............................................................................................31

Ciclo do Nitrogênio............................................................................................31

Legislação Vigente...................................................................................................32

Poluição...................................................................................................................33

Do Solo..............................................................................................................33

Da Atmosfera.....................................................................................................33

Da Água.............................................................................................................33

Considerações Finais...............................................................................................34

Bibliografia...............................................................................................................35

3 | P á g i n a


Introdução

4 | P á g i n a

Para fazer a análise de qualquer processo, faz-se necessário adotar-se uma metodologia. Tendo isso em vista, procederemos, no correr deste relatório, da seguinte maneira: Iniciaremos descrevendo o processo num contexto sócio-ambiental, tal como é concebido, atualmente, com um claro foco em questões econômicas e ambientais (nos concentraremos, também, na fabricação de componentes automotivos, como rodas e elementos de carroceria e estruturais). Posteriormente, passaremos a discutir possíveis mudanças que viabilizariam um melhor desenvolvimento sustentável. Esquematicamente:

1) Fluxograma, Descrição de Subprodutos, Descrição dos Processos;2) Detalhamento dos Processos;3) Especificações Técnicas Usuais;4) Contexto

a. Análise Econômica do processo da Metalurgia do Pó atual;b. Impactos Ambientais:

i. Por Subprodutos;ii. Por Insumos;

c. Análise do Sistema Ciência X Tecnologia X Mercado X Sócio-Ambiental X Pessoa para a Metalurgia do Pó (sob a ótica da Ciência);

5) Análise Termodinâmica;6) Interações com Ciclos Biogeoquímicos;7) Leis Ambientais;8) Poluentes;9) Considerações Finais;

Excetuando as especificações técnicas dos processos, todo o conteúdo desse trabalho foi redigido por seus integrantes, não houve cópia literal de nenhuma fonte, e toda informação aqui escrita é resultado de diversas fontes, além de prévios conhecimentos dos participantes desse trabalho. Vê-se, portanto, a impossibilidade de citar fontes pontuais durante o trabalho.

Legenda:

Matéria Prima Processos Insumos Subprodutos


Introdução

Fluxograma:

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Metal Bruto

Atomização Ar ou Água ReduçãoCO ou H2

Pó de Metal

LaminaçãoCIP HIP

Água Fria Água Quente

Compactado Verde

Sinterização Aquecimento

Produto Final


Processos:

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Atomização

Ar ou Água contaminada por metais pesados

Redução

CO2 + H2O +CO Contaminados

CIP

Água Fria não Tratada Água Quente não Tratada

HIP

ReduçãoProcesso através do qual se obtém pó de certo metal. É caracterizado pelo ataque de óxidos do metal por CO ou H2 (agentes redutores).


Descrição dos Processos

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Descrição dos Processos (continuação)

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Laminação

Processo através do qual se obtém o “Compactado Verde” em forma de chapa. É caracterizado por dois grandes cilindros compactadores entre os quais o pó do metal é submetido a altas pressões. Ver esquema abaixo:

Sinterização

Processo através do qual se obtém a peça procurada. É caracterizado por um aquecimento do compactado verde entre 70% e 90% da temperatura de fusão do metal ou liga trabalhado, sob atmosfera controlada.


Detalhamento dos Processos

Atomização

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1) Entradas:a. Listagens:

i. Matérias Primas: METAL FUNDIDO;ii. Insumos: ÁGUA E/OU AR (GÁS INERTE);iii. Energia: TÉRMICA E ELÉTRICA ;

b. Especificações Técnicas:i. Metal Fundido: GRAU DE PUREZA VARIÁVEL COM A

APLICAÇÃO;ii. Água e/ou Ar: ÁGUA FILTRADA (BAIXO TEOR DE IMPUREZAS,

BAIXO TEOR DE SUBSTÂNCIAS OXIDATIVAS), AR TRATADO CONFORME METAL A SER UTILIZADO (NO CASO DO FERRO, COM BAIXA PRESENÇA DE ELEMENTOS OXIDATIVOS, COMO O O2) ;

c. Taxas Típicas de Uso:i. Metal Fundido: DIRETAMENTE PROPORCIONAL AO VOLUME

DA PEÇA, TENDO EM VISTA A DENSIDADE FINAL PRETENDIDA ;

ii. Água e/ou Ar: CONSUMO BAIXÍSSIMO, TAXAS DESPREZÍVEIS ; iii. Energia: AQUELA NECESSÁRIA PARA FUNDIR O METAL

(DEPENDE DIRETAMENTE DO METAL SELECIONADO). A ENERGIA NECESSÁRIA PARA ATOMIZAR, PROPRIAMENTE, O METAL APRESENTA TAXAS DESPREZÍVEIS ;

2) Saídasa. Listagens:

i. Produtos: PÓ DE METAL ; ii. Subprodutos: ÁGUA CONTAMINADA (NA FORMA DE VAPOR,

PREDOMINANTEMENTE) ; b. Especificações Técnicas:

i. Pó de Metal: DIRETAMENTE DEPENDENTE DAS ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO FINAL;

ii. Água Contaminada: CONCENTRAÇÃO ALTAMENTE VARIÁVEL


Redução

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i. Matérias Primas: MAGNETITA;ii. Insumos: COQUE, CALCÁRIO;iii. Energia: TÉRMICA E ELÉTRICA ;

b. Especificações Técnicas:i. Magnetita: GRAU DE PUREZA ALTO;ii. Coque: PADRÃO ; iii. Calcário: PADRÃO ;

c. Taxas Típicas de Uso:i. Magnetita: DIRETAMENTE PROPORCIONAL AO VOLUME DA

PEÇA, TENDO EM VISTA A DENSIDADE FINAL PRETENDIDA ; ii. Coque: MISTURA DE 85% DE COQUE PARA 15% DE

CALCÁRIO, SUFICIENTES PARA MANTER UM FORNO À TEMPERATURA DE 1260°C NECESSÁRIO AO PROCESSO ;

iii. Calcário: MISTURA DE 85% DE COQUE PARA 15% DE CALCÁRIO ;

iv. Energia: ELÉTRICA SUFICIENTE PARA MOVIMENTAR ESTEIRAS E IGNIÇÃO DO FORNO DE REDUÇÃO ;


i. Produtos: PÓ DE METAL ; ii. Subprodutos: CO2 E CO (FULIGEM E OUTROS SUBPRODUTOS

DE COMBUSTÃO) ; b. Especificações Técnicas:

i. Pó de Metal: DIRETAMENTE DEPENDENTE DAS ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO FINAL;


CIP

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i. Matérias Primas: PÓ DE METAL;ii. Insumos: FLUIDO DE COMPRESSÃO;iii. Energia: NECESSÁRIA À PRESSURIZAÇÃO ;

b. Especificações Técnicas:i. Pó de Metal: POUCAS IMPUREZAS NÃO METÁLICAS (QUE

DIFICULTAM A SINTERIZAÇÃO); TAMANHO E FORMA DAS PARTÍCULAS DEPENDENTES DAS CARACTERÍSTICAS PRETENDIDAS PARA O PRODUTO FINAL;

ii. Fluido de Compressão: ALTA RESISTÊNCIA À PRESSÃO E BAIXO PODER OXIDATIVO ;

c. Taxas Típicas de Uso:i. Pó de Metal: DIRETAMENTE PROPORCIONAL AO VOLUME DA

PEÇA, TENDO EM VISTA A DENSIDADE FINAL PRETENDIDA ; ii. Fluido de Compressão: CONSUMO BAIXÍSSIMO, TAXAS

DESPREZÍVEIS (O FLUIDO PODE SER REAPROVEITADO ATÉ SUA EXAUSTÃO) ;

iii. Energia: DIRETAMENTE DEPENDENTE DO PRODUTO FINAL BUSCADO: DIFERENTES COMPACTADOS VERDES REQUEREM DFERENTES PRESSÕES ;


i. Produtos: COMPACTADO VERDE ; ii. Subprodutos: FLUIDO DE COMPRESSÃO (POSSIVELMENTE

ÁGUA) ; b. Especificações Técnicas:

i. Compactado Verde: DIRETAMENTE DEPENDENTE DAS ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO FINAL;

ii. Fluido de Compressão: DIFERENTES COMPOSIÇÕES QUÍMICAS, EM GERAL ARTIFICIAIS E COM NECESSIDADE DE TRATAMENTO (CASO SEJA UTILIZADA A ÁGUA, ESTA ESTARÁ CONTAMINADA POR ADITIVOS, ALÉM DE ESTAR EM TEMPERATURA DIFERENTE DA NATURAL E TERÁ SOFRIDO DE ALTAS PRESSÕES, O QUE ALTERA A SUA SOLUBILIDADE


HIP

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i. Matérias Primas: PÓ DE METAL;ii. Insumos: FLUIDO DE COMPRESSÃO;iii. Energia: NECESSÁRIA À PRESSURIZAÇÃO ;



ii. Fluido de Compressão: ALTA RESISTÊNCIA À PRESSÃO E BAIXO PODER OXIDATIVO ;


PEÇA, TENDO EM VISTA A DENSIDADE FINAL PRETENDIDA ; ii. Fluido de Compressão: CONSUMO BAIXÍSSIMO, TAXAS

DESPREZÍVEIS (O FLUIDO PODE SER REAPROVEITADO ATÉ SUA EXAUSTÃO) ;

iii. Energia: DIRETAMENTE DEPENDENTE DO PRODUTO FINAL BUSCADO: DIFERENTES COMPACTADOS VERDES REQUEREM DFERENTES PRESSÕES ;


i. Produtos: COMPACTADO VERDE ; ii. Subprodutos: FLUIDO DE COMPRESSÃO (POSSIVELMENTE

ÁGUA) ; b. Especificações Técnicas:


ii. Fluido de Compressão: DIFERENTES COMPOSIÇÕES QUÍMICAS, EM GERAL ARTIFICIAIS E COM NECESSIDADE DE TRATAMENTO (CASO SEJA UTILIZADA A ÁGUA, ESTA ESTARÁ CONTAMINADA POR ADITIVOS, ALÉM DE ESTAR EM TEMPERATURA DIFERENTE DA NATURAL E TERÁ SOFRIDO DE ALTAS PRESSÕES, O QUE ALTERA A SUA SOLUBILIDADE


Laminação

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i. Matérias Primas: PÓ DE METAL;ii. Energia: NECESSÁRIA À MOVIMENTAÇÃO DA PRENSA ;




PEÇA, TENDO EM VISTA A DENSIDADE FINAL PRETENDIDA ; ii. Energia: DIRETAMENTE DEPENDENTE DO PRODUTO FINAL

BUSCADO: DIFERENTES COMPACTADOS VERDES REQUEREM DFERENTES PRESSÕES; NECESSÁRIA À MOVIMENTAÇÃO DA PRENSA ;


i. Produtos: COMPACTADO VERDE ; b. Especificações Técnicas:



Sinterização

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i. Matérias Primas: COMPACTADO VERDE;ii. Energia: NECESSÁRIA AO AQUECIMENTO ;

b. Especificações Técnicas:i. Compactado Verde: DIRETAMENTE DEPENDENTE DO

PRODUTO FINAL QUE SE PRETENDE OBTER;c. Taxas Típicas de Uso:

i. Compactado Verde: DIRETAMENTE PROPORCIONAL AO VOLUME DA PEÇA ;

ii. Energia: DIRETAMENTE DEPENDENTE DO MATERIAL UTILIZADO NO COMPACTADO VERDE; ELEMENTOS DIFERENTES, COM POROSIDADES DIFERENTES REQUEREM DIFERENTES TEMPERATURAS DE SINTERIZAÇÃO ;


i. Produtos: PEÇA FINAL ; b. Especificações Técnicas:

i. Peça Final: DIRETAMENTE DEPENDENTE DAS ESPECIFICAÇÕES DO PRODUTO FINAL;


Especificações Técnicas Típicas

Pó de ferro (Atomização)

Pó de Ferro (Redução)

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Compactado Verde (HIP) – Diversas Ligas

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Laminação (Ni)

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Laminação (Co)

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Laminação (Fe)

Sinterização (Diversos materiais)

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Sinterização (Continuação)

Sinterização (Continuação)

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21 | P á g i n a


* Todos os dados desta sessão foram retirados de “Metals--Handbooks, manuals, etc. I. American Society for Metals. Handbook Committee”

22 | P á g i n a


Estudo de Viabilidade

23 | P á g i n a

Produtividade

Necessita de uma estrutura muito grande para obter uma alta produção. De maneira geral apresenta produtividade bastante reduzida em relação à metalurgia convencional.

Qualidade

Produz peças com alto nível de acabamento, reduzindo ou até mesmo eliminando a necessidade de usinagem posterior. Também é capaz de produzir peças de ligas “exóticas”, proporcionando grande flexibilidade com relação a aspectos como dureza e resistência do produto final.

Flexibilidade

O processo é passível de sofrer alterações rápidas. No seu início, durante a etapa de pulverização do metal, pode-se facilmente alterar os metais empregados, de forma a obter peças com características diferentes. No processo de formação do compactado verde, pode-se alterar a matriz para produzir mudança na forma final do produto. Posteriormente, no processo de sinterização, pequenas alterações no tempo e temperatura de sinterização

Inovação

A partir desse processo torna-se possível a utilização de ligas com metais de altíssimo ponto de ebulição, como tungstênio e molibdênio. Além disso, esse processo não só permite a fabricação de peças cerâmicas ou cerâmico-metálicas como também permite a obtenção de peças porosas. Ademais, graças a possibilidade de criação de poros, podemos obter peças de ligas resistentes e também bastante leves, que são atrativo para a indústria automobilística.

Sócio-Ambiental

A priori, esse processo leva ao extremo a economia de material, pois não há formação de cavaco. Isso promove certo ganho ambiental, uma vez que há sensível diminuição dos subprodutos formados. Entretanto, há muitos aspectos a serem analisados, como consumo de energia e produção de poluentes líquidos e gasosos, que serão analisados posteriormente em uma seção específica para esse tema.

AtomizaçãoDurante o processo de atomização, como a água ou o ar são usados na forma de jatos lançados contra o metal em questão, é natural que esses carreguem parte desse metal. Dessa forma, ao utilizar esse processo com metais pesados, como o Tungstênio, deve-se dar atenção especial ao tratamento da água remanescente ao processo, pois tal tipo de contaminação é extremamente prejudicial à saúde humana. Além disso, se a água utilizada no processo for descartada em um rio ou no mar, tais metais poderão acumular-se no organismo de peixes e outros seres aquáticos, sendo carregados ao longo de toda cadeia alimentar em que esses animais estão envolvidos. Deve-se, portanto, para fazer uso desse processo, realizar investimentos no tratamento desses efluentes.

ReduçãoEsse processo é, desde sua origem, gerador de poluição, uma vez que se utiliza, normalmente, de gás d’água (CO + H2O) que é, por natureza, um gás extremamente tóxico (o CO liga-se às hemoglobinas do sangue produzindo carboxihemoglobinas, que são incapazes de transportar O2 e acabam por promover, rapidamente, morte por asfixia) além de ser um dos principais geradores do efeito estufa. Não bastasse isso, o processo tem como subproduto o CO2, que é menos tóxico, mas também causa efeito estufa. Para evitar essas emissões, é necessária a implantação e utilização de estruturas de tratamento desses gases.

CIPPor participar de processo em que estão envolvidos metais pesados, lubrificantes e anti-corrosivos, a água do CIP é contaminada. Ademais, a água utilizada nesse processo é submetida a baixas temperaturas e altas pressões, que alteram suas características naturais, o que impossibilita a sua devolução à Natureza sem prévio tratamento.

HIPSemelhantemente ao processo CIP, a água do HIP é contaminada por metais pesados, lubrificantes e anti-corrosivos. Além disso, ela é submetida a altas temperatura e pressão, o que também altera suas propriedades. Dessa forma existe a necessidade de tratamento desse efluente antes da sua reintegração à Natureza.


Análises Sócio-Ambientais

Análise de Subprodutos Tóxicos do Processo

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Análise de Impacto Ambiental Provocado por Insumos do Processo

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Atomização

No caso da utilização de ar, esse deve ser previamente pressurizado e tratado, para minimizar a presença de gases oxidantes, como o O2. A água também deve ser dessalinizada para obter-se um menor potencial oxidativo. Tais processos demandam uma quantidade relativamente grande de energia. Dessa forma, num país cuja infra-instrutora energética é baseada em processos de alto impacto ambiental, como termoelétricas e hidroelétricas (ressaltando dessas o impacto promovido pelas inundações decorrentes de suas barragens) a produção desses insumos acarreta, indiretamente, em grandes alterações ambientais.

Redução

Esse processo, por utilizar CO ou H2, causa grandes impactos ambientais para a produção desses insumos. No caso do CO, apesar de ser facilmente produzido, necessita de queima de carvão sob atmosfera controlada, com baixo teor de O2. Isso reflete em consumo de carvão (produto que é, normalmente, “ecologicamente incorreto”) além de fuligem, que é extremamente poluente. Já no caso do H2, sua produção necessita de quantidades elevadíssimas de energia elétrica. Além disso, por seu transporte ser muito complicado (necessita de transporte especial, devido a risco de explosões; é transportado em grandes cilindros metálicos, de elevada massa) demanda alto consumo de combustível por parte dos veículos envolvidos nesse translado. Não bastasse isso, sua utilização em plantas fabris requer investimentos pesados em tubulações, dado o elevado risco de vazamento envolvido na utilização desse gás. Isso, em última instância, demanda alto consumo de materiais como metais, que tiveram

CIP

Tem baixo impacto ambiental com relação a insumos: Utiliza água fria, que pode ser captada diretamente e sofrer apenas pequenas correções, associadas à diminuição da concentração de íons sódio (que promovem a “dureza da água”), correções de pH e, opcionalmente, adição de anti-corrosivos para evitar danos no

Matéria-Prima

A matéria-prima da metalurgia do pó é, como era de se esperar, metal bruto. Como tal, é um recurso mineral esgotável proveniente da mineração e, posteriormente, de um processo de beneficiamento, como a siderurgia (Ferro) ou eletrólise (Alumínio). Tais processos têm, como produto final, o metal agregado, em forma de tarugos, lingotes, vergalhões ou chapas que, para a metalurgia do pó, deverão ser pulverizados. Tal cadeia é altamente improdutiva, pois o processo de pulverização reduz o valor do metal, já que nessa forma tem serventia apenas para o nosso processo. Dessa forma, deve-se procurar uma alternativa economica e sócio-ambientalmente mais viável. Isso será proposto mais adiante, no decorrer deste relatório.


Análise de Impacto Ambiental Provocado por Insumos do Processo (Continuação)

26 | P á g i n a

HIP

Produz sensível impacto ambiental, pois precisa, além das correções necessárias ao CIP, maior rigidez com o controle de “dureza da água”, para evitar acúmulo de carbonatos nas tubulações da caldeira utilizada para aquecimento d’água (minimizando riscos de explosão). Além disso, há sérios impactos envolvidos com esse processo de aquecimento: Os combustíveis utilizados em caldeira são, normalmente, carvão, gás natural ou derivados do petróleo. Todos esses produzem elevadas quantidades de CO2, além de CO, SO2, SO3, NO2 e NO3, sendo os quatro últimos alguns dos principais efluentes gasosos responsáveis pelo

Ciência

Tecnologia

Mercado

Sócio-Ambiental Pessoas


Sistema Ciência X Tecnologia X Mercado X Sócio-Ambiental X Pessoas

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Para um bom entendimento da questão do Desenvolvimento Sustentável, é importante o entendimento do esquema acima: Vamos analisá-lo sob o ponto de vista da ciência para o processo da metalurgia do pó. Para tanto, inicialmente vamos identificar os elementos do esquema:

1) Ciência: Proporcionou-nos o entendimento da sinterização;2) Tecnologia: Fornece-nos os processos de fabricação (HIP, CIP, etc.);3) Mercado: Para focalizar nosso estudo, restringiremos ao mercado

automotivo;4) Sócio-Ambiental: Relaciona-se aos impactos e benefícios gerados pelo

processo;5) Pessoas: Mão de obra do processo, consumidores intermediários e finais,

população afetada pela presença da indústria.

Partindo, agora, do conhecimento desses, faremos as relações entre eles


Ciência

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Representada pelo conhecimento na área de sinterização, promoveu um grande desenvolvimento tecnológico, principalmente na área de materiais, pois possibilitou a fabricação de peças de ligas de altíssimo ponto de fusão sem necessidade de um processo de fundição. Além disso, possibilitou a fabricação de metais porosos, outra grande revolução tecnológica, se não mencionarmos o surgimento de ferramentas como as pastilhas de metal duro e ferramentas cerâmicas.

Tais avanços tecnológicos foram capazes de promover grandes mudanças no Mercado. Pode-se afirmar isso tendo em vista que essas tecnologias provenientes da ciência da sinterização promoveram o surgimento, no Mercado, de peças com alto nível de acabamento, fabricadas com ligas “exóticas” ou mesmo cerâmicas, que apresentavam características extremamente flexíveis de dureza, maleabilidade, densidade, tenacidade, resistência a compressão, resistência a tensões cisalhantes, plasticidade, a um preço, se não barato, ao menos bastante competitivo, dada a vida útil maior dessas peças. Ademais, com o surgimento das ferramentas cerâmicas, a usinagem de grande escala ganhou uma forte aliada na questão de altas velocidades de corte e dureza, o que reduziu muito o custo de fabricação de certas peças. Isso favorece o ramo econômico do DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL.

Já com relação às questões de âmbito Sócio-Ambiental, podemos afirmar que o processo da metalurgia do pó apresenta sensíveis avanços com relação aos processos de metalurgia comum: enquanto na metalurgia comum a usinagem é um processo quase sempre indispensável, normalmente peças sinterizadas não necessitam desse processo para manufatura de seus produtos. Ambientalmente, isso representa uma economia de inúmeras toneladas de cavaco que deixam de ser fabricadas e rejeitadas, o que reduz a demanda pelo metal bruto. Além disso, a durabilidade de peças sinterizadas, em ambientes agressivos (como engrenagens e peças do motor), é bem maior que a de peças fabricadas por outros processos mais comuns. Também vale citar as peças porosas, que muitas vezes podem ter características auto-lubrificantes, economizando, portanto, muitos litros de óleos. Dessa forma, o ramo Ambiental do DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL fica fortalecido.

Todas essas mudanças, advindas da sinterização, promoveram alterações muito significativas na vida das pessoas: Em termos de ciência, criou um novo campo de pesquisa para os cientistas; Em termos de tecnologia, possibilitou a engenheiros a criação de novas soluções em termos de peças e materiais; Em termos de mercado, possibilitou a criação de novos empreendimentos, que beneficiaram empresários, além de novos métodos produtivos, que favoreceram aos operários, e, por fim, o surgimento de novos produtos de maior qualidade com preços razoáveis, que apoiaram os consumidores; Em termos de questões


Análise Termodinâmica do Processo

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Introdução

Nessa seção, nos preocuparemos em analisar o processo tendo em vista conceitos como DEGRADAÇÃO DA ENERGIA, “TEIA ALIMENTAR” (sob o ponto de vista da AMPLIFICAÇÃO BIOLÓGICA), SUCESSÃO ECOLÓGICA, entre outros. Dessa forma, tentaremos avaliar os custos energéticos deles, para podermos aplicar conceitos como RECICLAGEM e PRODUTOS RENOVÁVEIS ou NÃO RENOVÁVEIS.

Análise da Degradação Energética

Fundamentalmente, o processo de metalurgia do pó pode ser descrito pela seguinte seqüência: obtenção do pó metálico, formação do compactado verde, sinterização. Analisaremos cada um desses.

Na obtenção do pó metálico, visando os processos contemplados nesse projeto, temos, basicamente, duas possíveis matérias-primas: O minério de ferro e metal bruto. Energeticamente, o primeiro acumula menos trabalho, por se tratar de produto obtido diretamente da natureza (de minas). De fato, o processo de obtenção do metal bruto (siderurgia), em muito se assemelha ao processo de redução do minério para obtenção de pó que analisamos. Assim, o processo de redução apresenta um menor gasto energético, apesar de degradá-la.

Já na formação do compactado verde, verificamos acúmulos e degradações de energia bastante diferentes para cada processo, devido aos diferentes produtos finais que se propõe produzir. Assim, observamos um acúmulo de energia no processo CIP menor do que no HIP, já que o segundo envolve, além do aumento de pressão, um aumento de temperatura. Já a laminação envolve níveis variáveis de consumo de energia, o que torna difícil sua análise. Em termos de degradação de energia, os processos são equivalentes.

No processo de sinterização observamos o maior acumulo/degradação de energia do processo: nele, energia térmica é convertida em ligações químicas, que são uma forma altamente organizada de energia.


30 | P á g i n a

Amplificação Biológica

Podemos fazer um paralelo desse conceito com o nosso processo, da seguinte forma: Da mesma forma que, em uma cadeia alimentar, energia e elementos nocivos se concentram com o passar dos níveis tróficos, no nosso processo, a poluição envolvida em cada peça de cada processo se acumula até o produto final (por exemplo, um carro é formado por várias peças que geraram poluição na sua fabricação).

Matérias-Primas (renováveis ou não)

Os metais são matéria prima não renovável, a priori. Entretanto, possuem características que permitem, parcialmente, uma remodelação de peças que já existiam em novas. Além disso, a oferta de minério é enorme, e não apresenta perspectivas de esgotamento. Assim, pode-se dizer que o metal é parcialmente renovável.

Reciclagem

Esse é, provavelmente, um dos aspectos mais interessantes desse processo de produção: Apesar do potencial de reciclagem de seus produtos e subprodutos ser pequeno (o que não chega a ser um problema, já que a quantidade de subprodutos formados é muito pequena), a metalurgia do pó proporciona uma forma de reaproveitar cavaco, subproduto fundamental dos processos de usinagem clássicos. Isso é benéfico de inúmeras formas, pois além de ajudar o meio ambiente, à medida que se diminui a produção de lixo industrial, é uma alternativa economicamente interessantíssima: A indústria de usinagem clássica tem ganhos, pois é eliminada a necessidade de utilização de lugar próprio para o descarte desses rejeitos e, além disso, como é vendido, gera retorno. Com isso, o preço do cavaco torna-se muito interessante para a

Sucessão Ecológica

Fazendo um paralelo com o processo estudado, podemos entender as indústrias produtoras de metais a partir de minério como a comunidade pioneira, seguida por indústrias produtoras de peças como comunidade intermediária e, finalmente, a indústria automobilística (por exemplo), como comunidade clímax.

Já ao adotar a definição clássica desse conceito, podemos verificar que esse processo não danifica, diretamente, nenhum desses níveis ecológicos. Entretanto, não podemos esquecer que a metalurgia do pó promove demanda direta (em geral) por metais provenientes de mineração. Esse processo, sim, provoca severos danos a todos os níveis ecológicos, mas em especial o pioneiro, o que gera um efeito dominó de desregulamento nos ecossistemas afetados, podendo causar, até mesmo, sua morte. Dessa forma, a metalurgia do pó é responsável indireta por severas interferências à sucessão ecológica.


Interações com Ciclos Biogeoquímicos

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Ciclo da Água

Esse ciclo sofre interferência de qualquer atividade que polua água. Logo, a metalurgia do pó afeta o grande ciclo da água, pois altera a composição química natural dos rios, mudando propriedades como taxa de evaporação, além de interferir com fatores bióticos, imprescindíveis a esse ciclo, sob a ótica da

Ciclo do Carbono

Esse ciclo é afetado diretamente (localmente) pelo processo estudado. Isso se verifica nas combustões, que alteram as concentrações de CO2 e CO na atmosfera, além da utilização de combustíveis fósseis, que retiram o Carbono do solo para a atmosfera.

Ciclo do Enxofre

O ciclo do enxofre é, atualmente, um dos mais afetados pelas mais diversas atividades produtivas dependentes de combustão. A metalurgia do pó, nesse caso, não é exceção: Ao queimar combustíveis fósseis, libera gases como SO2 e SO3 que, quando submetidos a descargas elétricas (comuns nas altas camadas da atmosfera) transformam-se em SO3 o qual quando combinado à água da chuva promove a formação de H2SO4, abaixando o pH da chuva (gera chuva ácida).

Ciclo do Nitrogênio

Como exceção em relação aos outros ciclos, esse sofre pouca interferência do processo. Isso se verifica à proporção que as poucas influências se referem a alteração do habitat (solo) habitado pelas bactérias nitrificantes. As plantas noduladas praticamente não são afetadas pelo processo.


Legislação Vigente

Análise

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A Lei de Crimes Ambientais pune quem causar poluição de qualquer natureza que resulte ou possa resultar em danos à saúde ou que provoque a mortandade de animais ou a destruição significativa da flora.

Enquadram-se nesses casos:

Tornar uma área, urbana ou rural, imprópria para ocupação humana Causar poluição atmosférica que provoque a retirada, ainda que

momentânea, dos habitantes das áreas afetadas, ou que cause danos diretos à saúde da população

Causar poluição hídrica que torne necessária a interrupção do abastecimento público de água de uma comunidade

Dificultar ou impedir o uso público das praias Lançar resíduos sólidos, líquidos ou gasosos ou detritos, óleos ou

substâncias oleosas em desacordo com as exigências estabelecidas em leis ou regulamentos

Deixar de adotar, quando assim o exigir a autoridade competente, medidas de precaução em caso de risco de dano ambiental grave ou irreversível.

Alguns casos especiais:

Executar pesquisa, lavra ou extração de resíduos minerais sem autorização, permissão, concessão ou licença ou em desacordo com a obtida

Produzir, processar, embalar, importar, exportar, comercializar, fornecer, transportar, armazenar, guardar, ter em depósito ou usar produto ou substância tóxica, em desacordo com a lei.

Construir, reformar, ampliar, instalar ou fazer funcionar estabelecimentos, obras ou serviços potencialmente poluidores, sem

O respeito às leis ambientais, hoje, representa não apenas responsabilidade sócio-ambiental, como também necessidade de sobrevivência para qualquer empresa. Isso pode ser afirmado tendo em vista as pesadas penalidades associadas ao seu descumprimento.

Tome-se, por exemplo, uma pequena empresa prestadora de serviços automotivos (como troca de óleo). As multas associadas com o descarte indevido do óleo em mananciais, por exemplo, podem chegar a atingir valores algumas vezes maiores que o faturamento de um ano inteiro dessa empresa. Tal tipo de fato “obriga” as empresas a se adequar as leis ambientais, como forma de sobrevivência.

Ao se analisar uma empresa maior, do setor produtivo (como uma empresa utilizadora da tecnologia da metalurgia do pó, foco desse trabalho), as conseqüências podem ser ainda mais graves: em geral, as multas têm valor diretamente proporcional ao tamanho do impacto ambiental produzido, e, em empresas de grande porte, esses impactos são, normalmente, grandes. Desse modo, a aplicação de multe também pode promover o fechamento da indústria, refletindo em um grande impacto social para a região ocupada por essa empresa, pois gerará desemprego e, por conseguinte, uma instabilidade econômica local.


Poluição

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Da Água

A água, no nosso processo, sofre com poluição Física e Química, mas pouco com Biológica.

No caso da química, há produção de água contaminada por metais pesados, óleos e aditivos, que alteram as propriedades naturais da água, como pH, salinidade, tensão superficial, entre outros.

Quanto aos aspectos físicos da água, a presença dos supracitados óleos e aditivos alteram, sensivelmente, a turbidez, cor e gosto. Além disso, o HIP é provoca, notadamente, um aumento da temperatura da água que retornará aos rios.

Quanto ao aspecto biológico, há pouco (ou quase nenhum) risco de problemas como a eutrofização da água, ou o aumento da população de algas por acúmulo de matéria orgânica, uma vez que essa não participa nem como entrada nem saída de nenhuma etapa desse processo.

Da Atmosfera

A metalurgia do pó pode ser responsabilizada, quanto à poluição da atmosfera, pela produção de poluição sonora, pela produção de gases de efeito estufa, além de promover a chuva ácida.

Quanto ao ruído provocado pelo processo, apesar de não ser demasiado no exterior da indústria, faz-se necessário que seus funcionários utilizem protetores auriculares, para evitar danos à sua audição.

Já em se tratando de gases de efeito estufa, como nossa indústria utiliza processos de combustão, produz-se elevadas quantidades de CO2, o que promove a intensificação do efeito estufa.

Em relação à chuva ácida, nosso processo, ao realizar combustões, produz gases como o SO2 e óxidos de nitrogênio (NOx). Esses gases são vastamente conhecidos por promover o abaixamento do pH da chuva, já que se transformam em ácidos na atmosfera.

Do Solo

Nosso processo polui o solo, quase que somente, por processos indiretos, como a chuva ácida e conseqüência da água poluída. Como exceção, temos poluentes diretos de pequena expressividade dada a pequena quantidade com que são produzidos.


Considerações Finais

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O processo da Metalurgia do Pó, como qualquer outro processo de fabricação, apresenta sensível impacto ambiental. Entretanto, esse processo é altamente viável, economicamente, e, além disso, apresenta-se como alternativa menos impactante que os atuais processos de fundição e usinagem tradicionais. Isso pode ser avaliado a partir de parâmetros de ordem Econômica, Social e Ambiental.

Do ponto de vista Econômico, o processo apresenta características muito interessantes com relação à qualidade, inovação, flexibilidade (a produtividade é um pouco reduzida com relação aos processos tradicionais). Com isso, é capaz de produzir produtos muito competitivos (ajuda no desenvolvimento do mercado). Além disso, por ser um empreendimento altamente rentável, a metalurgia do pó é capaz de promover o desenvolvimento da região e do país em que está presente. Tendo em vista isso e o que já foi exposto no decorrer do trabalho, percebe-se que, em relação a processos tradicionais, nosso método é economicamente mais viável.

Já do ponto de vista social, é fácil perceber que nossa indústria é geradora de empregos, e compete num setor que não envolve pequenas empresas. Desse modo, praticamente só produz empregos, e não os elimina, de modo que contribui para o desenvolvimento social da região em que está envolvido.

Ao analisarmos os aspectos Ambientais desse nosso processo é que realmente percebemos as imensas vantagens que produz em relação a processos tradicionais: O consumo de matéria-prima é mínimo, uma vez que o aproveitamento é praticamente total, além de produzir muitos poucos rejeitos como cavaco; A matéria prima utilizada pode ser proveniente de cavaco, ou mesmo do pó de óxido de ferro gerado pela mineração, o que diminui os rejeitos de outras indústrias; O processo é capaz de produzir peças automotivas mais leves, o que reduz o peso desses equipamentos, diminuindo os poluentes por eles produzidos; Nossas peças são, também, sensivelmente mais duráveis e “flexíveis”, no que diz respeito à possibilidade de manter um produto em constante atualização (podem-se trocar peças, durante uma manutenção, por outras de liga de superior qualidade). Assim, vê-se que os benefícios ambientais são muito proveitosos.

Enfim, percebe-se, claramente, que o processo de metalurgia do pó pode e deve ser considerado como sucessor da metalurgia tradicional, de modo que os ganhos econômicos, sociais e ambientais do processo sejam maximizados.


Bibliografia

http://cursos.unisanta.br/mecanica/polari/sinterizacao.html

www.demet.ufmg.br/grad/disciplinas/emt023/ss01roteiro4.pdf

www.poli.usp.br/d/pmr2202/arquivos/Processos%20de%20Fundição%20e%20Sinterização.pdf

www.hoganas.com

Catálogo Höganäs de Pós de Metais

ASM Handbook, Formerly Ninth Edition, Metals Handbook, Volume 7, Powder Metallurgy

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Ecologia e controle de poluição - Metalurgia do Pó relatório 3

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