DIEGO WILLIAM FERREIRA
COMPARAÇÃO ENERGÉTICA DE TIJOLOS COMUM E SEM QUEIMA
PELA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
Guaratinguetá
2015
1
DIEGO WILLIAM FERREIRA
COMPARAÇÃO ENERGÉTICA DE TIJOLOS COMUM E SEM QUEIMA PELA
ANÁLISE DE CICLO DE VIDA.
Trabalho de Graduação apresentado ao
Conselho de Curso de Graduação em
Engenharia Materiais da Faculdade de
Engenharia do Campus de Guaratinguetá,
Universidade Estadual Paulista, como parte
dos requisitos para obtenção do diploma de
Graduação em Engenharia de Materiais.
Orientador: Prof. Dr. José Antônio Perrella Balestieri
Guaratinguetá
2015
2
F383c
Ferreira, Diego William
Comparação energética de tijolos comum e sem queima pela análise
do ciclo de vida / Diego William Ferreira – Guaratinguetá, 2015.
63 f. : il.
Bibliografia: f. 60-63
Trabalho de Graduação em Engenharia de Materiais – Universidade
Estadual Paulista, Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá, 2015.
Orientador: Prof. Dr. José Antônio Perrella Balestieri
1. Tijolos 2. Cimento 3. Sinterização I. Título
CDU 691.421
3
4
DIEGO WILLIAM FERREIRA
NASCIMENTO 30.06.1992 – SÃO JOSÉ DOS CAMPOS / SP
FILIAÇÃO Renato Batista Ferreira
Luciana Espildora Ferreira
2010/2015 Curso de Graduação
Engenharia de Materiais - Faculdade de Engenharia do Campus de
Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista.
5
AGRADECIMENTOS
Ao apoio de muitas pessoas que auxiliaram tanto na pesquisa, revisão bibliográfica e
elaboração da forma do texto, quanto com palavras amigas, conselhos e ensinamentos.
A Deus pela possibilidade de seguir com meus sonhos e me auxiliar nos momentos
mais difíceis.
Aos meus pais Luciana e Renato, que juntos fazem tudo ao seu alcance para me tornar
um homem de caráter e capaz de realizar meus sonhos sem medo. Sei que quando precisar
estarão lá, seja o que for.
Ao meu irmão Gabriel, avó Ofélia, padrinhos Lourdes e Vicente, demais familiares e
professores, que também lutaram para que eu tivesse a melhor educação e formação humana
quanto possíveis. Especialmente aos meus avós Maria Stella, João Batista e Manoel Batistela
que acompanham a minha vida ao lado de Deus.
Aos meus professores da graduação e aos seus esforços para que eu me torne um
profissional íntegro e de sucesso. Especialmente agradeço ao meu orientador Prof. José
Antônio Perrella Balestieri por todo o esforço e paciência que teve ao me ensinar a arte dos
trabalhos acadêmicos, buscando sempre me ajudar no que precisasse com bom humor e
excelentes conselhos. Mas mais que isso, por me passar um pouco de sua grande experiência
ao me aconselhar não somente em assuntos universitários, mas também sobre minha vida
como profissional e ser humano.
Ao amigo Kauê de Paula pelo grande auxílio no início de minhas pesquisas, redigindo
textos, comentando erros e apoiando essa empreitada. Além dele, também agradeço pelos
meus vários amigos que não se cansam de me ajudar no que for preciso, seja na vida
universitária, seja na pessoal.
Ao CNPq por financiar minha pesquisa através da bolsa PIBIC, fico grato pelo
reconhecimento e pela motivação de continuar meu trabalho.
6
"O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de
Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Brasil"
7
FERREIRA, Diego W. COMPARAÇÃO ENERGÉTICA DE TIJOLOS COMUM E
SEM QUEIMA PELA ANÁLISE DO CICLO DE VIDA. 2015. 58 f. Trabalho de
Graduação (Graduação em Engenharia de Materiais) – Faculdade de Engenharia do Campus
de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2015.
RESUMO
Esse trabalho faz parte de uma série de pesquisas envolvendo o projeto e construção de uma
casa sustentável. As pesquisas anteriores focaram-se em materiais sustentáveis e
demonstraram que os cerâmicos são interessantes para a melhoria do conforto térmico e a
redução no preço total da moradia, viabilizando inclusive casas populares, principalmente os
tijolos de argila, que possuem alta inércia térmica e baixo custo, além de facilidade em se
encontrar matérias primas e processá-las. Porém, um grande obstáculo para a utilização
sustentável desse material é a grande quantidade de energia consumida na etapa de
sinterização (queima) dos tijolos já conformados, etapa imprescindível para o ganho de
resistência mecânica. Alternativas têm sido propostas por pesquisadores da área, como os
tijolos não-queimados que utilizam cimento como aglomerante, proporcionando a resistência
à compressão necessária. As matérias primas do cimento, porém, também passam por um
processo de queima em fornos rotativos, em um processo conhecido como clinquerização.
Essa pesquisa se propôs a comparar a energia gasta na produção desses dois tipos de tijolos,
dentre outros aspectos, a fim de determinar qual é mais sustentável para os objetivos
propostos. Comparou-se a energia utilizada na sinterização de tijolos comuns contra a
utilizada para tijolos sem queima com 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% e
100% de cimento Portland. Os gastos de energia térmica e elétrica foram comarados para
identificar o quão impactante são as etapas térmicas (sinterização ou clinquerização) no total
de energia gasta. Por fim, pretendeu-se também realizar também uma análise resumida sobre
os impactos dos diferentes tijolos na saúde e meio-ambiente, mesmo não sendo esse o
objetivo principal desse trabalho. Ao final do trabalho concluiu-se que tijolos sem queima
com até 40% de cimento são mais vantajosos energeticamente do que os comuns. Além disso,
são também vantajosos em relação à emissão de gás carbônico. Os tijolos sem queima, porém,
apresentam maior geração de resíduos sólidos e de materiais particulados emitidos no ar.
PALAVRAS-CHAVE: Análise do ciclo de vida. ISO 14040. Tijolos de argila. Cimento.
Sinterização.
8
FERREIRA, Diego W. COMPARISON OF THERMAL ENERGY SPENT
PROCESSING REGULAR CLAY BRICKS AND UNFIRED BRICKS WITH
PORTLAND CEMENT USING LIFE CYCLE ASSESMENT. 2015. 58 p. Graduate Work
(Graduate in Materials Engineering) - Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá,
Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2015.
ABSTRACT
This work is part of several research related to the plan of design and construction of a
sustainable house. The previous researches focused on sustainable materials and it have
shown that ceramic material are more interesting to improve the thermal comfort and the
reduction of fees and prices of the house, making possible to construct popular home, mainly
clay bricks, that have high thermal inertia and low costs, besides the fact that it is easy to find
the raw materials in nature and process them. However, a major issue in using clay bricks is
that it uses too many energy to be processed during the sintering (burning), a crucial part of
the process that assures mechanical resistance. Alternative materials are being proposed by
the researchers, as the clay bricks without the sintering mixed with Portland cement, assuring
the proper resistance to the brick. Raw materials of cement, however, also need to be
thermally processed in rotary kilns, in a process called clinckerization. This research was
proposed for comparing the energy used by the two types of bricks and other objectives, in
order to determinate which one uses less thermal energy. The intention was to compare the
energy used during the sintering of regular clay bricks and the unfired bricks with 10%, 20%,
30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% and 100% of Portland cement. The paper also
investigated and compared the use of electrical and thermal energy of all the bricks to identify
how important were the thermal stages (sintering or clinkerization) relatively to the total
energy spent. At last, a resumed analysis was performed to identify the possible health
damages of the many life cycles of the bricks. The conclusion was that unfired bricks with
less than 40% of cement use less thermal energy to be processed. In addition, their carbon
dioxides emissions were less dangerous to the environment. However, they presented higher
volume of industrial solid wastes, as well as higher emissions of particulate matter to the air.
KEY WORDS: Life Cycle Assessment. ISO 14040. Clay Bricks. Cement. Sintering.
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO....................................................................................................... 10
1.1 Motivação............................................................................................................... 10
1.2 Objetivos ................................................................................................................ 11
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................12
2.1 Procedimentos Metodológicos ...............................................................................12
2.2 Materiais cerâmicos................................................................................................ 12
2.3 Indústria cerâmica no Brasil....................................................................................20
3 MATERIAIS E MÉTODOS................................................................................... 27
3.1 Norma ISO e software SimaPro.............................................................................. 27
3.2 Softwares para análise do ciclo de vida.................................................................. 30
3.3 Análise do ciclo de vida aplicada a tijolos............................................................. 35
4 ANÁLISE DO CICLO DE VIDA ......................................................................... 41
4.1 Bases de dados.........................................................................................................41
4.2 Análise do ciclo de vida de tijolos de cimento e tijolos de argila...................................... 41
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................................50
6 CONCLUSÃO..........................................................................................................58
7 REFERÊNCIAS...................................................................................................... 60
10
1 INTRODUÇÃO
1.1 Motivação
A ciência dos materiais tem apresentado um avanço considerável na criação de
materiais sustentáveis e que consumem menos insumos, produzindo também menos resíduos.
Muito desse progresso ocorre por causa da análise do ciclo de vida, que também é comumente
chamada de berço ao túmulo (from cradle to grave). Esse procedimento procura destacar as
transformações da matéria-prima, poluição gerada em seu processamento, potenciais riscos ao
meio ambiente em seu uso e os impactos finais de seu descarte.
A principal norma que rege essa análise é a NBR ISO 14001 e mais especificamente a
NBR 14040 (ABNT, 2009), que regulamenta os processos e necessidades de uma Análise do
ciclo de vida (ACV, em inglês LCA). Porém há diversas interpretações que ficam a critério do
pesquisador, como por exemplo a delimitação de onde irá iniciar e terminar a análise na vida
do componente, ou seja, em qual parte de sua vida a pesquisa deve se focar, para não se tornar
generalista ou complexa demais.
Esse trabalho faz parte de uma série de pesquisas envolvendo a construção de uma
casa sustentável e funcional na Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá. As pesquisas
anteriores focaram-se em materiais sustentáveis e demonstraram que os cerâmicos são
interessantes para a melhoria do conforto térmico e a redução no preço total da moradia,
viabilizando inclusive casas populares.
Um material muito presente na bibliografia pesquisada foram os tijolos de argila, que
possuem alta inércia térmica e baixo custo, além de facilidade em se encontrar matérias
primas e processá-las. Porém, um grande obstáculo para a utilização sustentável desse
material é a grande quantidade de energia consumida na etapa de sinterização, ou queima, dos
tijolos já conformados, etapa imprescindível para o ganho de resistência mecânica.
Temperaturas acima de 1500ºC fazem com que a energia gasta seja muito grande,
sendo que outras alternativas têm sido propostas por pesquisadores da área, como por
exemplo, tijolos não-queimados que utilizam cimento como aglomerante, proporcionando a
resistência à compressão necessária. Porém, as matérias primas do cimento também passam
por um processo de queima em fornos rotativos, em um processo conhecido como
11
clinquerização. Além disso, percebeu-se na pesquisa anterior que o cimento aumenta a
suscetibilidade do tijolo à abrasão por correntes de água e ar.
Essa pesquisa se propõe a comparar a energia gasta na produção desses dois tipos de
tijolos, dentre outros aspectos, a fim de determinar qual é mais sustentável para os objetivos
propostos. Há diferenças importantes a serem consideradas entre os dois tijolos, como a
obtenção das matérias primas do cimento, a clinquerização, conformação, adição ao tijolo,
plasticidade, secagem, curvas granulométricas, propriedades, preço, entre outros aspectos.
1.2 Objetivos
• analisar o atual estado do conhecimento da produção de tijolos no Brasil e no mundo;
• identificar formas alternativas de produção de tijolos que sejam ambientalmente
preferíveis, evitando (por processos sem queima ou pelo uso de energias renováveis)
ou minimizando o uso de energia de origem não renovável e a emissão de CO2 na
atmosfera;
• a partir do estabelecimento desse conhecimento, analisar de forma comparativa a
produção de tijolos comuns (queimados) e tijolos sem queima, com adição de
cimento, à partir da análise do ciclo de vida.
12
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Procedimentos Metodológicos
A pesquisa bibliográfica inicial ateve-se à busca em meios eletrônicos da internet, em
bases de dados como o Google Scholar, SciELO (Scientific Electronic Library Online), sites
de universidades como UNESP, UNICAMP e USP, além de bases de dados Scopus/Science
Direct e o periódico Sustainability. Os principais descritores utilizados foram: casa
sustentável, construções populares, casas autônomas, sustentabilidade, energia limpa, conforto
térmico, materiais cerâmicos, construção verde, tijolos de argila, porosidade, tijolos de solo-
cimento, tijolos não queimados, ISO 14040, Análise do ciclo de vida, entre outros similares.
2.2 Materiais cerâmicos
Os materiais cerâmicos estão muito presentes na engenharia civil, fazendo parte da
estrutura, recobrimento, design, sistemas elétricos, térmicos e luminotécnicos. O exemplo
mais comum é o concreto, que é utilizado juntamente com o aço nas estruturas de construções
diversas. Mas ainda há outros não tão conhecidos, como a titânia (componente de tintas),
compósitos cerâmicos (para melhoria do conforto térmico), vidros avançados, entre outros
(KINGERY, 1976).
Segundo Kingery (1976) e van Vlack (1970) esse tipo de material é utilizado devido às
suas propriedades gerais de:
• isolamento térmico;
• resistência à compressão;
• propriedades elétricas e magnéticas;
• alto módulo de Young (em comparação com polímeros e muitos metais);
• durabilidade;
• dureza;
• resistência à fluência;
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• facilidade em encontrar matérias primas (no caso da cerâmica tradicional);
• resistência à corrosão e abrasão;
• e, principalmente, elevados pontos de fusão.
Apresenta desvantagens como:
• fragilidade;
• pouca deformação elástica antes da fratura (falha catastrófica);
• porosidade inerente;
• formação de fases indesejadas;
• entre outras.
As cerâmicas diferem dos outros materiais de engenharia devido a seus processos de
fabricação. Já que possuem altos pontos de fusão e impossibilidade de se fazer usinagem,
precisam ser trabalhadas de maneiras diferentes antes dos processos industriais (KINGERY,
1976):
1) primeiramente é necessário processar os minerais retirados das minas, moendo e
realizar o processo de digestão (aplicação de NaOH) para diminuir o tamanho de
partícula e remover impurezas;
2) tendo a matéria-prima preparada, é necessário conhecer a distribuição do tamanho de
partículas, necessitando-se de alguns parâmetros como graduação, diâmetro
geométrico médio, coeficiente de curvatura e módulo de finura. Além disso, é
necessário conhecer a composição química dos minerais presentes, através de difração
de raios X e de análises térmicas do pó;
3) após conhecer bem o material deve-se calcular a quantidade de água ou outro fluido a
ser adicionado, de forma a dar a plasticidade desejada. Para tanto, utiliza-se os testes
dos limites de Atterberg (que delimitam faixas de plasticidade variando de sólido,
semissólido, plástico e líquido, dependendo da quantidade de líquido).
4) determinar os tipos de aditivos mais interessante (plastificantes, defloculantes, entre
outros) e a quantidade ótima dos mesmos no composto;
5) por último, decidir o tipo de processamento (prensagem, extrusão, forno rotativo,
injeção, etc.
14
2.2.1 Cerâmica tradicional e processos de conformação
A cerâmica tradicional, escopo desse trabalho, normalmente possui matérias primas
pulverizadas, como as argilas, feldspatos, cimentos (clínquer moído), quartzo, óxidos, etc.,
que demandam processamento diferente dos outros tipos de materiais. Essas substâncias
apresentam graus variados de pureza, que dependem do tipo de aplicação da peça cerâmica
desejada. As cerâmicas avançadas, por sua vez, trabalham com matérias -primas com elevado
grau de pureza (maior que 98%) (KINGERY, 1976).
No quadro 1 apresentam-se as principais matérias primas e seus usos na indústria. É
interessante notar que as argilas são comumente utilizadas na construção civil, porém são
utilizadas em conjunto com outras matérias primas não argilosas, como feldspatos e quartzos,
que funcionam como aditivos para dar mais resistência, manuseabilidade, mudanças de cor,
entre outros aspectos.
15
Quadro 1 - As principais matérias primas cerâmicas e seus usos na indústria
Fonte: Motta, Zanardo e Cabral Júnior (2001).
A cerâmica tradicional (telhas, tijolos, etc.) passa por conformação, secagem e queima
em fornos a mais de 1800ºC (KINGERY, 1976), processo chamado de sinterização. As
cerâmicas avançadas possuem diferentes processamento [chemical vapour deposition (CVD),
physical vapour deposition (PVD), coprecipitação, sol-gel, etc.]. Como dito, nesse trabalho a
cerâmica avançada não é tão interessante de ser analisada, pois as propriedades requeridas
nesse trabalho são estruturais e térmicas, sendo que as mesmas são mais interessantes para
aplicações elétricas, magnéticas, entre outros.
16
A cerâmica tradicional pode ser dividida em dois tipos principais:
• vermelha: tem como matérias primas as argilas e outros materiais argilosos com
excesso de óxido de ferro, tendo coloração vermelha após a queima. É muito utilizada
em pisos, tijolos, azulejos, telhas, utensílios domésticos e alguns tipos de materiais
refratários simples. Apresenta grandes possibilidades de aplicação estrutural na
construção civil;
• branca: produzida com argilas com baixo teor de óxido de ferro, representando peças
de coloração clara após a queima. É mais utilizada para peças e utensílios domésticos,
mas também tem aplicações em pisos e azulejos. Utiliza-se normalmente uma camada
de esmalte para proteger as peças.
Os processos de fabricação de cerâmicos envolvem conformação e sinterização dos
pós. Diferentemente dos metais, que normalmente podem ser fundidos e forjados, os
cerâmicos possuem pontos de fusão muito altos, tornando esse processo muito custoso. De
fato, as indústrias utilizam técnicas de conformação, seguidas por sinterização, que tem por
objetivo coalescer os grãos e formar peças com a resistência mecânica e propriedades
desejadas.
Nos casos dos tijolos vazados, telhas, pisos e azulejos utiliza-se a extrusão para
conformar a massa cerâmica, visto que a prensagem torna-se impraticável em alguns desses
casos ou muito custosa em outros. A extrusão consiste em forçar a passagem de uma massa
plástica de argila por uma fenda que dá a forma desejada. Segundo Ribeiro, Ferreira e
Labrincha (2003), ela é uma técnica utilizada há pelo menos 150 anos, tendo seu conceito
permanecido sem alterações drásticas. Tem como principais vantagens a alta produtividade,
diminuição de poros e homogeinização. Basicamente, é um método de produção que gera
peças de seção transversal constante ao aplicar-se uma pressão sobre uma massa cerâmica
plástica.
O parâmetro reológico de plasticidade da massa cerâmica (argila, água e aditivos,
mistura chamada de barbotina) é essencial para esse processo e, para melhor controlar a
extrusão, deve-se conhecer a quantidade ótima de água na massa, além das características do
material trabalhado. Por exemplo, argilas magras (que não absorvem muita água, e por isso
têm baixa plasticidade), produzem menor pressão de saída, o que acarreta menor
homogeneização, sendo necessário a adição de mais água à massa cerâmica. Argilas gordas,
por sua vez, são melhores processadas pela extrusão.
17
A figura 1 ilustra um desenho esquemático de uma extrusora e seus principais
componentes.
Figura 1 - Desenho esquemático de uma extrusora e seus principais componentes, destacando a tensão da massa
cerâmica em cada região. É interessante destacar que a massa cerâmica é misturada à água e pré-aquecida à
partir da zona de pré-compressão
Fonte: Ribeiro, Ferreira e Labrincha (2003).
Além da extrusão, utiliza-se a prensagem para produzir tijolos maciços, alguns tipos
de pisos e azulejos, além de conformar telhas. É um processo simples, que consiste
basicamente em prensar os pós cerâmicos em um molde metálico. Apresenta vantagens como
grande produtividade, tolerâncias baixas de forma e pouca utilização de água, diferentemente
da extrusão. Além disso é um processo que pode ser aplicado sem grandes conhecimentos
sobre o maquinário. No entanto, deve-se saber que na direção da prensagem a superfície será
lisa, no caso da prensagem uniaxial (KINGERY, 1976).
No caso das telhas, muitas vezes realiza-se uma extrusão e posterior prensagem, para
dar a forma final antes da sinterização. Há também alguns pratos cerâmicos que são prensados
e depois estampados, dando a forma característica. De fato, é comum que processos sejam
utilizados em conjunto.
18
2.2.2 Cimentos
Os cimentos, outro objeto de estudo desse trabalho, também são materiais cerâmicos
utilizados em tijolos e casas, porém seu processamento é muito diferente das argilas. Eles não
passam pelo processo de sinterização, pois seus minerais apresentam propriedades
cimentíceas, ou seja, endurecem quando postos em contato com a água. O produto da reação
de cimentação é um material cerâmico duro, resistente e que não é degradado facilmente pelo
ambiente, sendo ideal para a construção civil.
À primeira vista, os cimentos apresentam uma vantagem em relação às argilas, pois
não necessitam de secagem e sinterização, porém sua fabricação exige a etapa de
clinquerização, onde se utilizam fornos rotativos e aquecimento a 1450ºC (KINGERY, 1976).
O escopo desse trabalho é justamente tentar identificar por Análise de Ciclo de Vida qual dos
dois compostos utiliza menos energia desde a retirada até o processamento. Para tanto, deve-
se analisar o ciclo de vida dos cimentos e suas matérias primas.
Primeiramente retiram-se os minerais necessários na rocha de calcário, ou marga,
pulverizando-se e obtendo uma mistura de 80% de carbonato de cálcio (CaCO3), 15% de
dióxido de silício (SiO2), 3% de trióxido de alumínio (Al2O3) e quantidades menores de outros
constituintes, como o ferro, o enxofre, etc. Esses minerais são misturados com argila e gesso,
dando propriedades plásticas e cimentíceas ao produto final. De fato, os minerais de calcário
representam 90% da massa inicial de cimento a ser clinquerizado. Toda a mistura é colocada
em fornos rotativos, que aquecem-na a 1450ºC, aproximadamente (PAULA, 2009).
O aquecimento, ou clinquerização, promove a remoção de voláteis e converte os
minerais naturais em C3S (silicato tricálcico), C3A (aluminato tricálcico), C2S (silicato
dicálcico) e C4AF (ferro aluminato tetracálcico). Mais especificamente, entre 90ºC e 200ºC
ocorre a vaporização da água entre grãos e água molecular dos compostos químicos. Entre
500ºC e 900ºC ocorre a descarbonetação do material calcário, com produção de óxido de
cálcio (CaO) e liberação de CO2. Entre 850ºC e 1450ºC dá-se a reação entre o óxido de cálcio
e as substâncias sílica-aluminosas, gerando as espécies mencionadas acima, que são o
chamado clínquer. Ao fim do aquecimento, o composto está a aproximadamente 1300ºC,
sendo então resfriado rapidamente para garantir suas propriedades. Por fim, ocorre a moagem
e mistura do material com gesso, na proporção de 97% clínquer e 3% gesso (PAULA, 2009).
Ainda segundo Paula (2009) “o forno rotativo é instalado horizontalmente, com uma
inclinação que varia entre 2 a 4 %, através do qual circulam em contra corrente os gases de
19
aquecimento resultantes da queima de um combustível, e a matéria-prima para a produção do
clínquer. (...) Os fornos estão revestidos internamente com material refratário que protege a
sua carcaça de aço, dificulta a perda de calor para o exterior e permite a existência no seu
interior de elevadas temperaturas, que na zona perto da saída do clínquer podem atingir
temperatura de chama de aproximadamente 2000 ºC.” A figura 2 ilustra um forno rotativo.
Figura 2 - Imagem ilustrativa de forno rotativo
Fonte: http://mediaibox.siemens.com.br/medias/IMAGES/14520_20090504095357.jpg.
De forma geral a clinquerização pode ser feita por via seca, similar à descrita, e por via
úmida, que basicamente mistura água durante o aquecimento em forno. Limitando-se ao fator
energético, a via úmida apresenta um gasto de aproximadamente 5000 MJ por tonelada de
clínquer, segundo Paula (2009). A via seca, por sua vez, consome normalmente 3000 MJ,
sendo esse o processo mais eficiente energeticamente. De fato, em uma análise mais ampla, a
via úmida também apresenta vantagens de custos, aplicação, entre outras, dependendo da
empresa e método de fabricação.
De uma forma geral, as etapas de pré-aquecimento e calcinação em fornos rotativos
provocam os maiores impactos do ciclo de vida do cimento, principalmente em forma de
energia. Através da Figura 3 pode-se perceber as diversas porcentagens de impactos
ambientais, por processo de produção
20
Figura 3 - Rede de ciclo de vida (“berço ao túmulo”) demonstrando a alocação de impactos ambientais por cada
passo da produção do cimento Portland tradicional.
Fonte: Hurtzinger e Eatmon (2009). Traduzido.
2.3 Indústria cerâmica no Brasil
A indústria cerâmica é uma das mais diversificadas e que abrange uma gama muito
grande de produtos. Pode-se destacar as indústrias de cerâmica vermelha, branca, de
revestimentos, abrasivos, biocerâmicas e cerâmica avançada, entre outros segmentos que são
explorados, muitas vezes, em diferentes regiões do país. De acordo com o escopo da pesquisa,
focou-se principalmente em analisar as indústrias que mais utilizam materiais argilosos,
matéria prima principal dos tijolos, e os cimentos.
O Brasil é um país muito rico em jazidas de minerais diversos, principalmente
materiais argilosos e matérias primas de cimentos, base de grande parte da indústria de
construção civil. Porém o pais também é um dos que mais possuem reservas de terras raras,
21
minerais muito utilizados em informática por suas propriedades eletromagnéticas
diferenciadas. Assim sendo, a indústria cerâmica brasileira é muito diversa e acaba por
explorar diferentes níveis no beneficiamento dos materiais cerâmicos, desde a extração até a
venda final.
Apesar da grande abundância, ainda faz-se necessário investimentos na melhoria da
produção e produtividade do setor. Muitas empresas ainda utilizam métodos artesanais e
técnicas não tão eficientes de produção, como por exemplo a utilização de fornos à lenha para
a sinterização de tijolos, retirada de matéria prima das jazidas de forma descontrolada,
poluição atmosférica, entre outras.
Por outro lado, há avanços significativos nas cerâmicas avançadas, devido a estudos
nas universidades brasileiras e aplicações na indústria, demonstrando que o país tem muito
potencial para desenvolvimento científico na área de engenharia cerâmica.
2.3.1 Cerâmica vermelha
A indústria de cerâmicas vermelhas no país é muito ampla e antiga, tendo também
muito potencial de crescimento devido ao déficit de moradias. Porém muitas das técnicas de
produção limitam-se à análises empíricas dos ceramistas responsáveis, não havendo uma
pesquisa de matérias primas mais rentáveis, processos de produção melhores ou mesmo
estudos de impactos ambientais. Trata-se de uma indústria que limita-se a produzir as peças
com as técnicas ainda utilizadas há 50 anos ou mais.
É uma indústria que desde de 2000 movimenta mais de 60 milhões de toneladas de
matéria prima cerâmica, gerando US$ 2500 milhões de renda na produção. Esses produtos
normalmente se limitam a mercados até 250km do local de origem, mas no caso de telhas
pode chegar até a 750km para produtos específicos (BUSTAMANTE; BRESSIANI, 2000).
Esse tipo de indústria está muito presente nas proximidades de bacias hidrográficas,
devido à presença da matéria prima nesse tipo de formação geológica. Um exemplo é o Vale
do Paraíba, que possui muitas empresas do ramo devido aos depósitos de argila do Rio
Paraíba. O sul e o sudeste, de forma geral, são os exemplos de regiões onde as indústrias de
cerâmica vermelha estão bem estabelecidas. As mesmas geram 293 mil empregos diretos,
representando 4,8% da indústria de construção civil do país (REVISTA NOVA CERÂMICA,
22
2010). O Brasil possui aproximadamente 6.900 empresas no setor, correspondendo a mais de
6 bilhões de reais de faturamento por ano (REVISTA NOVA CERÂMICA, 2010).
Na Figura 4, retirada de Motta, Zanardo e Cabral (2001) mostra-se regiões produtoras
de cerâmica vermelhas nas regiões do Sul e Sudeste.
Figura 4: Principais polos de cerâmica vermelha em alguns estados do Sul/Sudeste
Fonte: Motta, Zanardo e Cabral (2001).
Esse tipo de indústria enfrenta também muitos desafios para manutenção e
aprimoramento de seu parque industrial. Há necessidade de melhoria do conhecimento de
reservas geológicas de argila e estudos para definir outras áreas de exploração viáveis e
interessantes para o custo final da peça cerâmica. A inovação também é muito importante para
o contínuo crescimento da atividade, já que grande parte das peças produzidas são similares às
de 50 anos atrás, é importante explorar oportunidades de inovar. Além disso, há sempre a
preocupação com o meio ambiente, pois esse tipo de atividade industrial gera muitos gases
tóxicos e nocivos para o meio ambiente, pois há liberação dos mesmos no processo de queima
das peças cerâmicas. De fato, destaca-se também o grande gasto energético desse setor.
De fato ainda se utiliza lenha para a queima das peças cerâmicas, causando grande
liberação de gases nocivos. Além disso, há pouco controle sobre o resultado final, já que as
chamas são inconstantes e não aquecem as peças de forma uniforme, podendo gerar trincas.
23
Apesar de a argila ser a matéria prima desse tipo de indústria, há diversas variações da
mesma, fazendo com que as propriedades dos produtos variam de região para região. Cada
tipo de argila tem uma composição diferente, dependo dos minerais constituintes e da
formação geológica das rochas de que eles vieram. Existem, por exemplo, as argilas gordas,
que possuem mais plasticidade e absorvem mais água, tendo de haver um cuidado maior
durante a etapa de secagem da peça antes da queima, para não haver trincas. Há ainda as
argilas magras, que possuem muitos constituintes não plastificantes, como por exemplo o
quartzo. De fato, essa última não absorve água com tanta eficiência, e portanto não se
aglomera de forma tão eficiente, havendo dificuldade para a formação de peças.
A indústria da cerâmica vermelha é muito rica e diferenciada, por isso gera produtos
diversos como tijolos, telhas, azulejos, utilizados principalmente na construção. Esses
materiais são muito importantes para a manutenção do conforto térmico de casas e edifícios
em geral, por possuírem níveis de porosidade que dificultam a passagem do calor. Também
são resistentes, duráveis e baratos. Possuem um papel muito importante no planejamento de
casas sustentáveis devido a essas e outras propriedades, como mencionado anteriormente
nessa pesquisa.
2.3.2 Cerâmica branca
O setor de cerâmica branca agrega diversos tipos de produtos como louças, porcelanas,
sanitários e porcelana técnica (cadinhos, isolantes térmicos, entre outros). Diferenciam-se das
cerâmicas vermelhas não apenas na cor, mas na composição da massa cerâmica,
principalmente. Podem possuir argilas de queima branca, caulins, quartzos e fundentes
diversos como feldspatos, filito, carbonatos, entre outros.
Usualmente classifica produtos dessa atividade de acordo com o teor em peso de água
absorvida pelo corpo cerâmico: porcelana quando é zero, grês com baixíssima absorção (entre
0,5% e 3%) e louça quando há materiais mais porosos, com absorção maior que 3%.
As porcelanas são compostas principalmente por argilominerais e caulim, além de
quartzo e feldspatos, geralmente queimados há mais de 1250ºC (MOTTA, ZANARDO E
CABRAL, 2001). Compreendem produtos utilizados para decoração, utilidades domésticas
(xícaras, pratos, louças, entre outras) e na área técnica, tendo alta resistência mecânica ou à
corrosão, por exemplo. O grês possui as mesmas temperaturas de tratamento térmico, porém
24
possui matérias primas menos puras, como granitos, pegmatitos e filitos, ao invés de
feldspatos puros. São muito utilizados para peças de lavatório e higiene. As louças são as
peças de cerâmica branca que mais absorvem água, sendo utilizadas em aparelhos de chá,
canecas, decoração, etc. Utilizam matérias primas semelhantes ao grês, porém com adição de
outros minerais como dolomitas, calcitas e fundentes carbonáticos.
O setor está representado principalmente por empresas do sul e sudeste, de forma
similar à cerâmica vermelha (MOTTA, ZANARDO E CABRAL, 2001). Devido à
proximidade com as matérias primas, há a presença de polos dessa indústria em bacias
hidrográficas e depósitos geológicos de argila. Dentro da cerâmica branca a indústria de
sanitários se destaca pelo volume de peças produzidas e pela demanda do crescente mercado
da construção civil. É um setor controlado por grandes grupos empresariais, porém que
apresenta grande perspectiva crescimento também para pequenas empresas (MOTTA,
ZANARDO; CABRAL, 2001).
2.3.3 Cimentos
Desde 2003 houve um forte crescimento da demanda da indústria de cimentos no país,
movida principalmente pelo grande aumento em investimentos imobiliários e em construção
civil, de forma geral. O aumento de crédito para construção de conjuntos habitacionais, a
liberação de subsídios para compra da casa própria e a construção de grandes estruturas
(usinas hidrelétricas no Norte, tais como Belo Monte, Jirau e Santo Antônio) trouxeram vigor
para o setor e consolidaram essa indústria como uma das mais importantes no país.
O perfil dessa indústria é caracterizado pela presença de grandes empresas especializadas
nessa atividade, pois a produção de cimento possui altos custos de armazenagem e transporte,
além de prazos longos para amortização dos investimentos. A entrada de novos investimentos
é dificultada, também, pela forte concorrência.
As indústrias de cimento estão bem estabelecidas em todo o país, criando muitas vezes
polos regionais. No sudeste pode-se observar pela Figura 5 que há menor concentração da
produção, devido à maior concorrência, porém em outras regiões a indústria é concentrada em
grandes grupos de empresas.
25
Figura 5 - Localização das fábricas de cimento no Brasil, por grupos econômicos.
Fonte: Santos (2011).
26
A Figura 6 demonstra a produção e consumo de cimento no Brasil em 2009 e pode-se
perceber que os estados do sudeste lideram nos dois quesitos.
Figura 6 - Produção e consumo regional de cimento no Brasil em 2009
Fonte: Santos (2011).
A produção de cimento é uma atividade que também traz muitos desafios, pois há a
tentativa de entrada de diversos grupos estrangeiros no Brasil, obrigando as principais
empresas a diversificarem seus negócios (SANTOS, 2011). Além disso há ainda muitos
investimentos de empresas brasileiras de outros ramos, visando diversificar seu negócio e
adentrar nesse ramo lucrativo.
Ambientalmente falando, a indústria do cimento é responsável por grande consumo de
energia, devido à etapa de clinquerização em fornos rotativos, que necessita de grandes usos
de energia. Além disso, a extração da matéria prima causa muitos danos aos locais da jazidas
e causa impactos no meio ambiente local.
27
3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Norma ISO e software SimaPro
A ISO [International Organization for Standardization (Organização Internacional de
Padronização)] é uma regulamentação internacional que rege diversos campos importantes
para o desenvolvimento científico. Mais especificamente, o desenvolvimento da engenharia
está diretamente ligado a essa série de normalizações devido à atual globalização. É comum
que diferentes peças de um mesmo mecanismo tenham sido fabricadas em diferentes lugares
do mundo, e para que as mesmas tenham ajustes corretos e funcionalidade é necessário
submeter os processos produtivos a essas normas.
Exemplificando, há a normalização NBR 9000 (ABNT, 2008), que dá diretrizes para a
melhoria de sistemas de gestão de qualidade, visando melhorar os serviços de uma empresa e
trazer maior satisfação aos clientes. Também é uma importante ferramenta para agregar maior
valor a seu produto, já que o produto é teoricamente de maior qualidade que os que não
seguem a regulamentação.
Dentro do escopo deste trabalho, há a NBR 14000 (ABNT, 2004), que regulamenta a
criação de sistemas de gestão ambiental. A sustentabilidade nas organizações está atrelada não
somente à não emissão de poluentes, mas a toda uma cultura que envolve desenvolver
ambientalmente sua região, diminuir impactos ecológicos, gerar valores na comunidade em
que está instalada, entre outras atribuições. Essa norma busca padronizar, ou seja, não
quantifica valores, mas sim auxilia a empresa a cumprir suas próprias metas ambientais. As
legislações são os meios que introduzem valores sobre a produção, destino de resíduos e uso
da energia.
Mais especificamente a norma NBR ISO 14040 (ABNT, 2009) padroniza sistemas de
análise de ciclo de vida, que analisam os impactos de atividades diversas no meio ambiente.
Esse tipo de análise é muito interessante para a ciência dos materiais, pois possibilita
comparar diferentes processos de fabricação, materiais e respostas dos mesmos em serviço.
No presente artigo, procurou-se trabalhar com essa norma na comparação da eficiência de
tijolos de argila sinterizados e não sinterizados (com cimento como aglomerante), buscando a
melhor alternativa energética para uma casa sustentável.
28
Essa norma é regida pelo comitê ISO/TC 207, que rege todas as normas da série 14000
(ABNT, 2004), ou seja, é a divisão da organização que fiscaliza, padroniza e elabora todas as
regras voltadas para o desenvolvimento sustentável. A norma divide-se basicamente em 9
partes, geridas por órgãos específicos (LEMOS, 2000):
• SC 1 - Sistemas de Gestão Ambiental: ISO 14001 e 14004, ISO TR 14061;
• SC 2 - Auditoria Ambiental: ISO 14015 e ISO 19011;
• SC 3 - Rotulagem Ambiental: Série ISO 14020;
• SC 4 - Avaliação de Desempenho Ambiental: ISO 14031 e ISO/TR 14032;
• SC 5 - Avaliação de Ciclo de Vida: Série ISO 14040;
• SC 6 - Termos e Definições: Série ISO 14050;
• WG 3 - Projeto para o Ambiente: ISO TR 14062;
• WG 4 - Comunicação Ambiental: ISO 14063;
• WG 5 - Mudanças Climáticas: ISO 14064.
No caso do Brasil, a ABNT (Agência Brasileira de Normas Técnicas) criou o
ABNT/CB-38, que funciona de forma similar ao ISO/TC 207 e seus subcomitês. O órgão
responde pelo Brasil nas reuniões internacionais, traduz e disponibiliza as normas adaptadas
ao país.
3.1.1 Norma ISO 14040
A análise do ciclo de vida é a observação e estudo de um produto considerando-o
dentro de um processo produtivo mais amplo, ou seja, não avalia somente os impactos diretos,
mas sim desde a retirada das matérias primas, processamento, uso, reuso e descarte. É uma
ferramenta muito importante para se entender os impactos e principalmente comparar
processos, visando determinar o mais sustentável ou lucrativo.
A série ABNT ISO 14040 é a responsável por normalizar a análise de ciclo de vida,
porém, como a maioria das normas, é generalista, pois existem diversos tipos de produtos,
serviços e até mesmo ideias que pode ser analisados.
Ela pode ser dividida em diversas partes:
29
• ISO 14040 – Avaliação do Ciclo de Vida – Princípios e Estrutura;
• ISO 14041 – Definição de Escopo e Análise do Inventário;
• ISO 14042 – Avaliação do Impacto do Ciclo de Vida;
• ISO 14043 – Interpretação do Ciclo de Vida;
• ISO 14048 – Formato da Apresentação de Dados;
• ISO TR 14047 – Exemplos para aplicação da ISO 14042;
• ISO TR 14049 – Exemplos de Aplicação da ISO 14041.
Primeiramente é importante dividir a Análise do Ciclo de Vida em suas etapas básicas,
destacadas pelo próprio documento da norma:
a) o estabelecimento dos objetivos e escopo do trabalho;
b) análise de inventário: escolha de dados para entradas e saídas nas etapas da vida do
material;
c) análise de impacto: informações adicionais que auxiliem a compreender os impactos
ambientais das etapas escolhidas na fase anterior;
d) interpretação: conclusões conforme os objetivos apresentados anteriormente, comparação
de valores e discussão dos resultados obtidos.
Na segunda etapa também se escolhe o “caminho” da vida do material que será
estudado, delimitando-se o início e o final de sua vida. De fato, essa delimitação vai depender
muito do objetivo, não podendo ser pequena ou grande demais. Por exemplo, caso se esteja
estudando a produção de tijolos, não é interessante a informação sobre processos de
sedimentação das argilas, pois não influi necessariamente na energia gasta na conformação
das peças, assim como também não interessa aos objetivos o conhecimento sobre a utilização
dos resíduos de tijolos quebrados. Interessa, entretanto, saber a maneira de processamento da
barbotina, o tipo de conformação, etapas de aquecimento, etc.
Da mesma forma, pode-se variar também o detalhamento conforme o escopo do
estudo, assim como a forma de fazer o estudo é relativa, o que caracteriza a Análise do ciclo
de vida como uma técnica variável de instituição para instituição.
30
3.2 Softwares para análise do ciclo de vida
Com o advento das tecnologias de informação, o compartilhamento de dados de
diversos experimentos possibilitou a criação de inventários de ciclo de vida de maneira
digital. Com o auxílio de softwares a Análise do Ciclo de Vida tornou-se mais precisa,
universal e fácil de ser reproduzida por outros pesquisadores. Atualmente há ainda diversas
bases de dados de livre acesso, que podem ser utilizadas para retirar os valores necessários
para os cálculos de impactos, custos e comparações entre sistemas diferenciados.
3.2.1 Software OpenLCA
Nessa pesquisa foi utilizado o OpenLCA, software livre e de código aberto que
possibilita a análise de maneira fácil e intuitiva. Além desse, utilizou-se as bases de dados
USPI e ELCD, disponibilizadas gratuitamente para utilização (Em:
. Acesso em 19 nov. 2013.). De fato, essa é ainda uma
ferramenta nova e que somente aparece em poucos artigos científicos até o momento, porém a
escolha pelo programa se deu pelo fato de ser gratuito, o que contrasta com a ferramenta
comumente utilizada pelos pesquisadores, o SimaPro, um conhecido e um dos mais usuais
softwares comerciais. Como essa pesquisa faz parte dos estudos para a construção de uma
casa sustentável e barata, optou-se por demonstrar o uso de uma ferramenta gratuita, que
possa ser utilizada em qualquer pesquisa similar.
Figura 7 - Tela de iniciação do OpenLCA.
Fonte: Software OpenLCA
31
Essa ferramenta permite o cálculo de impactos ambientais, na saúde, na economia e
comparações de utilização de energia, que é o foco desse trabalho. E não obstante, permite
também a análise fácil de sistemas que não envolvem produtos físicos, como utilização de
terras, arborização, desmatamento e aplicação de novas formas de energia. Também gera
gráficos dos processos envolvidos, apontando os locais mais críticos ambientalmente e
energeticamente.
O software, como outros similares, depende da utilização de bases de dados, de onde
se retiram os valores. Esses números são retirados de medições reais nos países que são
englobados pela base, e representam o esforço de muitos pesquisadores que reuniram seus
dados em um mesmo local. De fato, muitas dessas bases são pagas, o que muitas vezes
dificulta uma ANÁLISE DO CICLO DE VIDA.
Pensando nessa questão, utilizaram-se nesse experimento duas bases de dados
disponibilizadas gratuitamente: a USLCI e a ELCD, principalmente a segunda, na qual se
basearam as conclusões. Ambas abrangem análises em diversas áreas, com diversos objetivos
e, principalmente, com grande confiança, pois são também utilizadas em conjunto com
softwares pagos.
O funcionamento do OpenLCA é ligeiramente diferente do SimaPRO, porém guarda
as similaridades comuns a qualquer ANÁLISE DO CICLO DE VIDA. Os diversos elementos
podem ser divididos por complexidade da forma descrita abaixo:
• Flows: as unidades mais básicas do OpenLCA, correspondem aos produtos, sistemas
ou recursos a serem pesquisados. Por exemplo: cimento (em massa), gás carbônico
(em massa), água (em volume), área de plantio, gases de emissão (generalizado, em
massa), uso da água (em vazão), entre outros. É interessante notar que não há apenas
produtos físicos, mas também unidades mais abstratas (área de plantio, p.e.). Os Flows
podem ser referenciados tanto como entrada ou saídas dos processos. Por fim, é
interessante notar que o uso dos flows envolve conhecimento do sistema pesquisado,
pois existem alguns específicos (saída de gases nocivos de uma usina de biomassa na
Costa Oeste dos EUA, em massa) e mais genéricos (resíduos sólidos, em massa). Cabe
ao pesquisador utilizar flows mais próximos de sua pesquisa;
• Processes: um conjunto de flows representando um processamento de matéria prima
ou uma transformação envolvendo os mesmos. Há a necessidade de flows de entrada
(inputs) e de saída (outputs), bem como outros que representem a utilização de energia
[energia elétrica da rede (EUA), em MJ, p.e.]. Exemplos: queima de carvão,
32
crescimento de árvores, aumento de área florestal, queima em fornos rotativos,
transporte de resíduos de construção civil para o depósito a 100 km de distância, entre
outros. A Figura 8 demonstra um exemplo de Process para produção de cimento
Portland, ilustrando os inputs e outputs do processo. Por fim, é interessante notar, que
o Process tem de ser mensurável, ou seja, há uma unidade final de saída, seja massa,
volume ou outro.
Figura 8 - Tela do OpenLCA para o processo de produção do cimento Portland, demonstrando os inputs e
outputs.
Fonte: Software OpenLCA
• Product System: é a estrutura final utilizada no OpenLCA. No fim, deve-se criar um
Product System, que é a união de diversos Processes e representa de fato, a Análise do
ciclo de vida completo, inclusive havendo possibilidade de colocar os Processes de
interesse em um gráfico para melhor visualização. Há ainda a possibilidade de já
colocar todos os inputs em um Process e criar um Product System apenas para
33
aumentar ou diminuir a quantidade final. Por exemplo, um Process já considera todos
os inputs e outputs do sistema de interesse, porém calcula os impactos para 1kg de
material final, ao criar um Product System, pode-se multiplicar isso por mil e obter
para uma tonelada. Na Figura 9 há a ilustração de um gráfico típico de um Product
System para cimento Portland.
Figura 9 - Tela do OpenLCA para o processo de produção do cimento Portland, demonstrando o gráfico de
Inventário de Ciclo de Vida gerado pela tela Product System.
Fonte: Software OpenLCA
Como a proposta do trabalho é estabelecer uma comparação entre vários LCA, é
interessante acrescentar também que, após a criação dos Product Systems de interesse, há a
possibilidade de se comparar seus impactos na natureza e na saúde humana. Há a geração de
gráficos que possibilitam uma rápida e fácil visualização desses e de outros aspectos
comparativos.
34
O OpenLCA, assim como o SimaPRO, tem como unidade de saída de suas análises os
points (Pt) ou milipoints (mPt), sendo que o valor de 1 representa um milésimo do peso
ambiental de um habitante europeu médio. Eles são a unidade padrão do método Eco-
indicator 99, base de dados de impactos adotada por este estudo.
3.2.2 Software SimaPRO
A grande maioria dos estudos científicos é realizado com o auxílio do SimaPro, que
também está habilitada conforme a norma ISO 14040 para realizar a ANÁLISE DO CICLO
DE VIDA, porém ele tem capacidade de diversas outras análises além dessa. É uma
ferramenta poderosa de análise e pelo fato de já estar consolidada no meio científico,
possibilita uma comparação entre estudos mais facilmente. É um software que trabalha com
diversas bases de dados, por isso seus valores são reconhecidos como internacionais ou como
referência para diversos estudos, mesmo que seus dados sejam primordialmente de
experimentos e medidas realizadas em diversos países europeus (GAMA, 2010)
(HUNTZINGER e EATMON, 2009).
O SimaPRO é, no entanto uma ferramenta paga, motivo pelo qual optou-se pela
utilização do OpenLCA nesse trabalho. A intenção principal desta pesquisa é fazer parte de
várias outras que compõem o planejamento de uma casa sustentável e viável confortável,
econômica e ambientalmente. Para tanto, é mais interessante a utilização de uma ferramenta
de código aberto e freeware, ou seja, que possa ser utilizada por qualquer empresa ou
pesquisador.
3.2.3 Eco-indicator 99
O Ecoindicator 99 é o método utilizado neste estudo para avaliar e comparar os
impactos ambientais e na saúde humana dos diversos ciclos de vida pesquisados. Muitas
vezes um tipo de tijolo pode utilizar menos energia em sua produção, porém causa mais
impactos negativos, o que também faz parte do escopo do presente estudo.
35
Esse método de abordagem surgiu da necessidade de sistematizar as informações
dadas pelos inventários. Muitas vezes os impactos ambientais eram divididos em muitas
categorias, o que dificultava a análise e uma abordagem direta do pesquisador. Muitos
métodos tinham 10 ou mais categorias de impactos a serem quantificadas, por isso em um
painel de pesquisadores suíços criou-se o Eco-indicator, criando categorias mais generalistas,
mas que englobavam as intenções principais de uma Análise do ciclo de vida (GAMA, 2010).
Preocupou-se em analisar principalmente os impactos de ciclos de vida diversos na
diminuição da expectativa de vida de uma população, esgotamento de recursos para a
humanidade, emissões de gases tóxicos ou estufa e utilização da terra. Desse método,
derivaram-se outros, como por exemplo o Impact 2002+, mais amplo, mas que ainda utiliza o
tipo de análise do Ecoindicator como base para muitas de suas categorias.
3.3 Análise do ciclo de vida aplicada a tijolos
Segundo Gama (2010) ainda há poucos estudos em Análise do ciclo de vida aplicados
a tijolos, por isso há ainda uma grande gama de assuntos a serem tratados nesse quesito. Isso
se deve ao fato de que a discussão sobre construções mais eficientes e menos danosas ao
ambiente é ainda recente, apesar de estar em franca expansão. No caso dos tijolos, a Análise
do ciclo de vida está ligada principalmente à etapa de sinterização, a mais crítica do processo
de produção, onde há grandes liberações de gases pela queima de combustível e também
utilização de energia elétrica.
Diferentemente de outros produtos, a Análise do ciclo de vida dos tijolos é
principalmente ligada à redução do uso de energia, pois é um produto que não apresenta
emissões (gasosas, líquidas ou sólidas) muito danosas à saúde das pessoas. A cerâmica
vermelha, como um todo, normalmente não apresenta emissões de produtos carcinogênicos e
tóxicos normalmente ligados a polímeros, metais pesados, derivados de petróleo, etc. Por isso,
esse estudo, não se foca nos impactos na saúde ou na eliminação de gases, apenas no uso da
energia. Contudo, um estudo ampliando os horizontes nesse sentido seria muito interessante
de ser feito.
A presente análise focou-se principalmente na comparação entre os tijolos comum e
sem queima com adição de cimento, nos gastos de energia elétrica e térmica, havendo
inclusive uma comparação entre ambas. A unidade utilizada foi o Joule (J).
36
Para análises utilizando-se a base de dados ecoindicator, a unidade de referência são os
Pt (points) e suas subunidades, em que 1 point (Pt) representa um milésimo do peso ambiental
de um habitante europeu médio. É uma unidade interessante para fins comparativos.
É interessante notar que a Análise do ciclo de vida utilizada foi a conceitual, em que se
buscam apenas informações qualitativas sobre produtos e objetos de estudo, ou seja, não se
trata de um estudo extremamente denso e detalhado do ciclo de vida dos tijolos, mas sim
apenas um destaque para as etapas mais críticas da produção. No caso, a queima dos tijolos
em comparação com a clinquerização.
3.3.1 Parâmetros da análise de ciclo de vida
Estabeleceu-se um paralelo entre a dissertação de Gama (2010) e o artigo de Obonyo,
Exelbirt e Baskaran (2010), sendo o último inclusive o motivo da realização desse trabalho,
pois a partir do mesmo perguntou-se qual dos tipos de tijolos seria o mais interessante.
A dissertação destaca uma comparação entre a sinterização de tijolos utilizando óleo
combustível e biomassa. Com a utilização da Análise do ciclo de vida foi possível detectar
que a biomassa tem menos impactos ambientais devido à menor emissão de gases. Os
parâmetros utilizados nesse trabalho são muito parecidos com os que podem ser utilizados na
comparação entre tijolos comum e sem queima. O fluxograma de processo de produção de
tijolos de Gama (2010) será o mesmo utilizado para a Análise do ciclo de vida do presente
trabalho, no qual será dado enfoque para os processos dentro da área do retângulo na Figura
10.
37
Figura 10 - Esquema do ciclo de vida do tijolo comum.
Fonte: Gama (2010).
O esquema do ciclo de vida para o tijolo sem queima com cimento é bem parecido
com o acima, porém considerando-se as etapas de produção de cimento e retirando-se a
sinterização (definido como cozedura na Figura 3). Obonyo, Exelbirt e Baskaran (2010)
utilizou uma mistura de 45,35 kg de solo regional para 3,17 kg de cimento Portland,
fabricando assim um tijolo de solo-cimento. Houve ainda a produção de tijolos com outros
aditivos para objetivos diversos, mas que fogem ao escopo desse trabalho.
Os tijolos já moldados foram expostos ao sol por três semanas e posteriormente
passaram por um processo de secagem. Água também foi lançada sobre eles, de forma a
otimizar a cimentação de alguns aditivos.
De forma a testar a resistência dos tijolos às diversas intempéries, testou-se os mesmos
com o uso de jatos de água, visto ser esse um fator mais agressivo entre todos. Concluiu-se,
ao final, que os aditivos auxiliaram na estrutura do material e inclusive na eficiência térmica,
mas esses benefícios foram contrabalançados com a perda de resistência à erosão. Ou seja, a
38
utilização do cimento como aglomerante prejudica a resistência à erosão e intempéries do
ambiente, sendo esse também um fator a ser considerado.
Levando em consideração o estudo de Obonyo, Exelbirt e Baskaran (2010) e de
Loques (2013), que realizou a Análise do ciclo de vida do cimento Portland, elaborou-se um
inventário de etapas de produção dos tijolos sem queima, inserindo no fluxograma da Figura
10 as etapas de produção do cimento e retirando-se a etapa de sinterização. Utilizou-se como
base o inventário de Loques (2013), isolando as etapas de interesse das reações químicas e de
calcinação. A Figuras 10 e 11 demonstram os processos com seus inputs e outputs.
Figura 11 - Etapas de interesse das reações químicas e de calcinação nos cimentos Portland.
Fonte: Loques (2013).
De forma mais detalhada, a Figura 12 ilustra um fluxograma as etapas de uma forma
separada, sendo interessante para uma análise mais apurada. A Figura 12 foi retirada de
Huntzinger e Eatmon (2008). De fato, as etapas interessantes ao presente trabalho estão entre
o pré-aquecimento e moagem final (KINGERY, 1976), sendo que as outras são similares aos
processos dos tijolos comuns, podendo ser eliminadas quando há comparação entre ambos.
39
Figura 12 - Fluxo do processo de produção de cimentos demonstrando inputs e outputs de energia, matéria e
calor.
Fonte: Huntzinger e Eatmon (2009)
De forma geral, o tijolo considerado para o presente estudo foi o maciço, com
dimensões de 190 x 90 x 57 mm (ABNT, 1983). No caso do tijolo sem queima, há a adição de
cimento Portland em uma estrutura convencional de tijolo, ou seja, diferentemente de
Obonyo, Exelbirt e Baskaran (2010), considerou-se um tijolo de argila e não solo regional
misturado com cimento. Além disso, consideraram-se também adições de 10, 20, 30, 40, 50,
60, 70, 80, 90 e 100% de cimento.
Através deste trabalho, portanto, pretendeu-se comparar a energia utilizada na
sinterização de tijolos comuns contra a utilizada para tijolos sem queima com 10, 20, 30, 40,
50, 60, 70, 80, 90 e 100% de cimento Portland. Realizou-se também uma análise resumida
sobre os impactos dos diferentes tijolos na saúde e meio-ambiente, mesmo não sendo esse o
objetivo principal do trabalho.
Ao final, é interessante notar que a Análise do ciclo de vida é um estudo iterativo,
então durante as simulações no OpenLCA diversos outros fatores e possibilidades de análise
surgiram, sendo que escolheu-se os mais adequados ao escopo desse trabalho. Porém, as
40
respostas do software acabaram por elucidar linhas de trabalho interessante, que podem ser
utilizadas em trabalhos futuros ou para complementar a conclusão do presente.
41
4 ANÁLISE DO CICLO DE VIDA
4.1 Bases de dados
Os valores e os processos estudados nesse trabalho foram retirados de Koroneos e
Dompros (2006), para o ciclo de vida do tijolo, e de Huntzinger e Eatmon (2008), para o ciclo
de vida do cimento Portland. Ambos foram escolhidos por darem valores preciso e detalhados
para todo o ciclo de vida de ambos os materiais estudados. Huntzinger e Eatmon (2008)
desconsidera dados de transporte durante o ciclo de vida do cimento, porém Koroneos e
Dompros (2006) faz uma análise bem detalhada nesse quesito. Como o escopo desse trabalho
era apenas comparar os gastos energéticos dos processos de queima e forno rotativo,
principalmente, desconsiderou-se os dados de transporte dos artigos. De fato, aceitou-se que
são similares, por se tratar de dois materiais cerâmicos e com ciclo de vida próximos.
4.2 Análise do ciclo de vida de tijolos de cimento e tijolos de argila
4.2.1 Definição do objetivo
O principal objetivo do presente trabalho é comparar energeticamente o ciclo de vida
de tijolos comuns e sem queima, com adição de cimento como componente para dar maior
resistência mecânica. Também procurou-se comparar a utilização de energia na produção de
tijolos sem queimas com diversas porcentagens de cimento em sua composição, tendo como
referência os tijolos com queima. Por fim, procurou-se também identificar quais são mais
danosos ao meio ambiente com o auxílio das ferramentas do software OpenLCA.
Para tanto utilizou-se dados da literatura da área, representados pelos artigos de
Huntzinger e Eatmon (2008) e de Koroneos e Dompros (2006). Utilizou-se a base de dados
USLCI (U.S. LIFE CYCLE INVENTORY DATABASE, 2012), de livre acesso e muito
utilizada na literatura.
42
Esse trabalho faz parte de uma série de pesquisas objetivando a construção de uma
casa sustentável real e funcional na Faculdade de Engenharia de Guaratinguetá. Procurou-se
no decorrer desses trabalhos formas menos danosas ao ambiente de se construir um edifício
confortável e viável economicamente.
4.2.2 Unidade funcional
Considerou-se como unidade funcional 1 tonelada de tijolos para todos os tipos
analisados. Para os dados de Koroneos e Dompros (2006), que não possuem 1 tonelada como
unidade de saída de sua Análise do Ciclo de Vida, o programa OpenLCA adequou os valores
de inputs e outputs para uma saída de 1 tonelada de produtos.
4.2.3 Inventário de ciclo de vida
O Inventário do Ciclo de Vida [em inglês, Life Cycle Inventory (LCI)] é uma lista das
entradas e saídas do matéria prima, produtos e energia do sistema. É importante porque
também traz os valores e quantidades de cada um que entra ou sai do ciclo de vida. De fato, o
Inventário do Ciclo de Vida está limitado às fronteiras do sistema, que por sua vez dependem
do escopo do trabalho.
A Figura 13 e o Quadro 1 mostram os Inventários de Ciclo de Vida do cimento
Portland, considerando matérias primas e energia, respectivamente. Em suma, são os dados
que foram inseridos no software OpenLCA.
43
Figura 13 – Constituintes principais processados para se obter uma tonelada de cimento Portland.
Fonte: Huntzinger e Eatmon (2008).
44
Quadro 2 – Utilização de energia e liberação de materiais no processamento de 1 tonelada de cimento Portland.
Fonte: Huntzinger e Eatmon (2008).
A Figura 14 mostra o Inventário de Ciclo de Vida do processamento dos tijolos de
argila. Considerou-se até o final da etapa de queima, ou seja, não levou-se em consideração as
etapas de embalagem e distribuição. Além disso, ao considerar o tijolo sem queima, inseriu-se
dados no OpenLCA até a etapa de secagem, ou seja, a clinquerização foi desconsiderada,
nesse caso. Vale lembrar que os valores relacionados a transportes também não foram
considerados (indicados pelas setas de Energia de Diesel).
45
Figura 14 – Ciclo de vida do tijolo de argila.
Fonte: Koroneos e Dompros (2006).
46
Figura 14 – Ciclo de vida do tijolo de argila.
Fonte: Koroneos e Dompros (2006).
47
Figura 14 – Ciclo de vida do tijolo de argila.
Fonte: Koroneos e Dompros (2006).
48
Figura 14 – Ciclo de vida do tijolo de argila.
Fonte: Koroneos e Dompros (2006).
49
Figura 14 – Ciclo de vida do tijolo de argila.
Fonte: Koroneos e Dompros (2006).
Por fim, é interessante destacar que o estudo de Koroneos e Dompros (2006) é muito
mais criterioso e detalhado do que o de Huntzinger e Eatmon (2008), porém ambos
apresentam um grau interessante de detalhamento tendo em vista o escopo dessa pesquisa,
que é identificar qual tipo de tijolo utiliza menos energia em seu processamento.
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5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Com o auxílio do software OpenLCA realizou-se o estudo comparativo da utilização
de energia entre tijolos sem queima e com queima. Primeiramente, é interessante notar que
desde o Inventário de Ciclo de Vida já é possível perceber que as respectivas etapas de
clinquerização e sinterização são as que gastam mais energia nos ciclos de vida do cimento e
da argila. Esse fato refletiu na análise feita pelo programa.
As figuras 15, 16 e 17 demonstram como é a tela gerada pelo programa e como as
análises foram feitas, inserindo-se inputs e outputs nos sistemas simulados. Na Figura 18
demonstra-se a criação do Process dos tijolos sustentáveis, sendo interessante notar que
utilizou-se os Flows de saída gerados pelos Process do Cimento Portland e do Tijolo
Queimado,
Figura 15 – Tela do OpenLCA onde foram inseridas as entradas e saídas do ciclo de vida do tijolo queimado,
conforme Koroneos e Dompros (2006).
Fonte: OpenLCA.
51
Figura 16 - Figura 15 – Tela do OpenLCA onde foram inseridas as entradas e saídas do ciclo de vida do tijolo
sem queima ainda sem adição de cimento, conforme Koroneos e Dompros (2006).
Fonte: OpenLCA.
Figura 17 - Figura 16 - Figura 15 – Tela do OpenLCA onde foram inseridas as entradas e saídas do ciclo de vida
do tijolo sem queima ainda sem adição de cimento, conforme Huntzinger e Eatmon (2008).
Fonte: OpenLCA.
52
Figura 18 – Exemplo de construção do Process para tijolos sem queima com adição de cimento
Fonte: OpenLCA.
No Gráfico 1 está representado o resultado comparativo do uso de energia térmica nos
tijolos de cimento e de argila queimada. Percebe-se que o cimento demanda mais energia
térmica na etapa de forno rotativo do que o tijolo de argila na sinterização.
Gráfico 1 – Comparação do uso de energia térmica nas etapas de clinquerização e sinterização em 1 ton de
tijolos de cimento e de tijolos de argila queimada.
Fonte: OpenLCA.
Como os tijolos sem queima (e sem cimento) não utilizam energia térmica, não é
possível estabelecer uma comparação com os tijolos queimados utilizando esse critério,
53
porém comparou-se o uso de energia elétrica nos processos de ambos. O Gráfico 2 mostra
que, como esperado, a etapa de queima acarretou maior uso de energia elétrica. Porém a
diferença é pequena, o que indica que de fato a energia elétrica não é o fator que diferencia
ambos, mas sim a utilização da energia térmica.
Gráfico 2 – Comparação do uso de energia elétrica em ciclo de vida de tijolo queimado e sem queima (sem
adição de cimento).
Fonte: OpenLCA.
O interesse dessa pesquisa é, no entanto, comparar tijolos de argila queimada com
tijolos de argila sem queima misturados com cimento. No Gráfico 3 apresenta-se a
comparação do uso de energia térmica entre diversos os diversos tipos de tijolos descritos
abaixo:
• Cimento puro;
• Argila queimada pura;
• Cimento 90% com argila 10%;
• Cimento 80% com argila 20%;
• Cimento 70% com argila 30%;
• Cimento 60% com argila 40%;
• Cimento 50% com argila 50%;
• Cimento 40% com argila 60%;
• Cimento 30% com argila 70%;
• Cimento 20% com argila 80%;
• Cimento 10% com argila 90%.
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Gráfico 3 – Comparação do uso de energia térmica por tipo de tijolo
Fonte: OpenLCA.
Primeiramente é perceptível através da área destacada do Gráfico 3 que a quantidade
de calor utilizada aumenta conforme aumenta a porcentagem de cimento, pois de fato apenas
o cimento tem uma etapa que utiliza esse tipo de energia. É interessante notar, porém, que
praticamente até 40% de cimento os tijolos comuns utilizam mais energia térmica, ou seja,
somente será vantajoso adicionar cimento ao tijolo se essa porcentagem não ultrapassar 40%.
Logo valores maiores que esse fazem com que não seja mais interessante o uso de tijolos sem
queima, do ponto de vista térmico.
Tijolos de solo cimento utilizam entre 4% e 15% de cimento (OBONYO, EXELBIRT
e BASKARAN, 2010), porcentagens que estão dentro da faixa em que a utilização de energia
térmica é menor que em tijolos comuns. A fim de obter melhor resistência mecânica, segundo
indicado pelo nível de detalhamento desse trabalho, pode-se adicionar até maior quantidade
de cimento.
O Gráfico 4 mostra, porém, que a utilização de energia elétrica é menor para tijolos
queimados do que para as porcentagens simuladas de cimento adicionado. De fato, o processo
produtivo do cimento Portland utiliza muita energia elétrica.
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Gráfico 4 – Comparação do uso de energia elétrica por tipo de tijolo
Fonte: OpenLCA.
De fato, muitos outros atributos podem ser comparados, como os impactos ambientais
dos diversos tipos de tijolos. Através da análise Ecoindicator, determinou-se o impacto dos
diversos tijolos na saúde das pessoas, considerando a liberação de resíduos tóxicos e
carcinogênicos no ar. O Gráfico 5 demonstra esse efeito, e pode-se perceber que a adição de
cimento aumenta os impactos na saúde respiratória das pessoas, devido à grande liberação de
gases tóxicos pelo processamento de cimento.
Gráfico 5 – Comparação dos impactos dos ciclos de vida dos diferentes tijolos na saúde respiratória humana
Fonte: OpenLCA.
Os gráficos 6 e 7 demonstram a liberação de materiais particulados no ar e de dióxido
de carbono, respectivamente. A eliminação de particulados por parte do processamento de
tijolos queimados é baixo, sendo que à medida que se adiciona cimento, cresce a emissão dos
mesmos. Já a eliminação de dióxido de carbono é grande nos tijolos queimados, sobretudo
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pelo uso da lenha durante a sinterização dos mesmos, mas ainda assim os tijolos de cimento
possuem maiores valores de eliminação desses resíduos. Pelo Gráfico 7 pode-se perceber que
com até 40% de cimento, há vantagem em utilizar tijolos sustentáveis.
Gráfico 6 – Comparação da eliminação de materiais particulados por tipo de tijolo
Fonte: OpenLCA.
Gráfico 7 – Comparação da eliminação de gás carbônico por tipo de tijolo
Fonte: OpenLCA.
Por fim, a área destacada no Gráfico 8 mostra a eliminação de resíduos sólidos no
ambiente por tonelada de tijolo. Pode-se perceber que, comparados a tijolos de cimento, os
tijolos de argila queimada eliminam pouca quantidade de resíduos sólidos. De fato, os tijolos
57
sem queima com adição de cimento, quaisquer que sejam as porcentagens adicionadas, serão
sempre responsáveis por mais resíduos no ambiente, sendo menos vantajosos nesse sentido.
Gráfico 8 – Eliminação de resíduos sólidos no ambiente por tonelada de tijolo
Fonte: OpenLCA.
58
6 CONCLUSÃO
A produção de tijolos de argila no Brasil é uma atividade já estabelecida e que vem
tendo sua produção aumentada devido ao crescimento do setor imobiliário e de construção
civil. É uma indústria antiga, porém que ainda utiliza as técnicas de cinquenta anos atrás, por
isso é necessário maior investimento em pesquisa na área de Engenharia Cerâmica como
forma de aumentar a produtividade e lucratividade das empresas e também como forma de se
difundir os conhecimentos dos materiais cerâmicos. De fato, essa forma de engenharia ainda é
muito recente no país.
A indústria de cimento no país é muito difundida no Brasil e caracterizada por ter
diversos polos de produção, controlados por grandes e tradicionais empresas do setor. Assim
como a cerâmica vermelha e branca, é muito forte no Sul e Sudeste, onde há maior número de
empresas e a concorrência é maior.
O escopo dessa pesquisa foi a pesquisa de formas sustentáveis de se produzir tijolos e
ela focou-se principalmente na comparação do uso de energia térmica entre tijolos comuns de
argila e tijolos sem queima, com adição de cimento. Porém a produção de cimento também
possui uma etapa que envolve grande aquecimento, que é a clinquerização em fornos
rotativos. Através da Análise de Ciclo de Vida determinou-se que tijolos comuns de argila
utilizam menos energia térmica do que tijolos de cimento puro. Nos parágrafos abaixo
comentar-se-á a comparação realizada entre tijolos queimados, tijolos de cimento e tijolos
sem queima com adição de cimento.
Ao final da Análise do Ciclo de Vida pôde-se perceber, ao nível de detalhamento
fornecido pelos Inventários de Ciclo de Vida utilizados, que tijolos sem queima somente são
energeticamente vantajosos se a porcentagem de cimento adicionada for menor que 40% em
peso. À partir desse valor, eles utilizam maior energia térmica do que os tijolos comuns e não
há mais vantagem em utilizar esse tipo de tijolo, se a intenção for diminuir o uso de calor no
processamento.
É importante lembrar que a adição de cimento nos tijolos sem queima atua de forma a
dar maior resistência mecânica nos tijolos, já que não há a etapa de queima da argila,
responsável por dar resistência aos tijolos comuns. Porém, com os dados obtidos na Análise
do Ciclo de Vida, somente será vantajoso energeticamente uma porcentagem de no máximo
40% de cimento. De fato, faz-se necessário primeiramente saber a carga que o tijolo terá de
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suportar, pois se ela for muito alta, não será possível utilizar tijolos sustentáveis na
construção, havendo o risco de falha.
Percebeu-se também que tijolos comuns eliminam menos resíduos sólidos e materiais
particulados no ambiente. A adição de cimento, nesses casos, somente contribui para o
aumento desses resíduos e não há vantagem em se utilizar tijolos sem queima. Por outro lado
a eliminação de gás carbônico é maior nos tijolos queimados, devido à etapa de sinterização
que se utiliza normalmente de lenha, carvão, entre outros produtos inflamáveis. Os tijolos sem
queima são vantajosos nesse sentido, pois eliminam menos CO2 no ambiente, contanto que a
porcentagem de cimento seja menor que 40%. À partir desse valor, a eliminação passa a ser
maior e não há vantagem em se adicionar cimento.
A utilização de tijolos sustentáveis, porém, causa maiores impactos na saúde
respiratória das pessoas, quaisquer que sejam as porcentagens de cimento utilizadas. Nesse
caso, é mais vantajoso a utilização de tijolos queimados.
De fato, é possível concluir que a utilização de tijolos sem queima será vantajosa em
apenas alguns casos, cabendo ao engenheiro cerâmico ou civil analisar com detalhamento os
requisitos de carga de compressão e impactos ambientais que sua atividade possui.
60
7 REFERÊNCIAS
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