A preocupação com o meio ambiente tem crescido cada vez mais nas últimas décadas. A conferência de Estocolmo, em 1972, foi a primeira vez em que líderes mundiais discutiram alternativas para amenizar os problemas ambientais. Em 1983, foi criada pela Assembleia Geral da ONU, a Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento (CMMAD) e em 1987, a partir dessa comissão, gerou- se um documento conhecido como Relatório Brundtland, propondo novas formas de cooperação internacional de modo a orientar as políticas e ações sustentáveis (JORDAN; RIORDAN; SEYFANG, 2012).
Nesse contexto, o estudo de materiais residuais, tem sido altamente estudado por possuir capacidade de substituir parcialmente ou totalmente a areia natural, trazendo sustentabilidade na construção civil (SAHA; SARKER, 2017).
O agregado miúdo mais amplamente utilizado para a execução de concreto estrutural é a areia natural extraída dos leitos dos rios. No entanto, a disponibilidade de areia de rio para o a preparação de concretos tornou-se uma preocupação devido ao uso excessivo, métodos não científicos de mineração dos leitos dos rios, causando ameaças ambientais, como a redução do lençol freático, o afundamento de pilares da ponte, o deslizamento das margens do rio, etc. O cenário atual exige a identificação de um material alternativo para o agregado (areia do rio) para fazer concretos, que por sua vez depende de vários fatores como sua disponibilidade, propriedades físicas, propriedades e ingredientes químicos (MANJU, 2016).
2.1 INDÚSTRIA DE FUNDIÇÃO NO BRASIL
No Brasil, a produção de materiais fundidos firmou-se entre os anos 1970 e 1980, graças aos grandes investimentos em infraestrutura no país e o crescimento da indústria automotiva. Foi evidenciado um salto de pouco mais de 1 milhão de toneladas de fundidos produzidos nesse período (CASOTTI; FILHO; CASTRO, 2011).
Segundo ABIFA (2015), 59% de sua produção é destinada ao setor automotivo fornecendo o produto aos fabricantes de componentes automotores, autopeças e às próprias montadoras de automóveis, caminhões, ônibus e tratores. O Brasil assume a 8ª posição de maior frota mundial de veículos, a 7ª de maior
produtor e a 5ª maior no mercado mundial. Portanto, é evidente a significância do setor como principal, consumidor de fundidos no país.
Nos cálculos dessa associação, o volume produzido em 2017 atingiu 2,32 milhões de toneladas no Brasil. Ou seja, no ano de 2018 esse total pode chegar 2,66 milhões de toneladas. Com 1.167 empresas de fundição registradas – 40% de ferro, 21% de alumínio, entre outras, o Brasil tem capacidade produtiva de 4 milhões de toneladas de fundição (ROSTÁS, 2017).
Segundo a ABIFA (2018) a produção de fundidos totalizou e 1.121.905t no primeiro semestre de 2018. Este volume é composto por 916.606 t de ferro fundido 108.135 t de aço e 97.164 t de metais não ferrosos (cobre, zinco, alumínio e magnésio). O mercado interno é o maior consumidor, absorveu 83% (931.051 t) da produção de fundidos. Já as exportações responderam por 17% da demanda da indústria de fundição nos seis primeiros meses de 2018, o equivalente a 190.854 t. Tendo como principal importador os Estados Unidos com 42,5% das exportações brasileiras de fundidos, seguidos de países da América do Sul (19,3%), Europa (6,7%), África (6%) e Ásia (5,8%)
De acordo com o relatório de desempenho do setor de fundição (Tabela 1), a região sul do Brasil desempenha significativa participação no total da produção nacional de fundidos com a média de 34% do total de toneladas produzidas.
Tabela 1 – Produção regional de fundidos em toneladas
Período Dez/16 Nov/16 Dez/15 A/B% A/C% Jan-Dez/16 Jan-Dez/15 D/E%
Região (A) (B) (C) (D) (D) 1- Centro/MG 30.926 45.873 28.924 (32,6) 6,9 472.534 527.592 (10,4) 2- Norte/NE 3.283 4.031 3.723 (18,6) (11,8) 45.935 57.293 (19,8) 3- R. de Janeiro 7.974 14.878 5.663 (46,4) 40,8 152.225 122.308 24,5 4- São Paulo 43.039 60.693 39.357 (29,1) 9,4 698.541 834.614 (16,3) 5- Sul 54.001 66.181 35.291 (18,4) 53,0 733.715 774.090 (5,2) 6- Total 138.947 191.656 112.958 (27,5) 23,0 2.102.950 2.315.897 (9,2) Fonte: ABIFA (2016). 2.2 PROCESSO DE FUNDIÇÃO
O segmento produtor de peças metálicas fundidas tem por característica o processamento de materiais metálicos, de produção primária ou de reciclagem como sucata, para a elaboração de peças moldadas em ligas ferrosas: ferro cinzento,
branco, maleável, nodular, aço ao carbono, ao manganês e ligados; e em ligas de metais não ferrosos: cobre, zinco, alumínio, magnésio e estanho. As peças são moldadas em areia, resinas ou coquilha metálicas em diversos tamanhos e seguem para acabamentos superficiais antes de sua entrega para uso final ou para formação de componentes e sistemas a incorporar ao bem final da indústria consumidora (FILHO, 2010).
Como exemplos de peças utilizadas diretamente na forma fundida/acabada, podem ser citadas: peças de desgaste para as indústrias de mineração e cimento; lingoteiras, matrizes e peças de manutenção na siderurgia; tampas de bueiros e outros fins, saneamento básico e mobiliário urbano; tubos centrifugados; panelas, caçarolas, frigideiras e utensílios domésticos; campânulas para isoladores elétricos e peças para iluminação; conexões hidráulicas e de uso geral – registros; sinos, esculturas, troféus e peças artísticas; e maçanetas e ferragens (FILHO, 2010).
A Tabela 2 apresenta exemplos de peça fundidas e o setor atendido.
Tabela 2 – Exemplos de peças fundidas e setores atendidos
(continua)
Peças Setores
Abraçadeiras Autopeças e montadoras de carros e caminhões
Alavancas Alimentícia e bebidas
Anéis e luvas Equipamentos de som e vídeo Aros e cubos de rodas Equipamentos elétricos Peças para balanças Bombas e compressores Bases de máquinas e suportes Bicicletas e motos
Bielas Calçados
Blocos de motor e cabeçotes Maquinas operatrizes
Buchas e grampos Tratores e máquinas rodoviárias Tambores, discos e peças para freios Fabricação de caldeiras e similares
Peças para cambio e transmissão Estaleiros navais, navios, dragas, plataformas. Carcaças, corpos e camisas. Construção civil em geral
Carter de óleo Elevadores
Cilindros e rolos Maquinas e implementos agrícolas
Coletores Exportação de petróleo
Componentes de suspensão Eletrodomésticos
Contra peso Mineração e cimento
Corpos de válvulas Equipamento/material esportivos Eixos e mangas Construção e equipamento ferroviário Engrenagens e garfos Química e petroquímica
Ferramentais Instalações hidráulicas e irrigação
Virabrequim Siderurgia e metalurgia
Grelhas e mandíbulas Maquinas de costura e setor têxtil
Guias e luvas Geração de energia
Mancais Estamparia de metais
Mandíbulas Setor hospitalar e dentário
Martelos Equipamentos pneumáticos
Perfis fundidos Papel e celulose
(conclusão)
Peças Setores
Sapatas Telecomunicações Placas Móveis – ind. Moveleira
Rotores Prensas
Tampas Saneamento
Válvulas Utensílios domésticos
Volantes Utensílios domésticos
Fonte: ABIFA (2015).
De acordo com casotti, Filho e Castro (2011) as etapas desse processo podem ser resumidas nas seguintes operações: produção do modelo da peça: o processo inicia-se com a confecção do modelo com os atributos desejados para o resultado final da peça; produção do molde: o molde apresenta o formato da peça a ser produzida em seu interior. É necessário que o mesmo seja capaz de suportar altas temperaturas. Um dos processos mais utilizados na indústria é a utilização da areia verde para a confecção do molde; produção dos machos: os machos são postos nos moldes antes do seu fechamento para receber o metal líquido. Esse dispositivo delimita a área interna da peça fundida, diferente do molde que tem como função a delimitação da parte externa da peça; fechamento do molde: o molde é composto por duas metades que juntas envolvem o macho; fusão: nessa etapa, o metal é fundido em forno de indução; vazamento: após fundido, o metal líquido é transferido do forno para a panela de vazamento e em seguida despejado no molde através de um canal de descida para auxiliar o processo; desmoldagem: essa etapa refere-se a retirada da peça solidificada de dentro do molde; e por fim, a rebarbação e limpeza: consiste na retirada de incrustações de areia do molde na peça fundida.
Após é realizada a desmoldagem, sendo possível reutilizar a areia remanescente no mesmo processo de moldagem, caracterizando um sistema recirculante ao qual fica agregada, parcial ou totalmente, a areia que estava contida nos machos utilizados no procedimento. É evidenciado que devido ao uso seguido da areia recirculante a mesma apresente um acúmulo de materiais residuais, como resinas, argilas, carvões ou outros aditivos degradados no processo de vazamento. Para preservar a qualidade da peça produzida, deve-se diluir a areia contaminada com areia nova. O resultado dessa diluição é um volume de areia de desmoldagem excedente e, consequentemente o descarte da parcela dispensável (ABIFA, 2015). A Figura 1 apresenta como é feita a moldagem em areia.
Figura 1 – Moldagem em areia
Fonte: SENAI (2015)
O fluxo produtivo básico da produção de peças fundidas está representado esquematizado na Figura 2.
Figura 2 – Fluxo produtivo básico da produção de peças fundidas
Fonte: ABIFA (2015).
2.3 AREIA DE FUNDIÇÃO
O principal componente da areia de moldagem ou de macharia utilizada nas fundições é um agregado fino, mineralogicamente puro, denominado “areia-base” com granulometria que varia de 0,05 mm a 2 mm em seu diâmetro, sendo os tipos mais usados na indústria de fundição a areia de sílica (SiO2), de olivina
((MgFe)2SiO4), de zirconita (ZrSiO4) e de cromita (FeCr2 O5 ou FeCr2 O4) (CASALI
et al., 2018; SCHEUNEMANN, 2005).