UNIVERSIDADE METODISTA DE PIRACICABA
FACULDADE DE ENGENHARIA, ARQUITETURA E URBANISMO
PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE
PRODUÇÃO
INDUSTRIA ELETRÔNICA NO BRASIL:
AVALIAÇÃO DE ALGUMAS DE SUAS INFLUÊNCIAS
AMBIENTAIS COM ENFASE NA QUESTÃO
ENERGÉTICA.
CESAR HENRIQUE JOSÉ DA SILVA
ORIENTADOR: PROF. DR. GILBERTO MARTINS
Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Engenharia de Produção, da
Faculdade
de Engenharia, Arquitetura e
Urbanismo (FEAU), da Universidade Metodista de
Piracicaba – UNIMEP, como requisito para
obtenção do Título de Mestre em Engenharia de
Produção.
SANTA BÁRBARA D’OESTE
2007
Dedico este trabalho em memória de meu
querido Pai, pois acho que ele teria orgulho
deste momento que ele ajudou a construir,
assim como eu me orgulho de ter sido seu filho.
À minha adorável Mãe que simplesmente
acredita sempre em mim.
À minha doce Esposa e meus queridos Filhos
que sempre me incentivaram mesmo quando o
trabalho nos limitava algum compartilhamento
familiar.
ii
AGRADECIMENTOS
Ao professor Gilberto Martins pela orientação sempre precisa e
adequada, com cuidadosa compreensão das dificuldades do
trabalho e sempre dispensando incentivo e paciência para este
desenvolvimento.
iii
ABSTRACT
Due to the importance that the electronic equipment has assumed in daily life,
and the growth of this industrial sector, this work propose and applies a
methodology of evaluation of the consumption of electricity of this productive
sector from a measurable parameter: the area of printed circuit board
consumed. The main productive process with its components and inputs are
presented and a standard process is proposed where allows the evaluation of
the consumption of electricity consumption per unit area of used printed circuit
board. Some potential environmental impacts of the electronic products are
analysed. The results of the electricity consumption in the studied industrial
sector had been analyzed comparatively to the total consumption and of other
sectors as the industrial and domestic. Finally was observed an estimate of the
embodied energy in each phase of the productive process of an electronic
equipment was carried through, for unit area of assembly board, where also
indicated that the phase of assembly of the components on the board has a
very small weight on the overall embodied energy.
KEYWORDS: PCI Assembly, Electronic industry, Consumption of Energy and
Embodied Energy.
iv
RESUMO
A partir da importância que os equipamentos eletrônicos têm assumido na vida
cotidiana, e o crescimento deste setor industrial, este trabalho propõe e aplica
uma metodologia de avaliação do consumo de energia elétrica deste setor
produtivo a partir de um parâmetro mensurável: a área de placa de circuito
impresso consumida no país. São então apresentados os principais processos
produtivos, componentes, insumos e equipamentos utilizados nesta indústria e
é proposto um processo padrão que permita a avaliação do consumo de
energia elétrica a partir da área de placa utilizada. São analisados ainda alguns
potenciais impactos ambientais associados aos produtos eletrônicos. Os
resultados do consumo de energia elétrica no setor industrial estudado foram
analisados comparativamente ao consumo total e de outros setores como o
industrial e doméstico, demonstrando não ser este um setor eletro-intensivo .
Finalmente foi realizada uma estimativa da energia embutida em cada fase do
processo produtivo de um equipamento eletrônico, por unidade área de placa
montada, que indicou que a fase de montagem dos componentes sobre a placa
tem também um peso muito pequeno.
PALAVRAS-CHAVE: Montagem de PCI, Indústria Eletrônica, Consumo de
Energia e Energia Embutida.
v
SUMÁRIO
RESUMO ............................................................................................................V
LISTA DE FIGURAS........................................................................................ VIII
LISTA DE TABELAS ..........................................................................................X
1. INTRODUÇÃO............................................................................................... 1
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
OBJETIVO GERAL ......................................................................................................3
OBJETIVO ESPECÍFICO ..............................................................................................4
“METODOLOGIA”........................................................................................................4
MOTIVAÇÃO ..............................................................................................................5
ESTRUTURA DO TRABALHO ........................................................................................6
2. RECURSOS NATURAIS E ENERGIA........................................................... 8
2.1. RECURSOS NATURAIS .............................................................................................20
2.2. ENERGIA .................................................................................................................30
3. INDÚSTRIA ELETRÔNICA ......................................................................... 37
3.1. CARACTERIZAÇÃO E ESTRATÉGIA DA INDÚSTRIA ELETRÔNICA ...................................39
3.2. INDÚSTRIA ELETRÔNICA NO BRASIL .........................................................................46
3.2.1 HISTÓRICO............................................................................................................46
3.2.2 ÁREAS PRINCIPAIS DE ATUAÇÃO (CARACTERIZAÇÃO) ..............................................49
3.2.3 ESTRATÉGIAS .......................................................................................................51
3.3. INDÚSTRIA ELETRÔNICA – DEFINIÇÕES E PROCESSO DE PRODUÇÃO ........................53
3.4. COMPONENTES ELETRÔNICOS.................................................................................55
3.5. PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO (PCI) ......................................................................59
3.6. PROCESSOS E MONTAGEM DE COMPONENTES NA PCI ..............................................62
3.9. PROCESSO DE PRODUÇÃO ......................................................................................70
A. APLICAÇÃO DE PASTA DE SOLDA POR PROCESSO DE IMPRESSÃO .................................70
B. INSERÇÃO DE COMPONENTES SMDS ..........................................................................71
C. SOLDAGEM POR “REFLOW” ........................................................................................73
D. ROTAÇÃO DA PCI PARA MONTAGEM DO OUTRO LADO..................................................74
E. APLICAÇÃO DE ADESIVO PARA SMDS .........................................................................74
F. INSERÇÃO DE SMDS SOBRE ADESIVOS .......................................................................75
G. CURA DE ADESIVO ......................................................................................................76
H. INSERÇÃO DE COMPONENTES CONVENCIONAIS ............................................................76
I. SOLDAGEM A ONDA ....................................................................................................76
J. TESTES PARAMÉTRICOS ..............................................................................................78
K. MONTAGENS MANUAIS ................................................................................................79
vi
4. CONSUMO DE ENERGIA E IMPACTOS DE MATERIAIS DA INDÚSTRIA
ELETRÔNICA.................................................................................................. 80
4.1. CONSUMO ENERGÉTICO NA INDÚSTRIA ELETRÔNICA ................................................80
4.2. INVENTÁRIO DE MATERIAIS DA INDÚSTRIA DE COMPONENTES ELETRÔNICOS .............94
4.3. IMPACTOS AMBIENTAIS DA INDÚSTRIA ELETRÔNICA – GESTÃO DE RESÍDUOS ............95
4.2.1. USO DE LIGA DE SOLDA “LEAD FREE” NA INDÚSTRIA ELETRÔNICA ....................103
5. METODOLOGIA DE ANÁLISE DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NO
PROCESSO................................................................................................... 106
5.1. CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA PROCESSO PROPOSTO PARA 3 TIPOS DE
PRODUTOS ESPECÍFICOS ..............................................................................................117
6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................... 119
REFERÊRENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................... 125
ANEXO I – CASO 1: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA PLACA DE
EQUIPAMENTO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ........................................ 136
ANEXO II – CASO 2: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA PLACA DE
USO EM COMPUTADORES ......................................................................... 139
ANEXO III – CASO 3: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA
TELEFONES CELULARES PROPOSTO ...................................................... 142
ANEXO IV – INFORMAÇÃO REFERENCIAL DE MÁQUINAS E
FORNECEDORES......................................................................................... 145
ANEXO V – CÁLCULO DAS ÁREAS DOS COMPONENTES E TEMPO DE
INSERÇÃO .................................................................................................... 146
ANEXO VI – PLANILHA PARA APLICAÇÃO DO CONSUMO PARA
DEMANDAS LIMITES EM M²/MÊS................................................................ 147
vii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1: AS INTERAÇÕES ENTRE ECOSSISTEMAS, SISTEMA
PRODUTIVO E SISTEMA ECONÔMICO LEVAM À
INTERDEPENDÊNCIA DAS CRISES DESTES 3 SISTEMAS ..15
FIGURA 2: ESTRUTURA PARA ACV .............................................................28
FIGURA 3: ETAPAS DOS PROCESSOS DE PROJETO DE PRODUÇÃO DE
SEMICONDUTORES .................................................................40
FIGURA 4: BALANÇA COMERCIAL - PRODUTOS ELETRELETRÔNICOS ..48
FIGURA 5: BALANÇA COMERCIAL – COMPONENTES ELETRÔNICOS......48
FIGURA 6: ESQUEMA UTILIZADO PARA A DEFINIÇÃO DA INDÚSTRIA
ELETRÔNICA ............................................................................54
FIGURA 7: MONTAGEM DE COMPONENTES EM PCI .................................55
FIGURA 8: TIPOS DE ENCAPSULAMENTO DE COMPONENTES
ELETRÔNICOS ..........................................................................57
FIGURA 9: TIPOS DE TECNOLOGIAS DE MONTAGEM DE COMPONENTES
ELETRÔNICOS ..........................................................................63
FIGURA 10: FLUXO DE PROCESSO DE MONTAGEM ASSOCIADO (MT) E
FLUXO DE PROCESSO DE MONTAGEM EM SUPERFÍCIE
(SMT) ........................................................................................65
FIGURA 11: EQUIPAMENTOS PARA UM PROCESSO SMT .........................66
FIGURA 12: VARIAÇÕES DE MONTAGENS DE PLACA DE CIRCUITO
IMPRESSO ................................................................................67
FIGURA 13: FLUXOGRAMA DO PROCESSO PADRÃO PARA
DESENVOLVIMENTO DO ESTUDO .........................................69
FIGURA 14: COMPARAÇÃO EM PORCENTAGEM DE ENTRADA DE
ENERGIA PARA CADA ESTAGIO DE FABRICAÇÃO DE
COMPONENTES ELETRÔNICOS..............................................82
FIGURA 15: DETALHES DOS COMPONENTES DENTRO DA FASE DE
MANUFATURA...........................................................................83
FIGURA 16: CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR MANUFATURA DE
PC COMPARADA COM O NÚMERO DE UNIDADES VENDIDAS
MUNDIALMENTE .......................................................................84
FIGURA 17: TELEFONES MÓVEIS – EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA CDMA
...................................................................................................86
FIGURA 18: RESUMO DE INVENTÁRIO DE MATERIAL E ENERGIA PARA
FABRICAÇÃO DE BOLACHA DE SILÍCIO.................................89
FIGURA 19: MÉDIA DE CONSUMO DE ELETRICIDADE EM 12
LABORATÓRIOS DE FABRICAÇÃO DE SEMICONDUTORES.....91
FIGURA 20: CONSUMO DE ENERGIA NA PRODUÇÃO E USO DE UM CHIP
DE MEMÓRIA DE 32MB DRAM ................................................92
FIGURA 21: ANÁLISE DE CICLO DE VIDA GENÉRICO ................................97
viii
FIGURA 22: COMPOSIÇÃO TÍPICA DOS MATERIAIS DE PRODUTOS
ELETRÔNICOS DESCARTADOS .............................................98
FIGURA 23: ÍNDICE DE EFEITOS AMBIENTAIS CAUSADOS POR
TOXICIDADE ...........................................................................105
FIGURA 24: CAPACITOR CERÂMICO – MEDIDAS .....................................108
FIGURA 25: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO TAMANHO DOS
COMPONENTES PARA O TRABALHO ..................................108
ix
LISTA DE TABELAS
TABELA 1: DIVISÃO DO SETOR ELETRÔNICO EM SEGMENTOS
COM SUAS APLICAÇÕES ........................................................51
TABELA 2: DISTRIBUIÇÃO DOS TIPOS DE PCIS POR APLICAÇÃO E
TENDÊNCIAS NO BRASIL - REFERÊNCIA 1997 .....................61
TABELA 3: CLASSIFICAÇÃO E APLICAÇÃO DE COMPONENTES
ELETRÔNICOS ..........................................................................81
TABELA 4: CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA POR ARÉA DE BOLACHA
DE SÍLICIO ................................................................................90
TABELA 5: CARACTERÍSTICAS DOS COMPONENTES PROPOSTOS ......109
TABELA 6: PLANILHA PARA APLICAÇÃO E DETERMINAÇÃO DE
PROCESSO ESPECÍFICO ......................................................112
TABELA 7: CONSUMO DE PCI POR ÁREA NO PERÍODO PONDERADO
MENSALMENTE ......................................................................113
TABELA 8: PLANILHA DE CONSUMO ENERGIA POR SETORES .............114
x
1. INTRODUÇÃO
A presença de produtos que possuem recursos ou dispositivos eletrônicos no
cotidiano da sociedade tem aumentado consideravelmente nos dias de hoje. A
eletrônica tem assumido uma crescente importância em segmentos como
informática, automação de serviços bancários e comerciais, sistemas
automotivos e produtos de bens de consumo (MELO, 2001).
A indústria eletrônica atuando tanto nos tradicionais segmentos de áudio e
vídeo, ou em novos segmentos como os eletrodomésticos, cada vez mais
“inteligentes”, e nos automóveis que tem ampliado a sua eletrônica embarcada,
faz desta uma indústria de importância crescente no Brasil e no mundo.
Quando se fala em indústria eletrônica como um sub-setor do setor industrial,
há uma agregação muito grande de indústrias que, de um modo geral fabricam
ou montam componentes eletrônicos e elétricos. Para o Ministério de Minas e
Energia (MME) a indústria elétrica e eletrônica está classificada em um grupo
de “outras indústrias” sem detalhamento. Para a Associação Brasileira da
Indústria Elétrica e Eletrônica (ABINEE) a divisão das indústrias associadas
obedece a uma divisão por área, com Automação Industrial, Componentes
elétricos
e
eletrônicos
(divisões
de
partes
e
peças),
Informática,
Telecomunicações, Equipamentos Industriais, GTD (Geração, Transmissão e
Distribuição de Energia Elétrica), Material Elétrico de Instalação e Utilidades
Domésticas Eletroeletrônicas. Divisão esta que também não traz muita
precisão para o conceito de indústria eletrônica.
Segundo “Nordic Council of Ministers” (1995b) o termo eletrônica está
relacionado a dispositivos eletrônicos ou circuitos e sistemas baseados em
dispositivos eletrônicos. Este fórum também cita a Enciclopédia Britânica que
considera os dispositivos eletrônicos como sendo os dispositivos que possuem
a condução de elétrons através do vácuo, gás ou semicondutores.
Neste trabalho é proposta uma definição de indústria eletrônica a partir da
similaridade dos processos produtivos nela utilizados. Neste sentido não será
considerada a indústria elétrica, que tem uma grande variedade de produtos e
processos produtivos, o que tornaria muito abrangente e difícil uma análise
como a que aqui se propõe.
As implicações ambientais associadas a esta indústria eletrônica também serão
abordadas neste trabalho com enfoque em uso de energia e recursos
envolvidos em todo o fluxo do processo.
Segundo Griese (2004), os produtos eletrônicos, do ponto de vista ambiental
devem buscar minimizar o consumo de energia e recursos de forma a atingir
uma visão de sustentabilidade. Valendo-se desta idéia a proposta é identificar
componentes e processos envolvidos que possam ser contabilizados numa
caracterização desta indústria de forma a se avaliar os impactos a ela
associados.
Os produtos desta indústria eletrônica possuem componentes, como placas de
circuito impresso, componentes eletrônicos e ligas de solda, além de toda
classe de materiais envolvidos no encapsulamento dos componentes e no
invólucro do produto final.
Todos estes componentes têm contribuições isoladas e muitas vezes
independentes sobre o ponto de vista de uso de energia e recursos dentro de
seus ciclos de vida desde a fase de extração, manufatura, uso e disposição
final do produto.
Um exemplo conhecido sobre as características impactantes ambientais de um
dos componentes dos equipamentos eletrônicos é a liga de solda das placas
de circuito impresso, que geram uma dificuldade de gerenciamento do resíduo
no momento do descarte do produto.
O chumbo (Pb), elemento contido na liga de solda é reconhecido como um dos
mais significantes perigos à vida do ser humano, especialmente para mulheres
gestantes e seus bebês e crianças. Apesar de muita resistência contra o
2
argumento para eliminar o chumbo dos circuitos ou componentes eletrônicos, a
indústria eletrônica tem se direcionado para a redução de uso de substâncias
perigosas em seus processos (UDOMLEARTPRASERT, 2004).
Legislações ambientais, avanços tecnológicos e incremento da competitividade
do mercado global têm determinado padrões ambientalmente adequados nos
projetos de produtos e processos para a indústria de montagem eletrônica.
Estes produtos e processos têm seus projetos baseados em várias ferramentas
que têm uma capacidade qualitativa limitada para identificar interferências entre
impactos ambientais, rendimentos e confiabilidade (STUART, 1997).
Dentre estes impactos estão incluídos o uso de energia, consumo de materiais,
geração de resíduos, rendimento do processo e confiabilidade do produto.
Stuart (1997) já indicava que uma estratégia de introdução de novos produtos
ou inovação de processos requeria da indústria ou companhia uma avaliação
complexa de custos e interferência ambiental.
1.1. OBJETIVO GERAL
Neste trabalho se pretende avaliar o consumo de energia no processo de
fabricação típico da indústria eletrônica, que é a montagem de placas de
circuito impresso, e discutir alguns aspectos ambientais associados ao ciclo de
vida de seus produtos.
Este trabalho não tem a pretensão de esgotar todas as informações que
envolvem os processos existentes dentro da indústria eletrônica, mas sim
apresentar um processo genérico suficiente dentro desta indústria que nos
permita avaliar o nível de consumo de energia deste setor, assim como
algumas das implicações ambientais de suas estratégias produtivas.
3
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Os objetivos deste trabalho são:
i ) Propor um indicador de caracterização e medição do tamanho do setor que
esta inserido a indústria eletrônica. Este caracterizador deverá atender um
padrão quantitativo para o levantamento e definição de parâmetros importantes
para a validação dos consumos de energia dentro da indústria estudada.
ii ) Avaliar o consumo de eletricidade das operações e processos produtivos
utilizados na indústria eletrônica.
iii ) Fazer uma abordagem da energia embutida associada aos componentes
ou materiais utilizados.
iv ) Discutir os aspectos ambientais associados a esta atividade.
1.3. “METODOLOGIA”
A metodologia do trabalho tem caráter exploratório baseando-se em
levantamento bibliográfico. Em função da alta competitividade do setor,
indisponibilidade de dados e questões relacionadas a segredo industrial, optouse por esta metodologia, ao invés de um estudo de caso.
O referencial bibliográfico traz a informação técnica sobre as fases dos
processos associados e componentes envolvidos. Além disso, foram estudados
e contextualizados a indústria a ser avaliada para dar suporte à análise dos
parâmetros do processo utilizado.
Este referencial também apresenta alguns estudos para contextualizar os
principais conceitos envolvidos na indústria eletrônica para discussão
ambiental.
4
Foi proposta uma descrição de um processo de produção genérico, que foi
utilizado para a aplicação prática do trabalho, dirigindo-o à análise do objetivo
específico para conclusão da avaliação do consumo de energia do processo de
montagem de placa.
Uma parte da abordagem quantitativa do trabalho foi feita sobre o referencial
bibliográfico de forma a definir o padrão de consumo energético e algumas
referências de impactos ambientais associados. Uma outra parte da
abordagem quantitativa se valeu do uso de cálculos e algumas definições
práticas baseadas em experiências do autor nos processos associados.
As abordagens quantitativas tiveram o objetivo de tentar classificar e analisar
um padrão de consumo e potenciais impactos ambientais dentro do escopo do
trabalho.
Uma identificação e definição de um indicador serviram como base para
sustentação deste estudo exploratório de um modelo de produto assim como a
validação de seus resultados.
Para contextualização prática da aplicação, foram avaliados 3 tipos de
produtos-exemplo usando os referenciais bibliográficos desenvolvidos e os do
processo padrão proposto.
1.4. MOTIVAÇÃO
A escolha desta segmentação do setor se explica em função de uma
expectativa profissional do autor em explorar esta indústria de forma
diferenciada no cenário industrial nacional. A experiência e vivência deste em
processos de manufatura de montagem de placas de circuito impresso durante
quase duas décadas têm demonstrado e identificado uma tendência de
aumento de produção neste segmento em função de demanda crescente de
produtos com esta tecnologia e esta condição traz junto uma demanda de
5
energia relacionada/necessária assim como potenciais impactos ambientais.
Esta vivência do autor na indústria eletrônica também foi motivo de tentar
contextualizá-la de forma a criar um conhecimento crítico sobre esta indústria
ou atividade que tem apresentado um crescimento significativo do ponto de
vista de investimentos e importância, seja na balança comercial do país seja na
aplicação e desenvolvimento de novas tecnologias de manufatura e produtos
associadas a este segmento. Esta condição é que motivou o trabalho e estará
conduzindo a metodologia da análise.
Algumas informações e conceitos adquiridos em função da experiência
profissional do autor nos processos de manufatura de indústria eletrônica serão
utilizados para desenvolvimento do trabalho.
1.5. ESTRUTURA DO TRABALHO
Com o objetivo de criar uma associação dos hábitos de consumo dos dias de
hoje com os produtos da indústria a ser avaliada neste trabalho, o capítulo 2
aborda um referencial teórico com conceitos de desenvolvimento e utilização
dos bens de consumo como uma necessidade potencialmente padronizada da
sociedade atual. Esta discussão abordará a evolução e comportamento do
consumo no decorrer da história analisando sob o ponto de vista do uso de
materiais e consumo de energia.
O capítulo 3 traz uma descrição de indústria eletrônica, descrevendo um pouco
da história da mesma no mundo e seu desenvolvimento no Brasil com as
distribuições do segmento do setor eletrônico no país assim como algumas
tendências e estratégias de manufatura. Neste capítulo também existe a
definição e caracterização da indústria eletrônica para o trabalho e dos
principais componentes. Ainda neste capítulo serão descritos o processo
produtivo e algumas características de equipamentos utilizados.
6
No capítulo 4 são apresentados alguns estudos encontrados na literatura que
discutem o consumo de energia e de matérias e os impactos ambientais
associados ao pós uso de alguns dos produtos da indústria eletrônica, que
servirão de comparação com os resultados obtidos neste trabalho.
No capítulo 5 é desenvolvido o modelo de processo produtivo e são calculados
os consumos de eletricidade e os resultados são comparados com os valores
aplicados a 3 processos propostos em 3 tipos de produtos diferentes para uma
discussão final.
Para finalizar, uma discussão das necessidades de consumos energéticos e
impactos ambientais da indústria eletrônica e seus produtos eletrônicos será
apresentada no capítulo 6.
7
2. RECURSOS NATURAIS E ENERGIA
Nossa cultura econômica e social é regida pela lógica da tecnologia para
resolver os problemas do dia a dia sem que nos preocupemos se a solução
destas questões poderá aumentar os problemas da humanidade no futuro,
tornar mais próximo o momento do esgotamento dos recursos naturais ou
acionar um mecanismo irreversível de danos irreparáveis à biosfera e ao
ambiente necessário à sobrevivência (TIEZZI, 1988).
Segundo Jackson (1996), a sociedade humana aparenta ter se liberado ou
estar desconsiderando quase que completamente seus limites naturais, ou
seja, mostra-se desconsiderando os limites dos recursos naturais.
Também analisando nossa sociedade, Daly (1984) cita que uma outra
observação muito comum a ser feita sobre esta sociedade humana é que ela
pode ser descrita como uma sociedade industrial moderna que tem como um
de
seus
dogmas
fundamentais
o
postulado
da
necessidade
do
“desenvolvimento”, onde “desenvolvimento” significa crescimento constante da
economia que pode ser medido em fluxo de dinheiro, em dólares, reais,
marcos, yens ou rublos. Esta forma de medir, segundo Daly, pode ser
considerada como uma forma de medida abstrata e mostra que o progresso,
nestes termos, vem a ser aumento constante do produto interno bruto per
capita.
”Um paradigma neoclássico do crescimento econômico é o crescimento
contínuo da capacidade de produção (estoque) e renda (fluxo), porém num
mundo finito, crescimento contínuo é impossível. Dados finitos estômagos,
finitas vidas e o tipo de homens que não vive só de pão, o crescimento se torna
indesejável bem antes de se tornar impossível” (DALY, 1984).
Para Daly (1984) existe uma economia política que se preocupa ou faz um
discurso sobre a escassez de recursos naturais e existe também uma política
econômica que paradoxalmente tenta contornar o conflito social minimizando a
8
escassez, prometendo que existam mais coisas para mais pessoas de forma
eterna.
Este paradoxo onde a sociedade tem que garantir controladamente o
crescimento com limites do consumo e também da produção sem conflitos
sugere um pensamento organizado onde não só as questões econômicas
sejam priorizadas no crescimento e desenvolvimento da sociedade e sim uma
combinação maior com outras variáveis, como questões ambientais que estão
diretamente relacionadas com o futuro desta sociedade.
A humanidade começou a se preocupar com o esgotamento dos recursos
naturais quando percebeu que, após o advento da revolução industrial, a
capacidade do ser humano em apropriar-se ou alterar a natureza aumentou
muito, resultando em alterações positivas e negativas. A imprevisibilidade
dessas alterações no ambiente, ou seja, a maneira pela qual nos apropriamos
dos recursos naturais pode provocar impactos no meio ambiente que, de
acordo com a sua qualidade, podem reverter negativamente na própria
apropriação desses recursos, gerando deseconomias (BELLIA, 1996).
Segundo
Tiezzi
(1988)
ainda,
se
observarmos
a
globalidade
e
a
interdependência dos fatos e medindo-os com os tempos da biologia, muito
mais longos que os da história, percebe-se com clareza que nestes últimos
anos, a humanidade chegou, pela primeira vez, a uma encruzilhada da qual
podemos tomar decisões ou aplicar soluções que precipitem ou não problemas
futuros para a continuidade da própria humanidade.
Nem sempre as decisões que precipitem problemas futuros trazem uma
distribuição justa e adequada em todos os benefícios, sendo facilmente
identificada a péssima distribuição de recursos e benefícios entre as regiões do
planeta, com muita miséria e fome em muitos cantos, associadas à falta de
direitos e bem estar mínimos de um ser humano. Goldemberg (1998) define
esta situação como a disparidade na distribuição de renda onde as elites que
são minoritárias diferem suas necessidades, aspirações e forma de vida em
relação às massas mais pobres da população, por exemplo, em relação ao uso
9
de energia. Esta disparidade também se reproduz no uso dos recursos
naturais.
Estudos ou prognósticos sobre os problemas ambientais tem se apresentado
com as mais variadas intensidades de visão catastróficas.
Meadows (1973) já citava que o crescimento da industrialização e da economia
indica o maior uso e custo de recursos naturais. Uso devido ao aumento em
muitas aplicações e custo devido a escassez de determinados recursos. O
crescimento da população, na busca da satisfação de seus interesses
individuais e sociais ou coletivos também faz com que este uso e custo sejam
aumentados ou agravados em função do aumento da quantidade de usuários
destes recursos.
Para garantir que a humanidade tenha crescimento sem interferir ou limitar o
meio ambiente, um conceito ou cultura de desenvolvimento deve ser
repensado de forma aplicar as melhores rotas para uso do planeta.
Uma cultura para o desenvolvimento da humanidade carece ao extremo da
biologia, da termodinâmica e das relações fundamentais destas duas ciências
com a economia, com a vida social e com os processos produtivos (TIEZZI,
1988).
Para Tiezzi tal convicção, em substância parte de 3 considerações:
a) o equilíbrio da natureza é um equilíbrio extremamente delicado que, com
facilidade, o homem pode modificar de maneira irreversível. A natureza
não é um reservatório ilimitado de recursos;
b) a longo prazo, a coletividade, jamais é indenizada pela destruição e pelo
desperdício dos recursos naturais e ambientais, seja em termos
econômicos, seja em termos sociais;
c) o fictício bem-estar da sociedade de consumo baseia-se na exploração
da relação de três tipos de populações: 1) as novas gerações, que irão
se deparar com os recursos escassos e com o ambiente poluído; 2) os
10
grupos mais fracos e marginalizados, que sofrem danos sobre a saúde,
com a poluição, etc., sem usufruir das vantagens econômicas do
consumismo; 3) o Terceiro Mundo, que paga estas necessidades
consumistas com a monocultura, com o próprio ambiente destruído
(natural e culturalmente), e com a fome.
Em abril de 1968 um grupo de pessoas de 10 países se reuniram na
“Academia dei Lincei”, em Roma, para formar uma organização informal, com
muita propriedade como um “colégio invisível” e com a finalidade de promover
o entendimento dos componentes
variados, mas interdependentes –
econômicos, políticos, naturais e sociais – que formam o sistema global em que
vivemos (MEADOWS, 1973). Seus encontros resultaram em um projeto sobre
o Dilema da Humanidade onde o grupo examinou os cinco fatores básicos que
determinam e, por conseguinte, em última análise limitam o crescimento em
nosso planeta: população, produção agrícola, recursos naturais, produção
industrial e poluição. Este grupo de pessoas se denominou Clube de Roma.
Meadows (1973) identificava que para manter o crescimento da economia e da
população até o ano 2000, uma lista de componentes necessários seria longa,
mas poderia ser dividida de maneira geral em duas categorias principais:
- A primeira categoria inclui as necessidades físicas que mantêm toda atividade
fisiológica e industrial (alimentos, matérias-primas, combustíveis fósseis e
nucleares e os sistemas ecológicos do planeta, que absorvem refugos e
reciclam importantes substâncias químicas básicas). Estes componentes são,
teoricamente, os elementos computáveis, tais como terra cultivável, água doce,
metais, florestas e oceanos.
- A segunda categoria dos componentes necessários ao crescimento consiste
nas necessidades sociais. Mesmo que os sistemas físicos da terra sejam
capazes de sustentar uma população muito maior e mais desenvolvida
economicamente, o crescimento real da economia e população dependerão de
fatores de paz e estabilidade social, instrução e empregos, e de constante
11
progresso tecnológico, fatores que são muito mais difíceis de avaliar ou
predizer.
Um crescimento exponencial é um fenômeno dinâmico, isto é, envolve
elementos que mudam durante um período de tempo e quando muitas
quantidades diferentes estão crescendo simultaneamente em um sistema, e
quando todas elas se correlacionam de maneira complicada, a análise das
causas de crescimento e do comportamento futuro do sistema torna-se
realmente muito difícil (MEADOWS, 1973).
Dependendo da maneira que as grandes sociedades consumidoras de
reservas vão comportar-se, em face de algumas importantes decisões futuras,
elas podem: a) continuar a aumentar o consumo dos recursos naturais, de
acordo com o padrão atual. b)aprender a aproveitar e a reciclar materiais que
tem sido postos de lado. c) desenvolver novos métodos para aumentar a
durabilidade de produtos feitos com reservas que são escassas. d) encorajar
padrões sociais e econômicos capazes de satisfazer as necessidades de uma
pessoa, embora reduzindo ao mínimo, em vez de aumentar ao máximo, os
bens insubstituíveis que ela possui e dissipa. Estes caminhos envolvem opções
que são particularmente difíceis, por que implicam a escolha entre benefícios
presentes e benefícios futuros (MEADOWS, 1973).
A escolha de se valer de benefícios presentes mantendo-os no futuros gera um
contexto de discussão onde já em 1987 uma Comissão de ONU para Meio
Ambiente e Desenvolvimento se reuniu e produziu um documento, conhecido
como Relatório Bruntland, que define o conceito de
“Desenvolvimento
sustentável” como sendo aquele que garante o uso atual com uma ponte
segura para o futuro no sentido da manutenção e preservação dos recursos
utilizáveis.
“Desenvolvimento
sustentável”,
segundo
esta
comissão,
é
“desenvolvimento que satisfaz as necessidades do presente sem comprometer
a capacidade das futuras gerações de satisfazer as suas próprias
necessidades”.
12
Para que haja um crescimento econômico com o progresso social e a
manutenção e conservação do meio ambiente, contemplados de forma
simultânea e harmônica buscando maximizar a eco-eficiência de todas as
atividades humanas, o conceito de desenvolvimento sustentável vem sendo
encarado como uma possível resposta aos desafios sociais e ambientais que
temos enfrentado neste início de século (PNUMA, 2006).
Reforçando esta referência, pode-se citar a consideração de Gallo (2007) que
descreve que o desenvolvimento sustentável não representa um estado de
harmonia permanente, sendo que as questões econômicas e ecológicas devem
ser especial e igualmente analisadas em processos de tomada de decisões.
Isto se deve ao fato de que economia e ecologia estão integradas nas
atividades do mundo real, portanto necessitam que haja considerações que
atendam as necessidades do presente sem desconsiderar o futuro. Gallo
(2007) também cita que as estratégias para o desenvolvimento sustentável
necessitam de vontade e empenho políticos com mudanças de atitudes e
objetivos e disposições institucionais alinhadas nos níveis municipal, estadual e
federal.
Eco-eficiência é um conceito que essencialmente procura relacionar os
resultados obtidos em uma determinada atividade com os impactos produzidos
sobre o meio ambiente, em termos de consumo de recursos naturais ou de
poluição, neste sentido, vários indicadores de desempenho ambiental de
produtos e processos vêm sendo desenvolvidos. Um exemplo de um indicador
é a “Pegada Ecológica” que exprime uma área produtiva equivalente de terra e
mar capaz de prover recursos ecológicos e serviços e absorver os resíduos
gerados por uma unidade de população que pode ser calculada de forma
individual, regional ou até mesmo de mundial (WWF, 2007). Um outro exemplo
é o indicador “Emergia”, também chamado de memória energética, que indica a
energia necessária para a produzir um determinado produto, recurso ou serviço
e é medido em termos de energia solar equivalente (ORTEGA, 2007).
Boff (2003), entretanto classifica o termo desenvolvimento como vindo do
campo da economia; não de qualquer economia, mas da economia do tipo
13
imperante, que visa à acumulação de bens e serviços de forma crescente e
linear mesmo à custa de iniqüidade social e depredação ecológica. Esse
modelo é gerador de desigualdades e desequilíbrios, inegáveis em todos os
campos em que ele é dominante (BOFF, 2003).
A sustentabilidade provém do campo da ecologia e da biologia. Ela afirma a
inclusão de todos no processo de inter-retro-relação que caracterizam todos os
seres em ecossistemas. A sustentabilidade afirma o equilíbrio dinâmico que
permite todos participarem e se verem incluídos no processo global (BOFF,
2003).
A expressão desenvolvimento sustentável se torna assim, na prática,
inexeqüível. Os termos se contrapõem e não revelam uma forma nova e
alternativa de relação entre produção de bens necessários à vida e à
comodidade humana e natureza com seus recursos limitados (BOFF, 2003).
Conceitos capitalistas ou socialistas que trazem seus padrões de classes
sociais não apresentaram tampouco uma solução ou embasamento sobre
crescimento material com limites ou objetivos.
Para posturas sem limites ou objetivos é preciso rediscutir não apenas as
relações de produção, mas também o que, como, onde, quando produzir, etc. É
preciso varrer todos os lugares-comuns que fazem coincidir o bem-estar com o
aumento do “Produto Nacional Bruto” (PNB) ou com a concentração industrial
(TIEZZI, 1988).
Os valores com os quais construir esta nova cultura do desenvolvimento devem
ser científicos e não metafísicos, e, ao mesmo tempo, éticos e não materiais
(TIEZZI, 1988).
Segundo TIEZZI, durante muito tempo (antes da década de 80), o
desconhecimento ou desconsideração de grandes leis da física (os
rendimentos energéticos, a entropia) e muitos princípios básicos da biologia, da
evolução e da genética, faziam com que tanto os países capitalistas como os
países do socialismo real demonstrassem uma cultura de desperdício de
14
recursos, na destruição do meio ambiente, no desrespeito pelas futuras
gerações.
TIEZZI faz uma apresentação de um esquema proposto por B. Commoner,
conforme Figura 1 abaixo onde demonstra uma relação de 3 potenciais crises
contemporâneas. A crise ambiental e a crise energética são frutos de opções
equivocadas do sistema produtivo e do sistema econômico. A energia é a
chave para entender estas interações: um sistema baseado em energias nãorenováveis
catalisa
uma
série
de
reações
em
cadeia
que
levam,
inevitavelmente, à destruição do meio ambiente, à exaustão dos recursos
naturais e, em última análise, à crise econômica.
recursos
bens
SISTEMA
PRODUTIVO
ECOSSISTEMAS
poluição
Crise
Ambiental
SISTEMA
ECONÔMICO
capitais
Crise
Energética
Crise
Econômica
FIGURA 1: AS INTERAÇÕES ENTRE ECOSSISTEMAS, SISTEMA PRODUTIVO E SISTEMA
ECONÔMICO LEVAM À INTERDEPENDÊNCIA DAS CRISES DESTES 3 SISTEMAS
FONTE: TIEZZI (1988)
Os limites do desenvolvimento, ou melhor, do crescimento material, neste caso,
são os limites da renovabilidade dos recursos naturais, do ambiente, da
energia, etc (TIEZZI, 1988).
A estas interações pode-se acrescentar o aspecto do uso da força de trabalho
envolvida dentro do sistema, que além de um papel de tipo operacional tem
importante influência sobre a quantidade de produtos que este sistema
proporciona.
15
Segundo Meszaros (1989), a força de trabalho socialmente disponível,
podendo ser ou não usada, constitui um dos dilemas mais contraditórios dentro
de uma sociedade capitalista, haja vista que tem um papel duplo de forte
relação, ou seja, a mesma força de trabalho que existe como “fator de
produção” também assume um forte aspecto de “consumidor de massa”. Estas
duas relações são vitais para a manutenção de um ciclo normal de um sistema
capitalista.
Esta identidade de trabalhador e consumidor de massa atribui ao trabalho uma
função estratégica dentro do conjunto do sistema, mesmo que as pessoas
envolvidas não tenham a devida consciência de seus papeis e potenciais
emancipações sociais (MESZAROS, 1989).
Com potencial aumento da população e uma maior tendência de consumo em
massa para atendimento das necessidades da sociedade de forma geral, o
sistema econômico força o sistema produtivo a suprir suas demandas, gerando
por conseguinte demandas, não menores, ao ecossistema. Desta maneira fica
configurado um elevado consumo de materiais e energia com todas as suas
limitações naturais e impactos ambientais associados.
Para Tiezzi (1988), isto não remete a sociedade ao retorno de uso de
iluminação a vela, mas sim o uso de conceitos de análise de dinâmica
avaliando os efeitos conforme os tempos biológicos com o objetivo de alcançar
um fluxo estacionário de energia, de população e de recursos.
Segundo Meadows (1973), na história da humanidade, muitos propuseram um
certo estado de não crescimento para a sociedade humana. Muitos filósofos,
economistas e biólogos discutiram esse estado, e deram-lhe tantos nomes
diferentes quantos eram os significados e ele aplicou uma definição de estado
de equilíbrio para o estado constante de população e capital, ou seja, estado
de estabilidade ou igualdade entre forças contrárias. Nos termos dinâmicos do
modelo mundial discutido por Meadows, as forças contrárias são aquelas que
causam o aumento da população e do estoque de capital (intenso desejo de ter
família numerosa, baixa eficiência no controle de natalidade, taxa alta de
16
investimento de capital), e as que causam diminuição da população e do
estoque de capital (falta de alimento, poluição, taxa alta de depreciação ou
obsolescência).
A palavra capital deve ser entendida como a combinação do capital agrícola,
industrial e de serviço. Assim, a mais básica definição do estado de equilíbrio
global é que a população e o capital são essencialmente estáveis, estando as
forças que tendem a aumentá-los ou diminuí-los em um estado de equilíbrio
cuidadosamente controlado (MEADOWS, 1973).
O ponto de ruptura onde o crescimento depende das disponibilidade dos
recursos naturais é o objeto de análise profunda e Tiezzi (1988) faz uma
citação de Laura Conti que apresenta um resposta para esta identificação
afirmando que o momento mais oportuno para parar é agora, pois agora é mais
difícil do que ontem, mas é mais fácil do que amanhã. Agora é mais difícil do
que há um ano atrás, mas é mais fácil do que dentro de um ano e cada dia que
se passa a liberdade de escolha fica cada vez menor.
Em uma análise global em 1990, Jackson (1996) mostrava uma emissão de
materiais tóxicos na atmosfera na ordem de 19 milhões de toneladas anuais,
sendo que a indústria química era a responsável por aproximadamente 40%
dessa emissão.
Novos materiais têm sido desenvolvidos, mas com não menos problemas. Por
exemplo, as novas gerações de materiais usados em semicondutores e
supercondutores aumentaram o uso de materiais raros sob os quais existe
pouca pesquisa sobre efeitos à saúde ou impactos ambientais. As
composições de materiais usando polímeros e vidro ou fibras oferecem alto
perigo ocupacional durante sua manufatura e propõe sérios problemas de
resíduos após seu uso (JACKSON, 1996).
A ignorância sobre os limites da capacidade do planeta para absorver
poluentes deveria ser razão suficiente de cautela na liberação de substâncias
contaminantes. O perigo de se atingirem esses limites é especialmente grande
17
porque há, tipicamente, uma longa demora entre a liberação de um poluente no
meio ambiente e o aparecimento de seus efeitos negativos no sistema
ecológico (MEADOWS, 1973).
Quanto mais qualquer atividade humana se aproxima do limite da capacidade
que o planeta tem para suportá-la, tanto mais evidentes e difíceis de se
resolver se tornam as opções ou alternativas a essa atividade considerando-se
que a terra é finita (MEADOWS, 1973). Em geral, a sociedade moderna não
aprendeu a reconhecer estas opções, e a tratar com elas. Desta forma o
objetivo evidente no atual sistema mundial consiste em garantir que para o
aumento da população existam condições de proporcionar-lhe mais alimentos,
bens materiais, ar puro para cada pessoa (MEADOWS, 1973).
“A dinâmica das populações sempre se apresentou dependente das condições
físicas, químicas e alimentares, propiciando o desenvolvimento e crescimento
daqueles adaptadas às condições reinantes, condenando à redução (e até à
extinção) das espécies para as quais o meio ambiente se tornasse hostil.
Administrada pela evolução da Natureza, poder-se-ia dizer que, se economia
houvesse, toda ela seria dependente da própria evolução do planeta, em
especial da biosfera, até surgir o Homem” (BELLIA, 1996)
Segundo Bellia (1996) os seres humanos vivem em sociedade e em suas
variadas atividades, relacionam-se com o meio ambiente. As diferentes formas
de relacionar-se economicamente com o ambiente é que caracterizam a
transformação de elementos da natureza em recursos naturais. A apropriação
que os seres humanos fazem dos recursos da natureza é diferenciada,
dependendo da tecnologia utilizada, das finalidades, etc. Assim, cada período
histórico e cada sociedade transformam o ambiente em recurso de uma
determinada maneira. O petróleo, por exemplo, há menos de duzentos anos
atrás era utilizado apenas por curandeiros como remédio e também em
pequena escala na iluminação. Hoje em dia o petróleo é um dos primeiros
combustíveis que movimentam as indústrias, os transportes, etc. O mesmo
pode-se dizer em relação à energia potencial das quedas d’água e assim por
diante.
18
Neste sentido, não se pode esquecer que foi a evolução natural das condições
ambientais, durante bilhões de anos, que permitiu o surgimento da
humanidade. Esta mesma evolução extinguiu os grandes sáurios ao modificarse para condições adversas a tais espécies. Entretanto, sabe-se até
intuitivamente que, ao recriar um novo ambiente, pode-se gerar, em paralelo,
uma série de efeitos colaterais (desejáveis ou não) que podem facilitar, por um
lado, ou dificultar, ou até impedir, o desenvolvimento e a qualidade de vida dos
seres humanos, à medida que se alteram os ecossistemas (BELLIA, 1996).
De acordo com Jackson (1996) o setor ou a economia industrial se comporta
como um lago que sustenta ou propicia a vida através da dissipação de energia
e materiais, mas existe um fim definido ou limites. Para este autor a fonte de
energia de alta qualidade que mantém o delicado balanço neste lago é a
energia solar, sendo que a entrada e saída de materiais neste sistema,
participam de um ciclo global de materiais onde os materiais degradados são
naturalmente retornados para um estado de disponibilidade usando a energia
solar. E assim por diante segue-se o ciclo.
Para Jackson (1996), temos um desconfortável dilema: perseguir ou
permanecer no nosso curso presente de oferta de alto padrão de vida material,
mas com a destruição da estabilidade do nosso ambiente natural ou renunciar
ao benefícios da industrialização que pode salvar o ambiente mas com o nosso
retorno ao esforço selvagem para sobreviver. O objetivo do gerenciamento
ambiental na economia industrial tem sido realmente fugir deste dilema
buscando encontrar uma maneira de manter as vantagens de bem estar
humano que tem sido alcançado através da industrialização e ainda assim
garantir a vida futura do meio ambiente. Este dilema não é fácil, considerada a
restrição termodinâmica de todas as atividades que se caracterizam por ser
essencialmente dissipativa de energia e materiais. De acordo com a 1ª lei da
termodinâmica em qualquer processo a somatória de energia e matéria
envolvidas, permanecem constantes, enquanto a 2ª lei dita que os processos
reais são sempre irreversíveis, sendo que as irreversibilidades são crescentes
com o aumento da velocidade dos processos, e que o aumento da organização
19
de um sistema (redução da entropia) só é possível se o aumento da
desorganização do entorno (aumento da entropia) for maior.
Neste sentido a necessidade da redução do uso de materiais assim como o
uso mais eficiente da energia passa ser a razão nobre das pesquisas que não
degradem o meio ambiente e permitam o crescimento do sistema econômico
para satisfação da sociedade humana.
Desta forma uma discussão sobre material e energia será apresentada a
seguir.
2.1. RECURSOS NATURAIS
O uso de materiais variados nos produtos de utilidade geral da sociedade tem
apresentado diferenciais significativos dentro do mercado de bens de consumo,
pois materiais mais resistentes, duráveis, baratos ou inovadores são objeto de
pesquisa
continua,
muito
embora
as
novas
opções
não
tenham
necessariamente forte apelo à redução de impactos ambientais.
Para Jackson (1996) o uso de materiais no processo de produção de bens
pode ser analisado em vários estágios: no projeto, processamento, fabricação
e até no descarte.
O estágio de projeto é onde todos os aspectos do sistema são concebidos, são
planejados e projetados. Particularmente neste estágio é que se deve incluir
alem do projeto do produto, também o projeto do sistema de produção. Ambos
os elementos teriam impacto significante sobre aspetos materiais de vários
sistemas.
Os estágios subseqüentes são os de processamento e produção, onde o
produto material é processado e distribuído para os fornecedores para prover
especificamente serviços relacionados a estes produtos.
20
O próximo estágio é a disposição onde passa a existir uma necessidade de
gestão dos resíduos. Esta fase é responsável por definir a disposição de
materiais que deixaram o sistema econômico e reentram no meio-ambiente.
Freqüentemente este estágio é o último na vida do produto e apesar de haver
uma perda de contato ou atenção da sociedade sobre este produto, ele ainda
está sujeito às leis da natureza, pois muitas vezes degradam, dispersam, são
acumulados, às vezes são reutilizados em um ou outro produto. Às vezes eles
vazam e contaminam o solo ou nascentes de água, causando danos
ambientais por gerações. E esta é uma das principais motivações para
desenvolvimento de estratégia de gerenciamento e de prevenção ambiental
(JACKSON, 1996).
Para Jackson (1996), existem 2 importantes objetivos nesta motivação que são
o melhoramento da eficiência dos materiais e a substituição dos recursos e
materiais perigosos.
Esta necessidade do uso de materiais pela sociedade está inserida dentro de
um contexto de desenvolvimento e lucratividade do sistema sócio-econômico e
político mundial como um todo e tem sua importância bem definida dentro de
estratégias de futuro de todas as nações do planeta, assim como o uso de
energia (YOUNG, 1994).
Segundo Jackson (1996), a procura de lucros dentro da economia industrial é
um fator crucial no desenvolvimento desta economia e é uma motivação para
melhoria contínua e busca de aumento da eficiência na indústria.
Uma característica que tem tido um evidente aumento sobre os produtos
industriais é a desmaterialização, que segundo Graedel e Allenby (1995) é um
processo pelo qual uma menor quantidade de materiais é usada para fazer
produtos que produzem as mesmas funções de seus produtos predecessores.
Um exemplo atual de desmaterialização são os computadores palmtops que
tem mais capacidade que os supercomputadores da década de 80 com uma
fração de massa dos mesmos. Os circuitos integrados eletrônicos também são
exemplos de desmaterialização onde a densidade de componentes eletrônicos
21
dentro de pequenos encapsulamentos tem sido aumentada em ritmo
exponencial desde 1960 (GRAEDEL, ALLENBY, 1995).
Uma limitação importante na desmaterialização é que muitos produtos
industriais são preferencialmente relacionados a padrões humanos e não
podem ser reduzidos arbitrariamente. Computadores pessoais, por exemplo,
tiveram uma redução de tamanho significativo nas últimas décadas, com o
melhoramento da tecnologia de armazenagem de dados possibilitando redução
de discos rígidos. Os circuitos integrados são melhores e menores, mas itens
como o teclados não podem ter sua redução em função de não atender as
necessidades das mãos humanas.
Do ponto de vista de conceito, pode-se apontar um exemplo estratégico
discutido por Jackson (1996) que é a redução do “mix” ou quantidade de tipos
materiais dentro do sistema. Isto quer dizer que observando pelo ponto de vista
termodinâmico, este “mix” ou quantidade representa um aumento de entropia
dentro do sistema e pelo ponto de vista prático uma maior quantidade de fluxos
de resíduos (material) é mais difícil de tratar efetivamente que uma quantidade
menor. A desmaterialização pode ser impulsionada por mudança de conceitos
ou cultura da sociedade assim como por definições governamentais, entretanto
é claro que esta não é uma condição tão fácil ou simples de ser atingida.
Alguns processos desenvolvidos e executados podem ser relacionados ou
aplicados como “benchmarking” de procedimentos através dos quais a
tecnologia é continuamente desenvolvida para melhoramento da performance
ambiental. Produtos padrões, ou com características de intercambialidade,
poderiam incluir requisitos relacionados a projetos modulares, reposição de
componentes e tempo de vida maior.
Esta condição alinha um conceito de aplicação de melhores práticas ou uso de
recursos materiais já experimentados em outras situações.
Considerando a aplicação de materiais de forma mais consciente, conforme
estes critérios de produto, é possível iniciar a viabilização da melhor aplicação
22
de materiais da fase do seu projeto ao desuso com amparo de regulamentação
ou legislação que, por exemplo, defina uma responsabilização clara de
fabricantes ou produtores durante toda a vida do produto.
Segundo Jackson (1996) também, regulamentações não podem ser feitas com
definições de limitações rigorosas sobre as atividades industriais, pois podem
conduzir a ineficiências e perdas de competitividade, ou melhor, deve haver um
número de oportunidades para criar interferências dentro de uma estrutura de
regulamentação através do qual os governos possam encorajar e promover a
desmaterialização. Em particular, o desenvolvimento de novos conceitos de
responsabilidades pós-uso poderiam transformar a estrutura da economia de
mercado através do deslocamento da base de rentabilidade pela quantidade de
produtos vendidos em direção à provisão de serviços (JACKSON, 1996).
Neste conceito de redução de materiais e energia no sentido de um maior uso
de serviços, a observação que deve ser aplicada é sobre o contexto total do
sistema onde ou no qual o produto tem sua aplicação ou função. Segundo
Young e Sachs (1994), frequentemente é mais eficiente realizar uma grande
mudança sistêmica do que uma individual de produto, como por exemplo, a
construção de mais estradas nem sempre é a melhor opção de reduzir
congestionamento. Uma opção considerável seria que o planejamento poderia
ser conduzido no sentido da melhoria da rede dos transportes públicos
repensando o desenvolvimento de linhas que percorrem locais residenciais e
próximos a locais de trabalho da população.
Aplicação de taxas para práticas ambientalmente correta e subsídios são
freqüentemente consideradas como mais uma maneira flexível de encorajar o
melhoramento da performance ambiental na economia de mercado apesar de
nenhum preço ou custo ser capaz de fazer uma compensação no futuro para
algum esgotamento de recurso natural raro. Os materiais são determinados
geralmente em valores que são considerados economicamente adequados do
ponto de vista da sociedade, ou seja custos aplicados aos materiais em função
de aspectos de oferta e procura, sazonalidade regionais, tecnologia aplicada e
até mesmo, como citado, taxações arbitradas por critérios específicos.
23
Nesta linha de raciocínio, Jackson (1996) diz que obviamente é necessário
identificar uma maneira de internalizar o custo externo, de forma a se tentar
garantir que o preço a ser pago pelos materiais e produtos incluam o custo dos
danos ambientais e esgotamento de recursos os quais são associados ao uso
e consumo destes materiais. O sistema produtivo, entretanto ainda não se
permite favorecer este raciocínio e pelo contrário, exerce pressão para que não
haja esta internalização do custo.
Para exemplificar esta situação de internalização dos custos embutido a cada
material, a sociedade de forma geral poderia se valer de um raciocínio
imaginativo proposto por Gardener e Sampat (1998) que supõem que se um
caminhão entregasse diariamente pela manhã em cada casa, todos materiais
que uma pessoa usaria durante o seu dia, não considerando alimentação e
combustível, teríamos neste caminhão um empilhamento de madeira para os
jornais, produtos químicos para o shampo, plásticos para sacolas ou metais
para as aplicações em seus carros. Caso acrescentasse também a esta
suposição, por exemplo, somente as necessidades diárias em suas vidas
incluindo pedras e cascalhos usados em seus escritórios e nas ruas que são
percorridas dentro do dia, segundo estes autores a pilha de materiais colocada
no caminhão, estaria na ordem de 101 quilos por dia para um americano
adulto. Portanto seria receber 101 quilos hoje, mais 101 quilos amanha e assim
por diante.
Para Young e Sachs (1994) uma melhor aplicação de materiais nos produtos
durante toda sua vida, passa por uma revisão dos conceitos de profissionais,
companhias e indústrias que as desenvolvem e produzem. Estes conceitos
podem estar estruturados ou embasados em um padrão cultural que permeia
toda a sociedade atual.
Os requisitos puramente funcionais e econômicos já não tem tido peso tão
mais expressivo que os requisitos de apelos sociais e ecológicos dentro das
mais recentes propostas de criação das organizações de produção. Isto fica
mais evidente em função de um padrão de globalização onde a busca por
produtos com maior lucratividade, segurança e atendendo exigências
24
ecológicas e ambientais são fatores decisivos numa concorrência de mercado.
Do ponto de vista das exigências ecológicas e ambientais, a maior
preocupação está muito relacionada com o aumento da consciência de
consumidores e de uma forte pressão de leis ambientais (JACOVELLI &
FIGUEIREDO, 2003). Esta questão é ponto-chave nesta discussão.
Todo este contexto permite considerar que existe uma direção de trabalho e
desenvolvimento no conceito do produto, de forma a obter um melhoramento
de eficiência do mesmo em todos os aspectos citados ao longo de toda sua
vida, desde a extração dos componentes do produto até o seu descarte final.
Pensando especificamente em produto, pode-se dizer que a melhor fase para
se estabelecer ou integrar estratégias de redução de impactos ambientais é
fase de projeto do produto, que possui uma janela de conceito capaz
possibilitar uma grande variedade de escolha (JACOVELLI & FIGUEIREDO,
2003).
Para Tibor e Feldman (1997), citados por Jacovelli e Figueiredo (2003), quando
se projeta com perspectiva ambiental, se aplica esforços em produtos e
processos capazes de eliminar ou reduzir poluição, e em conseqüência reduzir
custos também com descarte de resíduos perigosos e com custos associados
ao cumprimento das leis (JACOVELLI & FIGUEIREDO, 2003).
Dentro da fase de desenvolvimento de um projeto a necessidade de identificar
uma administração sistêmica que suporte um controle de processo que inclua
os interesses ambientais, tem sido experimentada por grandes empresas que
por conseqüência tem incentivado várias pesquisas que resultam em uma série
de ferramentas, conhecidas por DFX (Design for X ou Design for eXcellence).
Estas ferramentas “permitem ações, preferencialmente no ambiente de
concepção do projeto, com o objetivo de otimizar diversos resultados
posteriores, obtidos nas fases seguintes de manufatura e, mais recentemente,
em relação a outros aspectos envolvidos com o produto como a manutenção,
reciclagem e descarte” (JACOVELLI, 2005).
25
Dentro da abordagem de DFX ainda existem outras importantes ferramentas
como as descritas (JACOVELLI, 2005):
- Projeto para desmontagem (DFD - Design for Disassembly)
- Projeto para reciclagem (DFR - Design for Recyclability)
- Projeto para a confiabilidade (DFRe - Design for Reliability)
- Projeto para o ciclo de vida (DFLC - Design for Life-Cycle)
- Projeto para a qualidade (DFQ - Design for Quality)
- Projeto para a segurança (DFS - Design for Safety)
- Projeto para a embalagem (DFP - Design for Packaging)
- Projeto para a interface amigável (DFUF - Design for User-Friendliness)
- Projeto para a inspeção (DFI - Design for Inspectability)
- Projeto para os testes (DFT - Design for Testability)
- Projeto para a manutenção (DFMt - Design for Maintainability)
Segundo Kuo et al. (2002), “o grande desafio não é a implementação de novas
técnicas, mas a superação de barreiras organizacionais e resistências de
mudar o jeito com que as coisas são feitas”, e desta forma não existem dúvidas
que as ferramentas DFX são importantíssimas para alcançar um projeto e
produto competitivo dentro da atual indústria de manufatura, atendendo todos
os novos apelos impostos pelos clientes, assim como a própria superação das
expectativas de tais solicitações (JACOVELLI, 2005).
Alternativas e iniciativas de processos que possam minimizar impactos
ambientais tem sido pesquisados e aplicados de forma a obter a melhor
desempenho do sistema como um todo e neste sentido surge a proposta de
uma indústria ecológica.
26
Segundo Graedel e Allenby (1995) para que haja uma indústria ecológica, ou
um padrão de ecologia industrial, a humanidade pode racionalmente buscar e
manter capacidade desejável, ganhando em economia, cultura e evolução
tecnológica. Este conceito requer que um sistema industrial seja visto não de
forma isolada no sistema ambiental, mas sim combinado com ele. Trata-se de
uma visão de um sistema no qual existe a busca para otimizar o ciclo total de
materiais desde o material virgem, do material acabado, do componente, do
produto, do produto obsoleto e da sua disposição final. Os fatores a serem
otimizados incluem recursos, energia e capital.
Um encurtamento da vida útil dos produtos tem sido deliberadamente aplicado
para tornar possível o lançamento de novas linhas de produtos, modelos e
suprimentos superproduzidos no ritmo de uma circulação acelerada. Esta
obsolescência planejada para os bens de consumo duráveis é uma maneira de
captura do poder de compra da sociedade. De forma indireta, a capacidade de
aumento do uso de bens de serviço fica limitada em função de pretensas
vantagens para os bens de consumo (exemplo: uso de um automóvel particular
em relação ao transporte coletivo) (MESZAROS, 1989).
Ferramentas de avaliação da interferência ou solicitações dos produtos ao
meio-ambiente tem sido utilizadas para desenvolvimento de projetos industriais
e atividades de desenvolvimento.
A “life-cycle assessment (LCA) – avaliação de ciclo de vida” determina o fluxo
associado de energia e materiais, avaliações de stresses ambientais e
impactos provindos de produtos e processos desde os seu início ao seu final
de vida, pode produzir recomendações para melhorar seu desempenho em
relação ao meio-ambiente. A avaliação inclui o inicio do ciclo de vida do
produto, processo ou atividade, englobando a extração e processamento da
matéria
prima,
manufatura,
transporte
e
distribuição
com
uso/reuso/manutenção, reciclagem e descarte final.
Conforme demonstrado por Graedel (1998) os elementos de uma analise de
inventário de ciclo de vida pode ser visto conforme Figura 2 abaixo e faz parte
27
de uma adaptação da SETAC – “Society of Enviromental Toxicology and
Chemistry - Sociedade de Toxicologia Ambiental e Química (1991).
FIGURA 2: ESTRUTURA PARA ACV
FONTE: GRAEDEL (1998)
Como questão chave, observando a entrada de materiais pode-se acrescentar
que não existe somente a referência de material físico participando do sistema,
mas também uma referência de energia embutida para obtenção deste
material.
O desempenho geral de energia de cada produto é determinado através de
todo o fluxo de energia em seu tempo de vida, desde sua extração, passando
pelo processamento e produção e chegando a seu uso. Define-se como
28
energia embutida toda a quantidade de energia requerida para produzir o
material em sua forma de produto e pode ser chamada como energia de
entrada (Ein).
Uma outra ferramenta com a mesma abordagem de avaliação da interferência
ou solicitações dos produtos ao meio-ambiente é a chamada de “Engenharia
de Ciclo de Vida – ECV” que tem por objetivo de otimizar o ciclo de vida dos
produtos e minimizar a poluição e os resíduos associados, aplicando
desenvolvimento ou soluções tecnológicas e científicas no projeto e produção
dos produtos (RODRIGUES, 2007).
Ainda conforme Rodrigues (2007), algumas tomadas de decisões para projetos
de produtos tem se valido de ferramentas ambientais e com a adoção de
políticas que garantam a sua aplicação, sendo que alem da Avaliação de Ciclo
de Vida – ACV, o Desenvolvimento de Produtos Sustentáveis ou Ecodesign e
o princípio da Responsabilidade Ampliada do Produtor (EPR – Extended
Producer Responsability) são alguns instrumentos e políticas com destaque
especial de aplicação.
Dentro das propostas e iniciativas com instrumentos e políticas de preservação
ambiental orientada para produtos, deve-se acrescentar os aspectos da
integração dos consumidores, com sua importante participação no padrão de
consumo dos produtos e descarte destes pós-uso além da participação dos
produtores com suas responsabilidades no destino final dos produtos
(RODRIGUES, 2007). Estes dois integrantes dentro do sistema desempenham
importante papel no desenvolvimento e a aplicação das políticas. Um com a
conscientização e máxima utilização dos produtos com o descarte apropriado e
o outro com a responsabilidade de viabilizar a melhor coleta dos descartes e a
mais adequada destinação final.
29
2.2. ENERGIA
A energia representa um dos aspectos fundamentais de um processo produtivo
e uma sociedade como a nossa deve seu desenvolvimento à existência de
fontes energéticas facilmente disponíveis. Por isto o tema energético adquiriu
um
destaque
fundamental,
seja
em
termos
de
perspectivas
de
produção/emprego, seja em relação aos problema ambientais (TIEZZI, 1988).
No aspecto ambiental Reis (2000) também cita que o uso que fazemos da
energia, em princípio para a satisfação das necessidade e desejos da
sociedade, de forma geral, é o responsável pelos maiores e mais graves
problemas ambientais.
A cadeia produtiva associada aos processos de extração, transformação,
transporte e consumo de energia provocam uma série de impactos ao meio
ambiente como resíduos das minas e das centrais nucleares, contaminação de
recursos hídricos na exploração mineira, contaminação de recursos hídricos e
solos por combustíveis líquidos ou petróleo, impactos ambientais provenientes
de grandes barragens, além das emissões de gases tóxicos e de efeito estufa ,
entre outros (AEA, 2002).
Sob o ponto de vista da economia, durante muito tempo acreditou-se que
existia uma forte relação entre o uso de energia e o crescimento econômico, de
forma que o crescimento econômico não seria possível sem o aumento
contínuo do consumo de energia, porém, a partir da década de 70, pôde-se
observar
uma
dissociação
desta
relação,
principalmente
nos
países
industrializados onde, enquanto o PIB apresentava um crescimento regular, o
consumo de energia mantinha-se com um padrão praticamente constante
(REIS, SILVEIRA, 2000).
Ainda no aspecto econômico, os vínculos entre a crise energética e a crise
econômica podem ser mais bem compreendidos quando se introduz o conceito
de produtividade. A produtividade do capital é a quantidade de valor agregado
por unidade de capital fixo investido: nos investimentos dos últimos decênios,
30
escolheu-se a via de favorecer a produtividade do trabalho, em lugar do capital.
Ou seja, preferiu-se investir grandes capitais imobilizados em maquinários
(com baixa produtividade do capital), obtendo o mesmo produto com poucos
técnicos empregados (alta produtividade do trabalho). Dessa forma, o produto
nacional bruto cresce a custa do desemprego e de uma dramática redução dos
capitais disponíveis para sustentar o crescimento econômico e para o
encaminhamento de novas formas de produção de energia, ou seja, as fontes
renováveis. E, vice-versa, não têm sido favorecidos os setores com baixa
dependência de energia, de baixo potencial poluidor e alta ocupação de mãode-obra. Na verdade, isto faz com que se diminua fortemente a produtividade
da energia, ou seja, a eficiência econômica com a qual a energia é
transformada. A opção nuclear é exatamente uma opção “energy intensivecapital intensive”, de baixa produtividade (e grande desperdício) de energia e
de capital, com a conseqüente diminuição do emprego de mão-de-obra
(TIEZZI, 1988).
Muitos órgãos e entidades oficiais e independentes têm desenvolvido estudos
sobre o assunto energia e sua abrangência ou uso. Na Europa, por exemplo, a
Agência Européia do Ambiente (AEA) preparou uma avaliação do grau de
eficácia das políticas e preocupações ambientais que fazem parte do setor
energético. Na avaliação da AEA a energia é um bem econômico e social, que
proporciona conforto pessoal e mobilidade, e que garante a produção de
grande parte da riqueza industrial e comercial.
Nesta avaliação da AEA que abrange a União Européia (EU), 3 questões tidas
como
principais
foram
apresentadas:
Segurança
do
abastecimento,
Competitividade e Proteção do ambiente. Sendo que, apesar de distintas, estas
3 questões estão fortemente relacionadas (AEA, 2002). Este trabalho reforça
também que a produção e consumo de energia têm influência importante em
alterações climáticas, que interferem no ecossistema e causam efeitos nocivos
para a saúde humana.
Qualquer discussão e preocupação sobre energia nos dias de hoje requer
muito critério de planejamento consistente. O crescimento rápido e mal
31
planejado da produção e do consumo energético leva a impactos ambientais
que podem comprometer o desenvolvimento. O uso de energia seja através de
combustíveis fósseis ou nucleares, ou através da exploração em grande escala
da hidroeletricidade ou ainda de recursos de biomassa, provoca os mais
severos impactos ambientais tanto em nações em desenvolvimento como
naquelas
industrializadas.
Isto
inclui
poluição
do
ar,
lixo
radioativo,
sedimentação das bacias dos rios, desmatamento, erosão do solo, etc
(JANNUZZI, SWISHER, 1997).
A União Européia tem aplicado o uso controlado de energia por força de
tributações, mas nem sempre esta tributação apresenta efetividade quando
aplicada de forma isolada. Um exemplo disto pôde ser observado na virada do
século 20, quando a comunidade européia apresentou um aumento do
consumo de energia em função de redução de preços internacionais dos
combustíveis fósseis e devido à liberação dos mercados de energia (AEA,
2002). Uma conclusão da AEA (2002) sobre este fato cita que sem a
internalização das linhas externas da energia e uma melhor gestão da mesma
por vias de políticas adequadas, não se conseguirá atingir um resultado de
economia
desta
energia
com
incentivo
de
poupança
da
mesma
e
desencorajando o seu consumo.
O consumo de energia pode ser medido pela “Oferta Interna de Energia – OIE”
que representa a energia disponibilizada para ser transformada, distribuída e
consumida em processos produtivos de cada país além de contabilizar
eventuais perdas que possam existir ao longo de todo sistema. O Brasil possui
uma estrutura produtiva intensiva em energia e capital e pouco intensiva em
empregos (MME, 2007).
A constatação das possibilidades técnicas de se continuar a oferecer os
serviços necessários para a humanidade dependendo de menores quantidades
de energia, e de que crescimento econômico não está necessariamente
atrelado a maior consumo energético, colocou em xeque os fundamentos do
planejamento dominante até meados da década de 70. No entanto, talvez a
mais convincente vantagem da eficiência energética é a de que ela é quase
32
sempre mais barata que a produção de mais energia. Não resta dúvida de que
investir em tecnologia eficiente para os vários usos-finais implica também
maiores gastos de capital (JANNUZZI, SWISHER, 1997).
Neste sentido, para Reis (2000) a modernização nos países desenvolvidos que
tem tido um uso crescente de combustíveis fósseis e de eletricidade para
proporcionar
mobilidade,
iluminação,
condicionamento
ambiental,
lazer,
produção de bens e oferta de serviços, deve ter no uso de equipamentos
energeticamente mais eficientes, uma forma de atingir uma vantagem potencial
em função de uma escala de produção e barateamento destes equipamentos.
No entanto ainda assim são necessárias políticas específicas e eficazes para
garantir que as opções mais eficientes não sejam desconsideradas em função
de seu custo em relação a opções menos eficientes.
Portanto, toda esta proposta de uso de energia eficiente é muito dependente de
uma estratégia de investimento que, para países em crescimento, se apresenta
com maior dificuldade de aplicação em função de uma demanda reprimida a
ser atendida, pois os benefícios básicos de segurança e conforto que são
proporcionados por este recurso ainda estão por se alcançar e distribuir para
toda a sua população.
Para atender todas as necessidades de uso de energia da sociedade um
sistema energético estruturado deve ser estabelecido a fim de definir os
critérios que permitam fazer um uso racional e eficiente de energia e com a
possibilidade de emprego de fontes alternativas capazes de atender à
demanda dos consumidores desde sua obtenção até sua distribuição. Este
sistema energético compreende um conjunto de atividades que podem ser
dividas em três níveis: a) produção e conversão de fontes em vetores
energéticos, b) armazenamento e distribuição dos vetores, e c) consumo final.
Cada nível inclui uma complexa rede de atividades com o objetivo de extrair
energias das fontes encontradas na natureza e entregá-la ao ponto de
consumo (JANNUZZI, SWISHER, 1997).
33
Fontes de energia primárias são as formas que a energia é encontrada na
natureza. Estas originam-se de processos naturais e incluem petróleo, carvão,
gás natural, etc. As várias fontes são processadas e convertidas em vetores
(energia secundaria), como exemplo eletricidade ou gasolina, para ser
utilizada. Estas fontes por sua vez, são armazenadas ou distribuídas para os
consumidores finais. Dependendo das atividades nos setores de consumo, a
energia é usada para operar máquinas, motores, lâmpadas, para transportar
bens e pessoas, com o objetivo de satisfazer as necessidades de força motriz,
iluminação, cocção, climatização, entre outras. Estas diversas funções são
chamadas usos-finais energéticos (ou serviços de energia) (JANNUZZI,
SWISHER, 1997).
O uso final de energia pode apresentar várias modalidades de caracterização
dos diversos tipos de consumidores, no caso da energia elétrica atendidos no
âmbito de concessionárias que as distribuem como residenciais, comerciais,
industriais, iluminação pública, poderes e serviços públicos e tipos rurais (REIS,
SILVEIRA, 2000).
Conforme JANNUZZI e SWISHER, pode-se chamar de setor energético o setor
da economia que se ocupa dos processos de conversão de fontes primárias
em secundárias, como, por exemplo, refinarias, destilarias de álcool, usinas de
produção de eletricidade, etc.
Uma das mais utilizadas formas de energia secundária nos dias de hoje é a
eletricidade que atende à solicitação ou necessidade de consumo em
aparelhos eletrodomésticos e comerciais, assim como sistemas de produção
industrial.
Para a energia elétrica, a impossibilidade de armazená-la em larga escala, gera
a necessidade de um levantamento específico do uso desta energia por cada
tipo de consumidor dentro de intervalos de tempo. Desta forma, definir uma
função temporal denominada “Curva de Carga” é necessário, e esta curva
expressa a demanda para o setor (REIS, SILVEIRA, 2000).
34
Ainda do ponto de vista do uso da energia na indústria pode-se citar, segundo
Jacovelli e Martins (2003) que: “É premente ter uma visão detalhada de um
processo produtivo e de seu comprometimento, em função dos diversos tipos
de energéticos e sua forma de utilização final, pois essa visão se apresenta
como única ferramenta realmente eficaz no gerenciamento do consumo e
garantia de tomadas de decisões racionais, baseadas em dados concretos e
que demonstrem, por parte da empresa, uma visão coerente com os conceitos
atuais de desenvolvimento sustentável, ou seja, observar com detalhes qual é
o uso final da energia, de forma a garantir uma racionalidade em termos
econômicos, técnicos e ambientais”.
A política estratégica de muitas nações industrializadas tem levado em conta
aspectos como:
- os níveis de atividades econômicas e crescimento de população;
- o custo relativo de recursos de energia, incluindo considerações de vários
desenvolvimentos tecnológicos;
- os parâmetros ambientais e conservacionais.
Vale ressaltar que existem mais aspectos que podem ser considerados dentro
das estratégias de cada nação.
Energia final inclui algumas formas de energia, primária e secundária, que
estão disponíveis para o consumidor, descontando perdas de armazenamento
e distribuição. Esta energia é convertida em energia útil no ponto de uso-final.
Energia útil e a energia realmente demandada pelo consumidor como calor, luz
ou movimento mecânico. A quantidade de energia útil aproveitada de uma
dada quantidade de energia final depende da eficiência da tecnologia de usofinal (JANNUZZI, SWISHER, 1997).
A utilização de fontes de energia primária em um uso final apresenta um sério
problema do ponto de vista de eficiência, ou seja, a energia útil é sempre
menor que a energia fornecida pela fonte (GOLDEMBERG, 2003).
35
As fontes de energia disponíveis nos países em desenvolvimento e nos
industrializados estarão sendo utilizadas, apesar de todas preocupações
ambientais, à medida que forem sendo necessárias aos objetivos destes
países. O padrão de desmatamento, degradação do solo e crescimento
populacional descontrolado que permeia os países em desenvolvimento e
conflitam com os problemas de sustentabilidade, cria uma associação de que
os maiores problemas energéticos ambientais existem nestes países em
desenvolvimento, porém tanto os países em desenvolvimento assim como os
desenvolvidos, tais problemas existem, apesar das necessidades energéticas
de cada um serem diferentes. Enquanto nos países em desenvolvimento o
objetivo é a busca por sair de uma condição insuportável de baixo nível de
desenvolvimento, nos países desenvolvidos o objetivo é atender à tendência de
alto nível de consumo (GOLDEMBERG, 2003).
36
3. INDÚSTRIA ELETRÔNICA
Por volta do início do século XVII, foram feitas as primeiras experiências com
eletricidade. Naquela época, o homem ainda não tinha conhecimento sobre a
constituição da matéria.
Em 1750 o cientista e estadista americano Benjamin Franklin, começou
formular o conceito da eletricidade. Ele imaginava a eletricidade como um
fluído invisível. Se um corpo tivesse mais do que sua cota normal deste fluído,
ele dizia que o corpo tinha uma carga positiva; se o corpo tivesse menos que
sua cota normal, sua carga era considerada negativa. Com base nesta teoria,
Franklin concluiu que, se um corpo com carga positiva fosse colocado em
contato com um corpo com carga negativa, o fluído escoava do corpo positivo
(excesso) para o corpo negativo (deficiência). Este fluído hoje é chamado
corrente elétrica.
A palavra eletrônica vem de “eletron” conforme designação de Lorentz em 1895
e praticamente se inicia como uma atividade tecnológica a partir da descoberta
do 1º diodo termoiônico, também chamado de válvula.
Uma divisão em 2 períodos da industria eletrônica é descrita como sendo do
início do século 20 até 1948 que se utilizavam válvulas e a partir desse ano
quando surgiram os transistores, que substituíram as válvulas (MELO, RIOS,
GUTIERREZ, 2001).
O transistor nesta época passou a ser um elemento muito importante dentro da
indústria eletrônica com a possibilidade de várias aplicações com tamanhos de
produtos menores.
O termo Transistor é derivado das palavras TRANSfer e resISTOR em função
de uma descrição da operação do transistor, onde um sinal de entrada de
corrente elétrica em um circuito de baixa resistência passa para um circuito de
37
alta resistência na saída controlado por fluxo de corrente elétrica através de
materiais semicondutores (KASAP, 2005)
Em 1965 Gordon Moore, inventor do Circuito Integrado (CI) e que também um
dos fundadores e presidentes da Intel, fez uma avaliação e reportou que o
desenvolvimento dos transistores assumia uma taxa de redução de tamanho
de 50% a cada 12 meses, sendo que em uma revisão feita por ele mesmo em
1975, retificou que esta redução ocorria a cada 18 meses (MADOU, 2002).
Os cientistas descobriram que para melhorar as propriedades elétrônicas dos
transistores o aumento do grau de pureza destes semicondutores é muito
significativo, numa ordem de 1 átomo de impureza por 100 milhões de átomos
de germânio (MELO, RIOS, GUTIERREZ, 2001).
Assim como o germânio o silício também é utilizado nos componentes
eletrônicos e é um dos mais abundantes elementos na natureza encontrado em
composição de sílica e silicatos. Para atingir uma característica semicondutora,
com alto grau de pureza, o silício tem que passar por um processo de
purificação com elevada temperatura, de 1500ºC à 2000ºC com uma série de
reações que possibilita atingir um grau de pureza de até 99.9% (MELO, RIOS e
GUTIERREZ, 2001).
Apesar do longo desenvolvimento histórico da eletrônica a partir do século
XVII, somente durante a Primeira Guerra Mundial, a indústria eletrônica com a
aplicação na radiocomunicação, teve seu grande desenvolvimento. Entre 1922
e 1960, o total anual de vendas de equipamentos eletrônicos subiu de U$ 60
milhões
para
U$
10,2
bilhões.
Com
os
extraordinários
progressos
alcançados pelas atividades espaciais desenvolvidas principalmente na esfera
estatal da economia das grandes potências, assim como pela expansão
relativamente rápida das técnicas de automatização em todo o mundo, pode-se
admitir que o valor dos produtos eletrônicos tem atingido, a partir da década de
70, somas muito elevadas, desempenhando um papel importante na economia
mundial.
38
3.1. CARACTERIZAÇÃO E ESTRATÉGIA DA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
O incremento da produção da indústria, em geral pode resultar em um
incremento no consumo de energia elétrica e isto é uma relação natural em
todo cenário mundial, tanto para os países em desenvolvimento como para os
desenvolvidos,
conforme
citado
anteriormente.
Uma
área
de
grande
importância dentro deste cenário de expansão, inclusive com um grande
fomento de alta tecnologia seja na geração, seja na utilização de seus produtos
e processos é a indústria eletrônica. Este sub-setor eletrônico é responsável
pela introdução e abastecimento dos mais variados recursos da eletrônica e
microeletrônica dentro do cotidiano dos cidadãos.
Estes recursos creditam às máquinas mais eficiência e diminuem a operação e
controles manuais, que passam a serem controlados por microprocessadores
que nada mais são que “chips” (circuitos integrados eletrônicos), que são
desenvolvidos e fabricados com as mais sofisticadas tecnologias.
Uma proposição de divisão básica deste sub-setor pode ser descrita como:
- Setor de materiais semicondutores (onde há extração, desenvolvimento e
projeto a partir da pastilha semicondutora);
- Industrialização do material semicondutor (onde há o uso de equipamentos e
processos para fabricação de componentes eletrônicos);
- Aplicação ou uso final dos componentes eletrônicos em eletrônica, ou seja,
desenvolvimento e projeto de equipamentos e montagem de componentes
eletrônicos para obtenção de um produto eletrônico (produto final).
O 1º e 2º itens estão relacionados respectivamente com a indústria de
semicondutores e de componentes eletrônicos.
39
Estes 2 itens, mais especificamente, podem ser divididos em 3 etapas como
pode ser visto na Figura 3 abaixo (NETO, FILHO, FLEURY, LAURINDO,
CARVALHO, PESSÔA, GARCIA e
SAWAYA, 2002), onde cada etapa
apresenta particularidades de investimentos e recursos técnicos específicos
para implementação da indústria de semicondutores.
FIGURA 3: ETAPAS DOS PROCESSOS DE PROJETO DE PRODUÇÃO DE
SEMICONDUTORES
FONTE: (NETO, FILHO, FLEURY, LAURINDO, CARVALHO, PESSÔA, GARCIA
E SAWAYA, 2002)
A etapa de projeto, comparativamente às outras, é a que requer menor
investimento, mas tem a necessidade de uma mão de obra altamente
qualificada para desenvolvimento dos programas ou softwares dos Chips e
com detalhada capacidade de integração com a etapa de fundição (foundry)
que gera requisitos para a definição do projeto (NETO, FILHO, FLEURY,
LAURINDO, CARVALHO, PESSÔA, GARCIA e SAWAYA, 2002).
A etapa de fabricação e empacotamento, tem necessidade de investimentos da
ordem de US$ 2 bilhões e US$ 150 milhões, respectivamente. Os maiores
investimentos estão nestas fases com uso de fornos especiais, salas limpas e
40
equipamentos laboratoriais. Estas etapas contemplam operações de destaque
da pastilha de silício, soldagem de fios de ouro na pastilha, testes de “stress”
térmico, encapsulamento, inclusão de componentes discretos e testes finais
específicos (NETO, FILHO, FLEURY, LAURINDO, CARVALHO, PESSÔA,
GARCIA e SAWAYA, 2002).
O tempo de ciclo dos produtos e processos desta indústria é considerado
baixo, em torno de 3 anos. Isto em função do ritmo do desenvolvimento dos
componentes de processamento e de software básico, muito influenciado pela
indústrias de PCs (computadores pessoais) (NETO, FILHO, FLEURY,
LAURINDO, CARVALHO, PESSÔA, GARCIA e SAWAYA, 2002).
Esta uma característica de obsolescência dos componentes muito relacionada
ao desenvolvimento tecnológico dos produtos, no caso do exemplo PCs.
A indústria de semicondutores forma a espinha dorsal da produção de produtos
eletrônicos, sendo que os semicondutores discretos e circuitos integrados têm
revolucionado o modo de vida da sociedade de forma geral com suas
aplicações. A produção de semicondutores é tradicionalmente considerada
como uma produção limpa por fazer uso de sofisticadas salas limpas em seu
processo e tratamento final em muitas empresas, embora faça uso ou consumo
de substâncias químicas perigosas, como ácidos, solventes orgânicos, metais
pesados e arsênico (PANDEY, 2004).
Nos últimos anos ocorreu um incremento da fabricação de semicondutores com
conseqüente aumento de fábricas e este aumento de volume transformou-se
em sérios problemas, sendo que o foco ambiental sobre a indústria de
semicondutores está na aplicação de tecnologia de produção limpa com o
desenvolvimento de processos e equipamentos capazes de reduzir o uso de
materiais químicos perigosos, energia, recursos naturais etc (PANDEY, 2004).
Já para a indústria de eletrônica que monta circuitos eletrônicos, uma pesquisa
do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio (MDIC) em 2003
mostrava que esta indústria movimentava uma receita em torno de US$ 3,5
41
trilhões para o mercado mundial de produtos eletrônicos com tendência de
crescimento, sendo os EUA e Japão os 2 maiores mercados e o Brasil ocuparia
a 13ª posição. Para se ter uma idéia comparativa do valor citado, a indústria
farmacêutica representava 1/10 desse valor, enquanto a automobilística
representa menos de 1/5 (FINEP, 2007). Esta colocação demonstra o peso
deste mercado e atividade dentro do cenário econômico mundial.
Existe uma dificuldade em se delinear ou mapear com precisão o escopo da
indústria eletrônica em função da abrangência de seus produtos e suas
aplicações nas mais variadas áreas, porém uma classificação mais usual
quanto aos produtos fornecidos são os Bens Eletrônicos de Consumo (BEC).
Pode-se dizer que as indústrias que montam circuitos eletrônicos em placas
possuem um mesmo padrão estratégico nos vários setores, que é o
atendimento ao produto final, projetos e processo de baixo custo e desta forma
algumas indústrias se especializam nesta atividade de forma a otimizar seus
custos seja numa economia de escala seja em um diferencial competitivo.
O estudo da Universidade Estadual de Campinas Instituto de Economia Núcleo
de Economia Industrial e da Tecnologia (UNICAMP-IE-NEIT), Ministério do
Desenvolvimento, da Indústria e do Comércio Exterior (MDIC), Ministério da
Ciência e Tecnologia (MCT) e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
sobre a cadeia de bens eletrônicos de consumo apontou que as empresas de
serviços de manufatura têm aberto espaço no seio do complexo eletrônico
independente das divisas de regiões ou países. Tais corporações conseguem
ganhos de escala mediante o estabelecimento de contratos de serviços com
diferentes fabricantes que terceirizam determinados produtos ou etapas do
processo produtivo. Ao arregimentar produtos similares de diferentes
contratantes conseguem reduzir custos, especialmente fixos, devido ao
elevado volume de produção. Embora a atuação dessas corporações seja mais
visível na informática e em telecomunicações, nada impede que as mesmas
ampliem sua penetração na manufatura de áudio & vídeo.
42
Como exemplo, a Intel, Microsoft, IBM, Compaq e Dell Computer, fazem partes
de um grupo de grandes empresas que de certa forma definiram este diferente
formato de geração de valor dentro da cadeia de produção dos produtos
eletrônicos. Antes como grandes fabricantes de produtos eletrônicos,
identificaram
a
potencialidade
de
focar
atenção
em
suas
melhores
competências. A Intel se concentrou nos processadores, a Microsoft nos
sistemas operacionais, inclusive com domínio total do mercado, a Dell
Computer passou a se concentrar nas etapas de vendas e distribuição, assim
como a IBM e Compaq buscaram a etapa de soluções e serviços.
Especificamente a IBM e Compaq, na década de 80, passaram suas etapas de
montagem para Manufaturas Contratadas (CEM) como a Solectron e a
Celéstica (NETO, FILHO, FLEURY, LAURINDO, CARVALHO, PESSÔA,
GARCIA e SAWAYA, 2002).
Apesar do grande crescimento das empresas de serviços de manufatura, as
corporações líderes no mercado de eletrônica, em geral, possuem uma
estrutura produtiva verticalizada e/ ou uma rede bem estabelecida de
fornecimento de insumos.
Estas grandes corporações líderes mundiais deste setor se estruturam no
plano mundial buscando aproveitar o máximo daquilo que as diferentes nações
podem lhes proporcionar como, mercado consumidor; ambiente tecnológico;
incentivos fiscais; condições macroeconômicas, a exemplo de condições
estáveis e de taxas cambiais favoráveis à exportação, entre outras; etc.
Países como Filipinas, Malásia, Tailândia e México se caracterizam como
hospedeiros de boa parte das grandes corporações e líderes de mercado.
A indústria eletrônica e a tecnologia que a move e também justifica sua
existência, tem notória participação nos hábitos e conforto das civilizações
modernas e a história de desenvolvimento desta indústria até os dias de hoje
mostra que seu desempenho e continuidade não estão estacionados. Contudo
um outro ponto de vista sobre esta indústria deve ser também analisado, em
função das potenciais conseqüências que este desenvolvimento pode trazer
43
junto com uma revolução de alta tecnologia, ou seja, os potenciais prejuízos à
saúde humana e ao ambiente.
Estes prejuízos à saúde humana estão associados aos resíduos desta indústria
eletrônica como metais pesados, gases de efeito estufa, bifenilas policloradas
(PCB), cloreto de polivinila (PVC) e retardantes de chama halogenados, assim
como outros (NORDIC COUNCIL OF MINISTERS, 1995b).
O desenvolvimento da indústria eletrônica tem apresentado um movimento de
convergência entre seus diferentes segmentos em termos da base tecnológica.
Este movimento pode ser descrito com as seguintes características
(GONÇALVES, 1997):
a) Homogeneização crescente das tecnologias e insumos utilizados;
b) Integração de um número crescente das funções dos produtos finais em
componentes semicondutores – principalmente circuitos integrados e, dentro
destes, os Asics (circuitos integrados de aplicação específica);
c) interdependência e complementaridade de tecnologias, mercados e
produtos; e
d) comunicabilidade crescente entre diferentes tipos de equipamentos e
sistemas de eletrônica - os novos sistemas de multimídia são a materialização
deste fenômeno.
Uma divisão tradicional do complexo eletrônico considera os seguintes
segmentos: informática, telecomunicações, automação e bens eletrônicos de
consumo (BEC).
O segmento de BEC é de certa forma bastante caracterizado e influenciado
pela introdução de inovações radicais que induzem a um movimento continuo
de renovação de linhas de produto com crescente incorporação de conteúdo
tecnológico por conseqüência uma ampliação do mercado ao gerar uma
relativa obsolescência a cada nova geração de produtos.
44
Diante de um padrão de superprodução, as mercadorias destinadas ao
consumo de massa caracterizam-se tanto por dois conceitos, até certo ponto
contraditórios: o conceito de “bens de consumo duráveis” e o de “obsolescência
planejada”, onde os produtos têm uma sua vida útil encurtada de modo a
favorecer um lançamento e suprimento contínuo de produtos ou mercadorias
superproduzidas com circulação acelerada (MESZAROS, 1989).
Ainda segundo Meszaros (1989), esta alta circulação com redução do tempo
de vida dos produtos, implica num maior desperdício, então se pode dizer que
consumo, considerando que este ultrapasse as correspondentes necessidades
de valores-de-uso do consumo humano, é equivalente funcional à destruição
“do ponto de vista perverso do processo de realização capitalista”.
A dinâmica de ciclo de vida curto, onde os produtos têm seu tempo de uso ou
utilização bastante pequeno seja por uma questão de obsolescência de
tecnologia, modelo ou moda, seja por uma característica descartável dos
produtos do complexo eletrônico, tem sido muito importante para os segmentos
de informática e BEC, enquanto o setor de automação com equipamentos
maiores e de maior custo tem padrão mais conservador para substituição
apesar de estar sobre os benefícios dos avanços tecnológicos (retrofitting). O
segmento de telecomunicações tem seu padrão dividido nos 2 aspetos; o 1º
aspecto de equipamentos grandes com suas centrais de comutação e
retransmissões de sinais e dados e o 2º aspecto com seus equipamentos
menores com aparelhos terminais ou de aplicação remotas e móveis.
O controle dos vários segmentos da indústria eletrônica se estrutura em
grandes corporações dividindo espaços com grande número de empresas
pequenas e médias criando o suporte dentro da cadeia de suprimentos.
45
3.2. INDÚSTRIA ELETRÔNICA NO BRASIL
3.2.1 HISTÓRICO
Nos países mais industrializados da América Latina, como o Brasil, o México e
a Argentina, a indústria eletrônica tem dado passos significativos, tendo grande
parte de sua produção na chamada "eletrônica de lazer", que abrange
televisores, rádios-receptores e aparelhos de som em geral. Em alguns casos,
porém já existem outros aparelhos e dispositivos de aplicação técnico-científica
e área de telecomunicações.
Esta indústria eletrônica brasileira teve em 1991 um impacto muito grande
devido à abertura da economia que eliminou os benefícios de nacionalização
exigidos na fabricação de bens finais incentivados ou protegidos por políticas
setoriais ou regionais, onde as empresas nacionais eram protegidas da
concorrência com os produtos importados necessitando somente manter um
padrão e volume de nacionalização de produtos de bens de consumo ou de
aplicação industrial.
Este impacto somado à condição do setor automotivo ter uma capacidade
limitada de fornecimento de componentes nacionais para modernização dos
veículos produzidos no país, mais a redução de 88% nas alíquotas de imposto
de importação para componentes na Zona Franca de Manaus colocaram a
indústria de componentes em desvantagens no mercado, pois possibilitaram
aos fabricantes de bens finais incentivos a importar produtos prontos de forma
CKD (kits completamente desmontados) ou SKD (kits de aparelhos semimontados), inviabilizando o fornecimento de componentes, partes e peças
fabricadas localmente (ABINEE, 2007).
Como conseqüência ocorreu o fechamento de importantes fornecedores do
parque eletrônico brasileiro, dispensa de pessoal altamente qualificado e
afastamento da indústria de componentes do processo de desenvolvimento dos
produtos.
46
A tecnologia de hardware está cada vez mais se concentrando nos
componentes, o que quer dizer que cada vez mais o custo do produto se
aproxima da soma do custo dos componentes que o integram, e desta forma se
uma indústria local não produz uma lista de componentes suficiente para
atender o mercado interno e assegurar divisas de exportação, fica difícil manter
a indústria de bens finais competitiva. Isto indica que, sendo a indústria
eletrônica extremamente dependente de um mercado de componentes
eletrônicos (indústria esta que não é desenvolvida no país), tem seus custos
desfavorecidos em relação ao mercado mundial devido à necessidade de
importar tais itens e considerando que os custos dos produtos eletrônicos tem
sido muito próximos dos custos de seus componentes, a margem de
competitividade dentro do processo ou administração ficam bastante limitados.
Hoje a indústria brasileira ainda tem um grande potencial de crescimento,
considerando que o desenvolvimento de um parque industrial de componentes
eletrônicos pode impulsionar este segmento, uma vez que as importações de
componentes eletrônicos alcançaram a casa de US$ 9,3 milhões de janeiro a
novembro de 2006, conforme dados da ABINEE (2007) apresentados na Figura
5.
Apesar de um potencial mercado de consumo de equipamentos eletroeletrônicos, o Brasil tem se apresentado como um usuário de componentes
eletrônicos, na grande maioria importada, para aplicação no produto final.
Entende-se desta forma que a característica da indústria eletrônica nacional
tem apresentado um perfil de montador ou agregador de componentes para se
obter o produto, como pode se observar na Zona Franca de Manaus que se
vale de um incentivo de legislação para importar e manufaturar produtos.
Uma característica desta indústria é de uma importação maciça de
componentes e com um padrão de aumento destas importações ano a ano ,
que pode ser observada na evolução da balança comercial de produtos
elétricos e eletrônicos de 2005 e 2006 apresentada na Figura 4, que mostra um
acumulado de janeiro a novembro de 2006 com um acréscimo de 17,4% nas
exportações destes produtos, sendo que para as importações o acréscimo foi
47
maior, atingindo 25,4% no mesmo período (ABINNE, 2007), o que ocasionou o
aumento no saldo da balança comercial neste período de janeiro a novembro
de 2006 de 33,6% em relação a 2005, atingindo valores da ordem de US$ 9,03
bilhões para esta área de produtos elétricos e eletrônicos.
FIGURA 4: BALANÇA COMERCIAL – PRODUTOS ELETRELETRÔNICOS
FONTE: ABINEE (2007)
US$ Milhões
Setor Eletroeletrônico para
Componentes Eletrônicos
Janeiro-Novembro
9.363,90
10000
8000
6000
4000
2000
0
7.343,00
586,6
577,9
2005
Exportações
Importações
2006
FIGURA 5: BALANÇA COMERCIAL - COMPONENTES ELETRÔNICOS
FONTE: ABINEE (2007)
48
Se no mesmo período analisarmos somente a área de componentes
eletrônicos, que é um elemento importantíssimo na discussão deste trabalho,
teremos que o volume de exportação teve redução de 1,5% enquanto a
importação teve um crescimento de 27,5%, conforme mostrado na Figura 5
(ABINNE, 2007), sendo o saldo da balança comercial de US$ 8,78 milhões, ou
seja, 97,3% do déficit de todo o setor no período.
3.2.2 ÁREAS PRINCIPAIS DE ATUAÇÃO (CARACTERIZAÇÃO)
A indústria eletrônica brasileira tem-se mostrado presente na indústria
automobilística no acionamento e controle de sistemas de injeção, freios e de
ar-condicionado e ainda em qualquer aplicação de informática, hoje muito
comum nos veículos com a denominação de eletrônica embarcada, que
significa todo o recurso ou sistema eletrônico que auxilie nos controles ou
monitoração dos veículos.
A área de telecomunicações também é uma área que se utiliza muito dos
recursos da indústria eletrônica aplicados em aparelhos celulares e em todo o
recurso eletrônico necessário em infra-estrutura para garantir o funcionamento
destas unidades de produtos (estações e subestações de rádio-base, antenas,
repetidoras de sinais e sistemas de centrais telefônicas,...) (MELO, RIOS e
GUTIERREZ, 2001).
A telefonia fixa que concorre de certa forma com a aplicação móvel dos
aparelhos celulares também mantém sua fatia de ocupação na indústria
eletrônica.
Todos os sistemas informatizados das redes bancárias, industriais ou
comerciais também utilizam equipamentos e sistemas providos pela indústria
eletrônica. Sistemas informatizados também podem atender às necessidades e
49
aplicações domésticas com o advento dos computadores pessoais que tem tido
uma tendência de popularização.
Até mesmo na área de energia, sistemas de comandos diversos e controle nas
fases
de
geração,
transmissão
e
distribuição
de
energia,
possuem
equipamentos e sistemas também providos pela indústria eletrônica de
potência.
Os produtos eletrônicos que possuem placas de circuito impresso são
fabricados por vários segmentos da indústria que são apresentados na Tabela
1 (ABRACI, 2007). Nesta tabela observa-se uma distribuição de segmentos
caracterizada pelos seus produtos finais que atendem às varias necessidades
da sociedade de consumo ou suportes de serviços em geral. Esta divisão e
alguns exemplos de suas aplicações estão listadas nesta Tabela 1.
50
TABELA 1: DIVISÃO DO SETOR ELETRÔNICO EM SEGMENTOS COM SUAS APLICAÇÕES.
SEGMENTO DE
MERCADO DO SETOR
ELETRÔNICO
Automotivo
Informática
Consumo
Telecomunicações
Comércio e Escritório
Industrial e Instrumental
APLICAÇÕES
Sistema de potência (injeção), sistemas de segurança,
controles, rádios e sistemas de som, instrumentações do
painel
PC`s mainframes minicomputadores, terminais,
monitores, impressoras e demais periféricos
TV`s, vídeo cassetes, sistema de áudio, vídeo games,
calculadoras, instrumentos musicais, linha branca,
relógios
Telefones, centrais, pagers, modens, equipamentos de
transmissão/recepção por ondas de rádio
Automação comercial, copiadoras, fax, bombas de
combustível, taxímetro, etc.
Instrumentos de controle de processo, de teste/medição,
atuadores, sensores, equipamentos de comando
númerico, etc.
FONTE: COMPLEXO ELETRÔNICO: PLACAS DE CIRCUITO IMPRESSO (ABRACI, 2007)
3.2.3. ESTRATÉGIAS
Observando o padrão tecnológico de uma década atrás até os dias de hoje, o
complexo eletrônico nacional encontra-se entre os segmentos que mais se
beneficiaram pelas recentes ondas de inovações que alteraram os padrões
gerenciais, produtivos e de concorrências em nível mundial. Tudo é uma
decorrência da rápida incorporação de insumos e processos com elevado
conteúdo tecnológico, simultaneamente apoiados e direcionados para o
51
processamento, transmissão e recepção de informações digitalizadas, em
escala de velocidade crescente (GONÇALVES, 1997).
A distribuição das empresas do complexo eletrônico também tem sua
característica de região, até mesmo fortalecida por incentivos ou políticas
fiscais que pode ser exemplificada pela Zona Franca de Manaus, onde, por
meio de legislação cria uma proteção às indústrias locais frente às importações
e define uma vantagem para aumento da competitividade dentro do mercado
nacional e internacional (BAPTISTA, 1993).
Existe muita dificuldade em definir com precisão todas as estratégias aplicadas
para o complexo eletrônico nacional, já que ele pode estar disperso em mais
setores que não os somente identificados como tal, entretanto apresentaremos
abaixo algumas das principais estratégias.
Para a indústria eletrônica a eficiência produtiva é importantíssima para creditar
competitividade ao produto final, já que alia dois elementos básicos do padrão
de concorrência da indústria: qualidade e preços. Este padrão faz com que a
tendência de intensificação na alocação de sistemas e equipamentos
automatizados seja maior a cada dia, principalmente nas fases de montagens e
testes (BAPTISTA 1993).
Nas áreas produtivas de alta escala para produtos eletrônicos de consumo,
equipamentos fazem a inserção automática horizontal e vertical, linhas de
produção são automaticamente alimentadas na entrada e descarregadas na
saída, “robots” para componentes especiais, máquinas de solda com controles
automáticos e programados em velocidade e temperatura, testadores de placas
soldadas que indicam automaticamente componentes defeituosos e sua
localização, linhas finais com ajustes via computador, desde estoque de
componentes às linhas e ao estoque final, entre outros.
A tendência para a externalização parcial das atividades de manufatura
também pode ser observada, motivada pelo objetivo de ganhar eficiência nas
operações internas e reduzir os custos fixos das empresas que declinava em
52
redução de lucratividade. Esta tendência tem se refletido no elevado
dinamismo do segmento de fornecedores de serviços de manufatura para a
indústria eletrônica.
O setor tem observado também um significativo crescimento dos serviços
“turnkey”, em que o fornecedor assume o processo completo, desde as
compras de materiais até a própria manufatura. As condições específicas e
técnicas do processo assim como os altos custos de capital envolvidos têm
contribuído muito para o surgimento de indústrias neste nicho de mercado.
Esta condição tem em vista que para atingir a otimização é extremamente
mandatório altos volumes de produção ou pelo menos adequados para a
máxima ocupação da configuração e equipamentos disponíveis.
3.3. INDÚSTRIA ELETRÔNICA – DEFINIÇÕES E PROCESSO DE PRODUÇÃO
Utilizaremos neste trabalho uma definição funcional para caracterizar a
indústria eletrônica como sendo aquela que tem por característica a montagem
de componentes eletrônicos em placas de circuito impresso.
A placa de circuito impresso é um elemento de agregação dos componentes
eletrônicos, e pode-se inferir que o seu consumo dentro do setor tem forte
relação com o número de componentes eletrônicos também consumidos, assim
como o de produtos finais produzidos e que desta forma, pode-se, com certa
precisão, identificar o tamanho da indústria eletrônica, através deste indicador.
A Figura 6 busca demonstrar um esboço da indústria eletrônica a ser analisada
neste trabalho.
53
Componentes
Eletrônicos
Placa de Circuito
Impresso
Produto Final da
Indústria
Eletrônica
FIGURA 6: ESQUEMA UTILIZADO PARA A DEFINIÇÃO DA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
Os componentes eletrônicos são elementos capazes de executar funções
elétricas ou eletrônicas que combinadas resultam em trabalho ou aplicações
específicas. A placa de circuito impresso é um elemento constituído por uma
placa ou cartão de material com propriedades de isolação elétrica e sobre a
qual estão impressas trilhas de cobre, que é um elemento que possui uma
excelente propriedade de condução de eletricidade.
Esta placa de circuito impresso, comumente conhecida no setor eletrônico
como PCI, tem a função de sustentar mecanicamente os componentes
eletrônicos que formam o circuito que por sua vez é formado por resistores,
capacitores, transistores, circuitos integrados, etc., assim como todas as trilhas
condutoras de eletricidade, de cobre, e que definem todas as interligações
entre estes componentes. Toda esta configuração de montagem e interligação
sobre a placa é amparada por especificações de largura, espessura e
comprimento das trilhas e da própria placa, atendendo propriedades elétricas
do circuito como intensidade de corrente, freqüência do sinal, impedâncias de
operação, etc.
A Figura 7 mostra os componentes sendo agregados à placa.
54
Componentes
Eletrônicos
PCI
FIGURA 7: MONTAGEM DE COMPONENTES EM PCI
Vale reforçar que a placa montada com componentes eletrônicos que se
pretende descrever é simplesmente uma placa eletrônica que poderá ter uma
infinidade de aplicações em processos seqüenciais dentro de gabinetes,
máquinas e equipamentos eletrodomésticos e veículos ou até mesmo em sua
condição simples de placa somente montada. A produção deste produto (placa
montada) é uma atividade em crescimento no mercado nacional e
internacional, conforme já visto, onde empresas se especializam para tal
competência e vendem este serviço para possíveis integradores dentro de uma
cadeia de fabricação ou mesmo para o próprio fornecedor final.
Como acréscimo de informação sobre os itens ou componentes necessários à
obtenção de uma placa de circuito impresso montada completamente, neste
capítulo teremos uma descrição rápida do que são os componentes eletrônicos
e a PCI.
3. 4. COMPONENTES ELETRÔNICOS
Os componentes eletrônicos podem ser divididos em 2 tipos; componentes
convencionais e componentes SMDs. A sigla SMD vem do inglês “Surface
55
Mounted Device”, que significa “Dispositivo (ou Componente) Montado em
Superfície”.
Os componentes convencionais, também chamados de “Through-Hole”, que
significa “através de furo” possuem terminais que transpassam a placa e são
soldados na face oposta à que ficam os corpos dos componentes.
Componentes eletrônicos têm forte associação com os circuitos integrados,
comumente chamados de CI. Estes CIs são semicondutores que possuem, em
geral, o elemento silício na sua fabricação, tem larga utilização dentro da
indústria eletrônica e importância econômica significativa (MELO, RIOS,
GUTIERREZ, 2001).
Os componentes SMDs já são uma evolução dos componentes eletrônicos,
possuindo terminais curtos e menores que os convencionais, podem ser
soldados ou fixados à superfície da placa, mantendo-se totalmente em um lado
da face da placa de circuito impresso.
Existe uma grande variedade de componentes SMDs hoje no mercado, como
“Chips” com dimensões cúbicas, SMDs cilíndricos, encapsulamentos plásticos
com “solders pins” (SOT, SO, VSO “package”), Cis miniatura, Mikropack,
indutores, trimmers, cristais, chaves, conectores, reles, etc. Uma amostra de
alguns componentes existentes atualmente no mercado pode ser observada na
Figura 8.
56
FIGURA 8: TIPOS DE ENCAPSULAMENTO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS
FONTE: FUSE (1999)
O encapsulamento dos componentes se apresenta em vários formatos e
tamanhos e podem ter como tipo de material a cerâmica, plástico ou substrato
de epóxi, dependendo da aplicação final do componente e do tipo de soldagem
a que será submetido. Este encapsulamento serve para sustentar, proteger e
fixar as pastilhas de circuito eletrônico de cada componente. Esta propriedade
mecânica do encapsulamento permite que somente os terminais eletrônicos
dos componentes fiquem expostos para poderem ser utilizados ou ligados em
sua aplicação final. Estes terminais geralmente são ligados às pastilhas
eletrônicas internas a este encapsulamento por minúsculos fios.
57
Componentes denominados discretos como resistores, capacitores cerâmicos
e semicondutores representam 80% da linha de SMDs, que possui uma
predominância do formato cúbico sobre as versões cilíndricas.
A geometria uniforme e adequada é um fator muito importante no processo,
assim alguns encapsulamentos já estão padronizados (IEC) ou estão propostos
para padronização (JEDEC recomendation).
Para os componentes SMD esta condição de não ter terminais que necessitam
transpassar a placa, implica em encapsulamentos menores, com massas
menores também, para fixar e deixar expostas somente pequenas partes de
terminais para serem soldados nas placas de circuito impresso.
A condição de não necessitar furos nas placas para transpassamento dos
terminais
também
credita
uma
maior
liberdade
ou
possibilidade
de
posicionamento de trilhas nas placas com menor distância uma entre as outras
e caminhos e áreas mais livres sem os furos.
Desta forma os componentes SMDs possibilitam uma grande densidade de
encapsulamento nas placas de circuito impresso devido seu menor tamanho.
Como exemplo pode-se observar que alguns componentes com mesma
característica elétrica podem apresentar uma massa até 10 vezes menor em
um componente SMD em comparação a um convencional, fora a redução do
comprimento dos terminais que confere ao SMD uma melhor resistência a
choques e vibração em relação ao convencional.
Para a operação de inserção de componentes SMD, máquinas especiais e
automáticas são necessárias.
Com todas estas variações e características descritas e observadas na figura
9, os componentes SMDs passam a influenciar substancialmente na definição
das máquinas necessárias ao processo de montagem. Sistemas de pega e
posicionamento destes componentes SMDs pelas máquinas necessitam ser
muito precisos, porém com variações de tamanho, existem consideráveis
variações
de
velocidade
de
posicionamento
ou
inserção,
sem
58
comprometimento da qualidade da operação. Máquinas que inserem
componentes maiores possuem velocidades menores que as que inserem
componentes menores.
3.5. PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO (PCI)
A placa de circuito impresso (PCI) que é um outro insumo da indústria
eletrônica pode ser de simples face (trilhas somente em um lado da placa),
dupla face (trilhas nos dois lados da placa) ou multicamadas (trilhas nos dois
lados da placa e em camadas intermediárias isoladas que são conectadas
através de furos metalizados com cobre).
Pode-se também classificar as placas segundo o material da sua base,
comumente chamado no setor eletrônico de laminado, de acordo com os
seguintes tipos (ABRACI, 2007):
- FR-2 - Laminado formado por um aglomerado de papel e resina
fenólica;
- FR-4 - Laminado formado de fibra de vidro;
- CEM-1 - Laminado misto agregando os dois materiais.
As duas primeiras classificações apresentadas mantêm uma correlação
bastante estreita quanto à aplicação. O FR-2 é utilizado para montagem em
simples face, que atenderia aparelhos de uso doméstico como vídeos, audios e
eletrodomésticos em geral. O FR-4 é tipicamente utilizado em montagens dupla
face, ou seja, montagem nos 2 lados da placa, e atendem a produtos de
especificações
mais
rigorosas,
em
setores
como
informática,
telecomunicações, controles industriais, automação bancaria e comercial, etc..
O tipo CEM-1 ainda tem uma aplicação pontual na indústria automobilística que
incorpora esta PCI em eletrônica embarcada para montagens em dupla face.
59
Suas variadas características mecânicas e elétricas são distribuídas ou
divididas em vários tipos de placas que atendem aos mais variados tipos de
segmentos industriais.
No Brasil existe apenas um fabricante de laminado com cobre e um fabricante
de laminado nu sendo que o atendimento à demanda da indústria nacional de
PCI é completado com importações.
A distribuição de PCI por famílias no mundo está dividida em 60% PCI
multicamadas, 25% de placas dupla face e 15% de face simples, isto
considerando a demanda global. A elevada participação da primeira família é
em decorrência da sua aplicação mais intensa nos setores mais dinâmicos do
complexo, como informática e equipamentos de telecomunicações. A tabela 2
apresenta a situação atual no Brasil e a tendência do uso de PCI por família
dividida em alguns segmentos do complexo eletrônico.
60
TABELA 2: - DISTRIBUIÇÃO DOS TIPOS DE PCIS POR APLICAÇÃO E TENDÊNCIAS NO
BRASIL - 1997
(%) POR FAMÍLIA
SEGMENTO DE
MERCADO
DENTRO DO
SETOR
ELETRÔNICO
APLICAÇÕES
Automotivo
Sistema de potência
(injeção), sistemas de
segurança, controles,
rádios e sistemas de
som, instrumentações do
painel
PC`s mainframes
minicomputadores,
terminais, impressoras e
demais periféricos
TV`s, vídeo cassetes,
sistema de áudio, vídeo
games, calculadoras,
instrumentos musicais,
linha branca, relógios
Telefones, centrais,
pagers, modens,
equipamentos de
transmissão/recepção
por ondas de rádio
Automação comercial,
copiadoras, fax, bombas
de combustível,
taxímetro, etc.
Instrumentos de
controle de processo, de
teste/medição, sensores,
equipamentos de
comando númerico, etc.
Informática
Consumo
Telecomunicações
Comércio e
Escritório
Industrial e
Instrumental
%
SIMPLES
FACE E
TENDÊNCIA
%
DUPLA
FACE E
TENDÊNCIA
%
MULTICAMADAS
E TENDÊNCIA
15 %
Decrescente
70 %
Estável
15 %
Crescente
0%
10 %
Crescente
90 %
75 %
Decrescente
20 %
Crescente
5%
Crescente
5%
Decrescente
25 %
Decrescente
70 %
Crescente
15 %
Decrescente
50 %
Crescente
35 %
Crescente
5%
Decrescente
50 %
Decrescente
45 %
Crescente
FONTE: ABRACI (2007) E EMPRESAS DO SETOR
61
3.6. PROCESSOS E MONTAGEM DE COMPONENTES NA PCI
Para a aplicação ou montagem dos componentes eletrônicos nas placas de
circuito impresso, são utilizados processos de montagens com equipamentos
altamente automatizados e que variam com as características do produto a ser
montado. Esta característica varia em função dos tipos dos componentes
eletrônicos e da placa de circuito impresso.
As variedades de máquinas podem ser aplicadas de forma a se obter
seqüências de montagens de componentes eletrônicos nas PCI de acordo com
as características de cada produto final.
A seqüência de montagem também sofre influência devido ao tipo de
tecnologia de montagem de componente adotada no projeto do produto final
que pode ser dividido em 2 tipos; tecnologia de montagem convencional e
montagem em superfície, conforme mostra a figura 9. Esta característica tem
relação forte em função do tipo do componente.
A tecnologia de montagem convencional consiste da montagem dos
componentes eletrônicos através de furos na PCI. Estes componentes
eletrônicos
convencionais
têm,
conforme
já
descrito,
seus
terminais
transpassando a PCI e são soldados nas trilhas em um ou dois lados da PCI,
caracterizando o contato ou conexão elétrica com as trilhas.
Esta tecnologia pode ser denominada montagem THT (Through-Hole
Tecnology), que na tradução direta seria a tecnologia de montagem de
componentes que atravessam furos.
A tecnologia de montagem em superfície consiste na fixação com conexão
elétrica dos componentes eletrônicos na face da PCI, sendo que estes
componentes podem ser colocados em um ou ambos os lados da placa e
fixados por pasta de solda ou uma cola não condutora e então soldados.
Esta tecnologia é definida dentro do meio industrial eletrônico como montagem
SMT (Surface Mount Technology) e usa componentes eletrônicos SMD
62
(Surface Mounted Device) que possuem características mecânico-físicas para
atender as características de processo que as envolvem (geralmente
características de dissipação e robustez térmica assim como geometria voltada
para aplicação).
FIGURA 9: TIPOS DE TECNOLOGIAS DE MONTAGEM DE COMPONENTES ELETRÔNICOS
FONTE: ICOTRON – BOLETIM TÉCNICO Nº 59 (1990)
O processo de montagem em superfície (SMT) que se utiliza das placas de
dupla face e multicamadas tem sido o de maior difusão em função de sua
maior
racionalização
(melhor
ocupação
da
área),
miniaturização
(características dos componentes) e confiabilidade, e esta tendência de uso
crescente pode ser observada na tabela 2 apresentada anteriormente.
Existem varias possibilidades de configuração de processos que utilizam estes
tipos de tecnologias sendo que dependendo do tipo do produto a configuração
pode se alterar tornando-se mais simples ou mais complexa.
As configurações ou fluxo de processo podem ser também uma associação
destas tecnologias (MT – Mixed Tecnology) ou puramente Convencional ou
63
SMT, como pode ser observado na Figura 10 (STUART, TURBINI e AMMONS,
1997)
O processo associado ou MT mostra o uso de montagens de superfície com as
inserções SM e inserções TH de componentes convencionais, além de
executar as soldagem por “reflow” para os componentes SM e soldagem a
onda para os componentes convencionais TH, respectivamente.
Já o processo SMT executa a montagem somente de componentes SM nos 2
lados da placa necessitando somente o processo de inversão do lado placa
para a soldagem por “reflow”.
Nos dois processos a montagem de componentes manuais como conectores e
partes de forma geral são executados no final do processo.
64
Processo MT
Processo SMT
Alimentação de
componentes
Alimentação de
componentes
Aplicação de
Pasta de Solda
Aplicação de
Pasta de Solda
Inserção "SM"
Inserção "SM"
Soldagem por
"Reflow"
Soldagem por
"Reflow"
Inserção "TH"
Inversão da Placa
Soldagem a Onda
Aplicação de
Pasta de Solda
Inserção "SM"
Limpeza
Soldagem por
"Reflow"
Montagem de
conectores
Montagem de
conectores
Montagem de
partes
Montagem de
partes
Testes
Reparo
Testes
Reparo
FIGURA 10: FLUXO DE PROCESSO DE MONTAGEM ASSOCIADO (MT) E FLUXO DE
PROCESSO DE MONTAGEM EM SUPERFÍCIE (SMT)
FONTE: STUART, TURBINI E AMMONS (1997)
65
Um exemplo de processo de manufatura com montagem SMT pode ser
observado na Figura 11, onde somente máquinas de inserção automática de
componentes SMDs são usadas (“placers”), sendo que neste exemplo existem
3 tipos destas máquinas que fazem as montagens de componentes com a
possibilidade de velocidades de inserção diferentes, as 2 primeiras máquinas
do fluxo, e uma máquina de inserção de componentes genéricos, que se
incumbe de inserir componentes com geometrias especiais que não podem
ser inseridos nas máquinas anteriores.
A máquina de solda por refusão (“reflow”) também é aplicada neste exemplo,
assim como equipamentos de carga e descarga de placas são usados como
recursos
para
automatizar
estas
operações
(“loader”
e
“unloader”,
respectivamente.
Loader ( Alimentador
de placas)
Printer (Aplicação
de Pasta de Solda)
Unloader
(desabastecimento
de placas)
Placer (inserção de
componentes)
Reflow Oven
(soldagem por refusão)
Placer (alta velocidade de
inserção de componentes)
General Placer (inserção de
componentes genéricos)
FIGURA 11: EQUIPAMENTOS PARA UM PROCESSO SMT
FONTE: DONGFAN E LINCAN (2006).
A utilização de componentes cada vez menores e específicos, exige o uso de
tecnologia de montagem cada vez mais avançadas e precisas. Esta
combinação por sua vez requer PCIs mais desenvolvidas conforme mostrado
da tabela 2, que tende a direcionar uma grande parte da produção de PCI para
66
2 tipos de família; dupla face e multicamadas, até que novas soluções
tecnológicas venham a ser desenvolvidas.
Baseado nesta tendência evidenciada, este trabalho utilizará a análise do
processo SMT como predominante na configuração do layout de máquinas.
As configurações do layout podem ter variações conforme os mais diversos
tipos de placa e tipos de montagem e algumas variações de montagens podem
ser observadas conforme figura 12.
FIGURA 12: VARIAÇÕES DE MONTAGENS DE PLACA DE CIRCUITO IMPRESSO
FONTE: ICOTRON – BOLETIM TÉCNICO Nº 60 (1990)
As montagens “a” e “b” da Figura 12 indicam uma montagem exclusivamente
SMT.
As montagens “c”, “d” e “e” apresentam componentes convencionais e SMD e
desta forma se caracteriza como sendo uma montagem mista, que possui
componentes SMDs soldados por imersão no lado da solda e componentes
SMDs e Convencionais não soldado por imersão no lado dos componentes.
67
Para as montagens “b”, “d” e “e” é necessário o uso de placas de circuito
impresso (PCI) de dupla face.
Para este trabalho será aplicado um exemplo de montagem mista similar à
montagem “d” na Figura 12 e um fluxograma do processo pode ser observado
na Figura 13 juntamente com uma descrição das máquinas envolvidas e uma
referência de consumo de energia em kW.
68
Início
Aplicação de
Pasta de Solda
Máquinas
Potência
Screen Printer
3 KW
Inserção de Componentes
SMDs Pequenos
Pick-Placer
(Small Parts)
5 KW
Inserção de Componentes
SMDs Grandes
Pick-Placer
(Large Parts)
5 KW
Soldagem por "Reflow"
Forno de Refusão
80 KW
Inversão da Placa
Inversor de Placa
Dispensador de Cola
5 KW
Inserção de Componentes
SMDs Pequenos
Pick-Placer
(Small Parts)
5 KW
Inserção de Componentes
SMDs Grandes
Pick-Placer
(Large Parts)
5 KW
Polimerização do Adesivo
Forno de
Polimerização
40 KW
Montagem Manual
Bancada Manual
0,5 KW
Soldagem a Onda
Wave Solder Machine
50 KW
Teste Paramétrico
In-Circuit Test
2,2 KW
Aplicação de Adesivo
Fim
FIGURA 13: FLUXOGRAMA DO PROCESSO PADRÃO PARA DESENVOLVIMENTO DO
ESTUDO
69
Os processos de montagens das placas de circuito impresso em uma empresa
eletrônica, geralmente obedecem a uma seqüência elementar para a
montagem das placas eletrônicas conforme fluxograma descrito na Figura 13.
Uma característica básica em todo este processo de obtenção de uma placa de
circuito impresso montada é a fixação e interligação elétrica de todos os
componentes, via as trilhas da PCI, através de uma liga soldante, geralmente
de Estanho(Sn)-Chumbo(Pb) como principais componentes na liga, que pode
conter ainda Prata (Au), Antimônio (Sb) e Cádmio (Cd), que conforme citado
anteriormente, tem característica contaminantes ao meio-ambiente. Estes
componentes são combinados geralmente na forma de pasta ou barras de
solda que são usados em processos específicos que serão apresentados no
decorrer deste trabalho.
Esta liga de solda é o primeiro componente a ser aplicado a PCI e desta forma
inicia-se toda a sequência de processo citada acima. A impressão de pasta de
solda é somente um dos passos na fabricação e montagem em superfície e o
primeiro a ser apresentado neste trabalho.
3.9. PROCESSO DE PRODUÇÃO
A. APLICAÇÃO DE PASTA DE SOLDA POR PROCESSO DE IMPRESSÃO
A impressão de pasta de solda é uma técnica na qual esta pasta é aplicada
através de um “stencil”, que nada mais é que uma tela (máscara) que possui
aberturas ou rasgos que permitem a passagem da mesma nos pontos onde
acontecerá a soldagem dos componentes na PCI. Neste processo, uma
máquina, mais comumente conhecida como “screen printer”, acomoda um
stencil com partes vazadas por onde a pasta de solda atravessa e se deposita
sobre a PCI.
70
A “screen printer” que tem esta função de aplicar a pasta de solda sobre a
placa antes da montagem de componentes tem custo bastante variado
dependendo do grau de automação e também do tamanho da placa que ela
pode operar e sua velocidade (HWANG, 1989).
Para este processo, estas máquinas de aplicação de solda são utilizadas para
obtenção do resultado de deposição do elemento de solda-liga nas placas de
circuito impresso.
A característica operacional principal destas máquinas é a velocidade do rodo
que aplica a pasta de solda na PCI e a pressão que este rodo aplica sobre o
estêncil.
As considerações básicas destas máquinas são seu máximo tamanho de área
de impressão e o número de placas que pode ser processada por hora.
Uma média de potência de operação destas máquinas esta por volta de 3 KW
considerando uma máquina com capacidade de aplicar pasta de solda em uma
área de 50 cm x 48 cm com um tempo médio de ciclo de operação de
aproximadamente 15 segundos (ANEXO IV).
B. INSERÇÃO DE COMPONENTES SMDS
Este processo de montagem é feito de forma automática, onde altas
velocidades de inserção são requeridas. Existe uma variedade de máquinas
capazes de inserir automaticamente uma grande variedade de tipos de
componentes e seus variados tamanhos, geometrias e características elétricas.
Uma descrição breve destas características dos componentes é feita a seguir.
Estas máquinas automáticas inserem os componentes exatamente sobre as
áreas delimitadas pelo projeto da placa, comumente chamadas de “pads” ou
terminais soldáveis, ou seja, locais da placa que possuem pasta de solda e que
71
depois da soldagem garantirão a fixação e conexão elétrica das trilhas da placa
com os componentes e, por conseguinte definindo o circuito eletrônico.
Os componentes ficam posicionados sobre a placa devido à propriedade da
pasta de solda de executar uma pega dos componentes que ficam grudadas
até o processo de soldagem. Esta pega ou qualidade de colagem tem uma
característica de fixação limitada até o processo de solda, portanto, até a
soldagem, a placa será transportada sem sofrer choques mecânicos.
As máquinas de inserção são as mais críticas do ponto de vista do processo
SMT e as mais caras dentro de uma linha. Algumas empresas usam robôs
dedicados para fazer este processo de inserção em função de flexibilidade em
suas linhas e custos, porém necessita ter um grupo de engenharia com
capacidade de desenvolver o hardware e software necessário (PRASAD,
1989).
Existem máquinas específicas para os vários tipos de componentes pequenos
e grandes. A velocidade média de inserção para estes componentes varia entre
90.000 a 120.000 componentes/hora em função do tipo de componentes
pequenos ou grandes. Este é um dado médio fornecido pelos fabricantes e
usuários deste tipo de máquinas.
Uma média de potência de operação destas máquinas de inserção está por
volta de 5 KW considerando uma máquina com capacidade de inserção média
de aplicar 20.000 inserções por hora (ANEXO IV).
Estas máquinas costumam determinar a capacidade de uma linha de produção
de placa SMT e constituem aproximadamente 50% do custo total do
investimento de capital para configurações de médio a alto volume.
72
C. SOLDAGEM POR “REFLOW”
A soldagem pode ser executada em dois tipos de processo; a soldagem à onda
e soldagem por “reflow”. A soldagem à onda será discutida mais adiante, já a
soldagem por “reflow” ou por refusão, como também pode ser chamada, se
caracteriza como um processo onde uma pasta de solda, de liga estanhochumbo é colocada na PCI no início do processo por uma “screen printer”,
recebe a inserção dos componentes eletrônicos sobre a mesma e passa por
um forno de refusão a temperatura de aproximadamente 198°C, onde esta
pasta se funde e solda os terminais dos componentes eletrônicos na PCI e
desta forma-se obtém um elemento soldante entre a placa e os componentes.
Os métodos de aquecimento da pasta de solda para se conseguir a solda dos
componentes na placa podem ser conseguidas através de aquecimento por
condução, infravermelho, ar quente, convecção, indução, aquecimento por
resistências, laser,... sendo que cada um destes métodos tem particular
aplicação dependendo de volume de produção, custo, tipo de componentes
envolvidos, tipo de materiais envolvidos e outros parâmetros de processos
(HWANG, 1989).
Os fornos aplicados apresentam-se na forma de um túnel com medidas
mínimas aproximadas de 3m de comprimento, onde a PCI percorre varias
zonas de diferentes temperaturas com velocidade devidamente controlada, que
visa atingir as reações físico-químicas na pasta de solda, necessárias ao
processo. Estas reações químicas executam uma decapagem química,
eliminando contaminações ou oxidações sob o efeito da temperatura deste
processo. O aquecimento deste forno é dado por resistências elétricas.
Para esta operação de soldagem dos componentes, fornos especiais e
automáticos são necessárias uma potência média de 80kW (ANEXO IV).
Estas máquinas fazem a soldagem dos componentes eletrônicos já
posicionados na PCI através da pasta de solda. As PCIs são transportadas por
esteiras para dentro do forno onde a atmosfera e temperatura destas máquinas
73
são controladas digitalmente. O controle da atmosfera se faz necessário para
evitar que contaminantes influenciem na qualidade das junções de solda e a
temperatura atende à necessidade da pasta de solda atingir seu ponto de
fusão.
Atualmente, resistências elétricas são os elementos de fonte de calor para o
sistema da máquina e em decorrência desta condição o consumo de energia
elétrica para estes fornos costuma ser o maior dentro do processo, envolvendo
outros equipamentos, se equivalendo, dependendo de características de
modelos e capacidade, somente às máquinas de solda.
A média de consumo de potência desta máquina está em torno de 80 KW.
D. ROTAÇÃO DA PCI PARA MONTAGEM DO OUTRO LADO
Este processo consiste em girar a placa em 180º, ou seja, virar a face da placa
que estava sendo montado para baixo e a face antes virada para baixo fique
para cima, de forma que possa ser dada continuidade ao restante da
montagem do processo.
E. APLICAÇÃO DE ADESIVO PARA SMDS
Neste processo uma quantidade de adesivo de resina epóxi é aplicada na placa
em posições onde, na seqüência do processo, serão inseridos componentes
SMDs. Estas posições são exatamente ajustadas para que a cola execute a
fixação dos componentes pelo corpo do mesmo, sem invadir as áreas
destinadas à soldagem dos pads da placa e terminais dos componentes.
Para a operação de aplicação de adesivos, máquinas especiais e automáticas
similares às máquinas de inserção de componentes são necessárias.
74
Estas máquinas de aplicação de adesivo têm características similares às
máquinas de inserção onde um cabeçote que pega um componente e o
posiciona sobre a pasta de solda, agora move uma seringa com adesivo e o
aplica exatamente nas posições na placa onde os componentes serão
posicionados depois. A aplicação do adesivo consiste de uma ou duas
aplicações de diâmetros adequados para o tamanho do componente que será
posicionado e colado. Um número maior de aplicações pode ser feito
dependendo da característica do componente que se propõe montar. Este
diâmetro e posição podem ser totalmente controlados por um programa
carregado, que além das coordenadas pode controlar a pressão de aplicação
na seringa com adesivo. Estas máquinas possuem velocidades de aplicação de
adesivos iguais às das máquinas de inserção assim como todas as
características de instalação e consumo de energia (ANEXO IV).
F. INSERÇÃO DE SMDS SOBRE ADESIVOS
Este processo de inserção é similar ao citado no item B, neste capítulo, com a
diferença que, neste processo, ao invés da inserção dos componentes sobre
pasta de solda, neste caso a inserção é feita sobre adesivos previamente
aplicados. As características de montagem, como precisão e velocidade de
inserção permanecem como as citadas naquele item (ANEXO IV).
Para a operação de aplicação dos componentes sobre o adesivo, máquinas
especiais e automáticas similares às máquinas de inserção de componentes
são necessárias.
75
G. CURA DE ADESIVO
Como na soldagem por “reflow” este processo de cura do adesivo de resina
epoxi também usa um forno (ANEXO IV) que, neste caso, define a
polimerização do adesivo. Após a placa ter recebido o adesivo e os
componentes sobre o mesmo, passa por um forno de polimerização com
temperatura aproximada entre 110ºC à 160ºC, onde este adesivo se cura e fixa
os componentes eletrônicos na PCI e desta forma liberando-a para o processo
de soldagem à onda. As características mecânicas deste forno são similares às
já citadas no item C, cabendo somente a observação que os ajustes de
temperaturas e velocidades podem sofrer alterações conforme especificação
da placa ou adesivo. A média de consumo de potência de desta máquina está
em torno de 80 KW.
H. INSERÇÃO DE COMPONENTES CONVENCIONAIS
Neste processo a inserção de componentes convencionais é feita de forma
manual. Estes componentes convencionais se caracterizam por volume, peso e
geometria como auto falantes, displays, etc, que são inviáveis para montagem
em processos automáticos. Esta fase não requer utilização de máquinas ou
equipamentos elétricos ou eletrônicos de grande porte ou que consumam muita
potência. Tem-se como exemplo, iluminação, parafusadeiras elétricas,
sopradores e outros.
I. SOLDAGEM A ONDA
Neste processo as máquinas de solda têm por finalidade executar a soldagem
dos componentes eletrônicos que já estão montados na placa através da
76
fixação dos terminais. Estas máquinas possuem um cadinho onde a liga de
solda é fundida em torno de 240ºC a 260ºC.
Neste processo uma liga de estanho-chumbo é aquecida a temperaturas de
aproximadamente 230°C de forma a atingir uma característica pastosa-líquida
em um tanque especial. A soldagem é feita quando a PCI passa tocando a face
desta liga no tanque de tal forma que esta liga se transporta para os pontos
específicos da placa onde há áreas de cobre exposto e componentes
previamente montados, visando criar um elemento soldante entre a placa e os
componentes eletrônicos. O aquecimento deste tanque é dado por resistências
elétricas. Estas máquinas possuem um sistema de exaustão que captura toda
as emanações de gases do processo sem fuga para o ambiente.
A soldagem a onda é o processo automático mais popular para montagem de
placas de circuito impresso. A temperatura do banho de solda situa-se entre
230ºC a 260ºC, com tempo de permanência entre 1 a 3 segundos. Um
processo de soldagem de onda dupla apresenta um melhor desempenho da
soldagem dos componentes na PCI, sendo que uma primeira onda, chamada
turbulenta, envia um jato de solda para assegurar uma boa estanhagem em
todas as áreas metalizadas, e uma segunda mais laminar, remove o excesso
de solda que possa gerar algum acúmulo de solda ou curto-circuito.
Para esta operação de soldagem dos componentes, fornos com cadinhos
especiais e automáticos e sistemas de esteiras internos a máquina, são
necessárias (ANEXO IV).
A potência consumida destas máquinas fica por volta de 50 KW e é uma das
máquinas que mais consomem energia elétrica dentro de uma indústria
eletrônica concorrendo como máquina de maior consumo somente com os
fornos de refusão.
77
J. TESTES PARAMÉTRICOS
Nesta fase, equipamentos executam testes automáticos das PCI devidamente
soldadas com os componentes eletrônicos. Estes testes verificam os
parâmetros das placas montadas para validação do processo como um todo.
Os equipamentos envolvidos têm a finalidade de testar a integridade da
montagem e aferir parâmetros das placas montadas e geralmente se
apresentam em bancadas automáticas. Estes equipamentos são comumente
chamados de ICT (In Circuit Test) que aplicam testes de parâmetros e
funcionais.
Este teste elétrico de uma montagem é feita de forma que cada componente é
testado individualmente, mesmo que os componentes estejam soldados em
uma placa (PRASAD, 1989).
Para este trabalho será aplicado o valor médio de consumo de energia de 2,2
KW, considerando um equipamento ICT padrão.
O consumo de energia elétrica de cada tipo de máquina será definido neste
trabalho conforme informação técnica fornecida pelos seus fabricantes e desta
forma, uma estimativa de um consumo elétrico total para as mais variadas
configurações ou seqüência de processo poderá ser avaliada. A Tabela 3
também apresenta uma média de Potência elétrica de cada tipo de máquina
para um processo completo e genérico para montagem de qualquer tipo de
placa de circuito impresso e que deverá estar sendo considerada como a
configuração padrão para considerações de consumo de energia elétrica para
este trabalho.
78
K. MONTAGENS MANUAIS
A inserção de componentes que possuem formas, geométricas ou tamanhos
que não viáveis à montagens na PCI de forma automática são geralmente
executadas em operações manuais. Especificamente os projetos das placas e
componentes eletrônicos buscam eliminar a operação de montagem humana e
com objetivos variados como precisão e qualidade da montagem, velocidade
desta operação e a eliminação da mão de obra pura e simplesmente.
As operações manuais em uma indústria eletrônica na sua maioria são para
montagens das placas de circuito impresso em gabinetes ou carcaças de
produto final.
Como esta indústria eletrônica tende a atender produções de alto volume, as
operações de montagens manuais possuem na sua maioria, tempos de ciclos
de montagem muito baixos uma vez que estão conectados a linhas de
máquinas de inserção de componentes automáticas, conforme descritas nos
itens anteriores.
Esta característica de tempo de ciclo baixo também se associa ao uso de
linhas com muitos operadores executando as montagens manuais em postos
com dispositivos eletromecânicos ou simplesmente ferramentas de auxílio à
manipulação de componentes.
79
4. CONSUMO DE ENERGIA E IMPACTOS DE MATERIAIS DA
INDÚSTRIA ELETRÔNICA
4.1. CONSUMO ENERGÉTICO NA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
Para a indústria eletrônica, o desenvolvimento de produtos ambientalmente
corretos tem tido sua aplicação nos conceitos de projetos dos produtos desde a
fase da fabricação de componentes e dos próprios produtos com menor gasto
de energia, o banimento do uso de materiais perigosos e a redução de
emissões atmosféricas, até a fase do desenvolvimento de produtos com
conceitos de reciclagem que permitem o uso e reuso dos mesmos.
Segundo um estudo de ACV de componentes eletrônicos feito no Japão em
1997, existem aproximadamente 100 tipos de componentes eletrônicos
distribuídos em várias categorias e classificações. Este estudo de ACV criou
um inventário de ciclo de vida (ICV), com as entradas ou necessidade de
energia e emissões atmosféricas, água e materiais e se valeu de informações
de setor econômico japonês utilizando uma tabela de entradas-saídas de
recursos necessários para a obtenção de cada componente (UENO, SHIINO e
ONISHI, 1998).
O estudo da indústria japonesa aplicou um método que contemplou o inventário
de energia, materiais e resíduos considerando e avaliando estes recursos
envolvidos para obtenção de componentes eletrônicos desde as fases de
obtenção do material até o seu encapsulamento.
Este estudo se valeu do custo da quantidade de energia necessária mais a
quantidade de emissões atmosféricas para a produção de cada componente
em sua respectiva indústria. Este custo foi dado em YEN (moeda japonesa)
conforme dados econômicos fornecidos pelas indústrias japonesas.
Nosso interesse é apenas identificar a proporção relativa entre os diferentes
componentes eletrônicos sem nos ater ao custo ou moeda aplicados.
Para detalhar os cálculos de análise de ciclo de vida dos componentes
eletrônicos no estudo, foi aplicada uma classificação de tipos de componentes
e a que aplicações eles atendiam. A classificação é apresentada na tabela 3.
TABELA 3 – CLASSIFICAÇÃO E APLICAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS
Indústria de componente
Aplicação do componente
Semicondutor
CIs (Circuitos Integrados), transistores, diodos,
componentes de potência, semicondutores óticos
e células solares.
CRT
Componentes passivos
Conexões
Transdutores
PCI
Tubos de imagem para aplicação doméstica e
para aplicação industrial.
Resistores, capacitores, transformadores e
bobinas.
Chaves e conectores.
Cabeças magnéticas, alto-falantes e micros
motores.
Placa de Circuito Impresso multicamadas, placas
duplas-faces e placas flexíveis.
FONTE: UENO, SHIINO E ONISHI, 1998
A cadeia produtiva para cada componente no estudo se apresentou em 3
fases: (1) obtenção de material, (2) fabricação do componente e (3)
encapsulamento final do componente. Se considerarmos como exemplo um
semicondutor, a obtenção de material seria a obtenção do polissilício da
natureza, a fabricação final seria a fabricação do “wafer” (tarugos com o silício
já purificado que são separadas em bolachas com diâmetros padrão – para
este trabalho estaremos definindo o termo “wafer” como bolachas de sílicio) e o
81
encapsulamento final seria aplicação do invólucro ou carcaça do componente
com terminais.
O gráfico da Figura 14 mostra a distribuição percentual do consumo de energia
dentro das 3 fases da indústria para cada classe de componente. Esta é uma
referência comparativa para se ter uma idéia da distribuição de energia dentro
das fases da fabricação de vários componentes eletrônicos.
FIGURA 14: COMPARAÇÃO EM PORCENTAGEM DE ENTRADA DE ENERGIA PARA CADA
ESTAGIO DE FABRICAÇÃO DE COMPONENTES ELETRÔNICOS
FONTE: UENO, SHIINO E ONISHI, 1998
Observando o gráfico da Figura 14 pode-se perceber que a maior média de
consumo de energia dentro das 3 fases é no processo de fabricação do
componente. Em uma análise um pouco mais detalhada desta fase poderemos
observar que a eletricidade é a energia mais aplicada dentro dos dados
levantados no estudo e o gráfico da Figura 15 mostra também percentualmente
o tipo de energia aplicada nas indústrias de fabricação de componentes.
82
FIGURA 15: FONTES DE ENERGIA DENTRO DA FASE DE MANUFATURA
FONTE: UENO, SHIINO E ONISHI, 1998
O gráfico da Figura 15 mostra que o energético mais consumido na fase de
,manufatura, de qualquer uma das classes de componentes é a energia
elétrica.
Especificamente
para
semicondutores
o
estudo
da
Associação
de
Desenvolvimento da Indústria Eletrônica no Japão (JEIDA) também reporta que
83% de toda energia consumida no processo da indústria de fabricação de
semicondutor é energia elétrica e o restante fica dividido em gás, LPG, óleo e
querosene (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
Partindo para uma análise de montagem de um produto eletrônico com alguns
dos componentes descritos, pode-se observar o estudo da Universidade
Técnica de Berlim que apontou um levantamento de consumo de energia
primária da ordem de 535 kWh para manufaturar um PC completo em 1999
(sem considerar consumo para o monitor de vídeo) e este valor era quase ¼ do
valor de 2.125 kWh que havia sido identificado antes de 1990. Este aumento de
83
eficiência demonstrou a importância de ter os dados atualizados para
avaliações de produtos eletrônicos (SCHISCHKE, GRIESE – 2004).
Este caso não implica que houve uma redução de impactos ambientais ou
relações associadas de melhoria ao meio-ambiente, pois ocorreu uma
sobrecompensação através de uma produção de massa, onde o número de
PCs vendidos de 1989 a 2003, saltou de 21 milhões para 150 milhões de
unidades (Figura 16). A principal conclusão deste estudo de caso de PCs foi
que a atualização de inovações tecnológicas para produtos eletrônicos é
fundamental para uma adequada gestão de ciclo de vida deste setor
(SCHISCHKE, GRIESE – 2004).
FIGURA 16: CONSUMO DE ENERGIA PRIMÁRIA POR MANUFATURA DE PC COMPARADA
COM O NÚMERO DE UNIDADES VENDIDAS MUNDIALMENTE
FONTE: SCHISCHKE, GRIESE (2004)
Um bom indicador de performance ambiental de avanço dos componentes
eletrônicos pode ser obtido a partir dos chips semicondutores (CI – Circuito
84
Integrado), sendo que estes chips tem função significativa no consumo de
energia durante a vida útil do produto.
Para demonstrar o efeito do desenvolvimento dos componentes eletrônicos no
consumo de energia pode-se observar o setor de telecomunicações com suas
tecnologias de transmissão de dados.
Por exemplo, pode-se observar que o desenvolvimento da tecnologia de
transmissão de informação CDMA (Code Division Multiple Access: que significa
a transmissão de sinais por controle de códigos) e dos componentes
envolvidos trouxe um padrão de redução de consumo de energia primária ao
decorrer do tempo. A Figura 17 apresenta uma diminuição do consumo de
energia primária dos CIs de 1997 a 2001 para CDMA dentro da elipse verde,
sendo que o CDMA+Analog, apesar de mais modesta, também ocorreu a
diminuição de 1997 a 2002, conforme a elipse azul.
Como mais uma ilustração, o CDMA representa a segunda geração (2G) do
padrão de comunicação móvel, enquanto CDMA2000 (elipse laranja) e WCDMA (elipse roxa) são padrões de terceira geração (3G) considerando-se
deste as unidades de transmissão de sinal analógico (SCHISCHKE, GRIESE –
2004).
Desta forma, na Figura 17 pode-se observar que a tecnologia CDMA2000, mais
recente, já surge com um consumo de energia primária menor e tendência
definida. A tecnologia W-CDMA não demonstrou seu decréscimo de consumo,
mas deve seguir a mesma tendência.
85
FIGURA 17: TELEFONES MÓVEIS – EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA CDMA
FONTE: SCHISCHKE, GRIESE (2004)
Em resumo, nesta Figura 17 pode-se observar dentro das elipses que a medida
que passa o tempo, o desenvolvimento da tecnologia apresenta-se com uma
aplicação de componentes que tem menor consumo de energia primária na sua
fabricação, sendo que o único a não demonstrar esta tendência ainda na figura
é a tecnologia W-CDMA.
As miniaturizações podem ser um aspecto relacionado a este desempenho no
setor, sendo que este aspecto, no setor de telecomunicações, tem valor
estratégico significativo de mercado enquanto inovação, principalmente no que
diz respeito ao seu volume de produto final.
Analisando o comportamento deste setor pode-se observar um aumento de
volume de vendas de forma geral e apesar de consumir menos na fabricação
86
de cada componente devido à miniaturização, o balanço de energia pode ser o
mesmo ou até maior em função do aumento do volume de produção.
Observa-se que os componentes eletrônicos ou semicondutores utilizam
geralmente o elemento silício, que é um elemento bastante abundante na
natureza, devido às suas características semicondutoras, sendo que este
passa por uma purificação, em sua fabricação até atender o grau de utilização
adequado à montagem de um componente eletrônico.
A purificação do silício pode ser dividida em 3 fases, sendo elas: grau
metalúrgico – MG-Si (1ª fase da purificação do silício para uso em fases
posteriores); grau eletrônico – EG-Si (fase de uso capaz de atender aplicações
em semicondutores com pureza na ordem 99.9999%) e grau solar Cz-Si (fase
obtida da seqüência das duas anteriores e com disponibilização de um
semicondutor fotovoltaico, ou capaz de fornecer energia a partir da absorção
de luz) (NAWAZ, TIWARI, 2005).
Um dado de energia sobre a produção de semicondutores nas suas fases de
purificação de silício é que para se produzir 1kg de silício grau de metalúrgico
são necessários 20 kWh de energia, já para produzir 1kg de silício de grau
eletrônico são necessários 100 kWh, sendo que o elemento base para este
processo é o silício de grau metalúrgico. Por último, para atingir o silício de
grau solar a energia é de 290kWh, também se valendo do uso do material de
grau eletrônico (NAWAZ, TIWARI, 2005).
Conforme NAWAZ e TIWARI (2005) a energia embutida nos diferentes
processos, em 1m² de silício em grau solar ou para um sistema fotovoltaico são
de 666 kWh considerando:
- Grau Metalúrgico (MG-Si)=
45 kWh/m² (produção de 2,234 Kg à
20kWh/kg).
- Grau Eletrõnico (EG-Si)=
201 kWh/ m² (produção de 2,011 Kg à
100kWh/kg).
87
- Grau Solar (Cz-Si)=
420 kWh/m² (produção de 1,448 Kg à
290kWh/kg).
Este valor de 666 kWh/m² é a soma de energia individual nas 3 fases de
purificação do silício.
Ainda sobre estes dados observa-se que as quantidades de material utilizado
em cada fase apresentam certa perda ao longo do processo em função das
características do mesmo.
Outra fonte de referência é o estudo de inventário de ciclo de vida sobre
módulos fotovoltaicos de cristal de silício, feito pela Universidade de Utrecht na
Holanda, onde se apresenta que para obtenção de 12,5 cm X 12,5 cm de
pastilha de silício em grau solar seriam necessários 8,33 kWh de energia no
processo. Fazendo a conversão para a área de 1m², tem-se aproximadamente
553 kWh/m² (WILD-SCHOLTEN, ALSEMA, 2005).
A diferença do consumo de energia por área, apresentada acima, pode se dar
em função das características especificas dos processos ou mesmo por
aproximações numéricas feitas nas referências.
Um outro estudo feito por pesquisadores no Japão, França e Estados Unidos,
procurou fazer uma avaliação dos impactos ambientais associados à produção
de microchips ou componentes eletrônicos através do inventário de material e
energia usados nesta cadeia produtiva.
Um resumo da distribuição do inventario de material e energia desta indústria
para a fabricação de uma bolacha de silício pode ser observada na figura 18.
88
FIGURA 18: RESUMO DE INVENTÁRIO DE MATERIAL E ENERGIA PARA FABRICAÇÃO DE
BOLACHA DE SILÍCIO
(FONTE: WILLIANS, AYRES E HELLER, 2002).
Atendo-se à energia requerida neste processo, existem várias fontes que
apresentam informação sobre o uso de energia elétrica na indústria de
semicondutores conforme Tabela 4 abaixo:
89
TABELA 4 – CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA POR ARÉA DE BOLACHA DE SÍLICIO
Fonte
Média de Energia
Elétrica
(KWh / cm²)
1997 National Technology Road Map for
Semiconductors
1,40
1993 MCC life cycle study
1,60
U.S. Census Annual Survey of Manufacturers
1,52
Japan Electronics Industry Development
Association – JEIDA
1,44
(FONTE: WILLIANS, AYRES E HELLER, 2002).
O estudo de Williams et al (2002) considerou o consumo de eletricidade para a
fabricação de bolacha de sílicio é 1,5 KWh/cm² e o consumo de combustível
fóssil é de 1 MJ/cm² para esta mesma bolacha. A análise desta cadeia de
produção indica um grande consumo de eletricidade dentro do seu processo de
fabricação da pastilha de silício para a manutenção de toda infra-estrutura
necessária à purificação e manuseio adequado do elemento a base de silício.
Um levantamento do laboratório americano “Lawrence Berkeley” (2000) sobre o
consumo de energia elétrica em 12 laboratórios com processo de fabricação de
semicondutor utilizando salas limpas, apresentou a distribuição de aplicação
conforme figura abaixo. Este levantamento também é aplicado no estudo de
Willians, Ayres e Heller (2002).
90
FIGURA 19: MÉDIA DE CONSUMO DE ELETRICIDADE EM 12 LABORATÓRIOS DE
FABRICAÇÃO DE SEMICONDUTORES
(FONTE: LAWRENCE BERKELEY LABORATORY, 2000)
A Figura 19 acima mostra que o maior consumo de energia elétrica nesta fase
do processo é destinada a ferramentas de processo com 35% do uso. Os
sistemas de ventilação com 26% (agrupando ventilação e exaustão de ar com
19% e 7% respectivamente) e sistemas de resfriamento com 20%, perfazem os
3 maiores consumidores de energia elétrica no processo. Os sistemas de
produção de nitrogênio com 7%, purificação da água do processo com 5%,
resfriamento de água com 4% e atividades suporte em geral com 3%, fecham a
toda a distribuição de energia elétrica nesta fase do processo (LAWRENCE
BERKELEY LABORATORY, 2000).
Para fazer uma análise que pudesse chegar a uma aplicação em um
componente eletrônico com alto grau de purificação para caracterizar esta
cadeia produtiva, Willians, Ayres e Heller (2002) usaram como referência a
91
fabricação de uma memória de 32MB DRAM fabricada sobre uma bolacha de
silício de 200-mm (esta especificação é definida pelo diâmetro da bolacha, no
caso 200 mm).
Para o estudo foi usado o seguinte exemplo; para cada componente ou chip de
memória de 32MB DRAM são requeridos 1,6 cm² de uma bolacha de silício de
200-mm e esta pastilha é considerada como inserida em um chip ou
componente com dimensão de 1,0cm x 2,7cm encapsulado em resina
retangular e com peso de 2,0g (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
Uma análise do consumo de energia por chip ou componente eletrônico pode
ser visto na Figura 20. Este é o consumo de combustível fóssil (energia
primária) para cada estágio de produção de um chip e seu uso.
Como pode ser observado, 48% da energia é requerida na fabricação da
bolacha de silício e o uso contabiliza 27%, sendo estes os estágios de maior
consumo. A energia para produzir a estrutura principal de um chip com cobre e
epoxy representa 0,3% (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
FIGURA 20: CONSUMO DE ENERGIA NA PRODUÇÃO E USO DE UM CHIP DE MEMÓRIA
DE 32MB DRAM
(FONTE: WILLIANS, AYRES E HELLER, 2002).
92
O cálculo de energia para o uso foi feito aplicando um típico cenário de uso
doméstico com 4 anos de tempo de vida em 3 horas de uso diário e 365 dias
por ano (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
O estudo considerou uma mescla ou mistura da média global de tecnologia
para geração de eletricidade da “International Energy Agency” e “BUWAL 250
Life Cycle Inventory Database”, aplicando um fator de conversão de kilowatt
hora de eletricidade para mega joules de combustível fóssil de 10,7 MJ por
KWh (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
Se
analisarmos
somente
a
fabricação
do
componente
eletrônico,
desconsiderando o consumo de energia durante o uso, temos uma energia
requerida de 41,07 MJ por componente. Fazendo-se uma conversão, com a
hipótese que toda a energia utilizada em cada uma das fases seja energia
elétrica, utilizamos o fator 10,7 MJ/kWh para se identificar quanto de energia
elétrica é necessário por componente tem-se:
Cálculo: 41,07 MJ / 10,7 MJ = 3,838 KWh por componente.
Este valor de 3,838 KWh por componente seria o limite superior da energia
elétrica requerida para se fabricar um componente ou chip de 32MB DRAM
com 2,7 cm² conforme definido no estudo.Fazendo-se o cálculo de energia
elétrica embutida por cm² encontra-se o valor de 1,422 KWh/ cm².
Cálculo: 3,838 KWh por componente / 2,7 cm² = 1,422 KWh/ cm².
Para este trabalho, como valor de referência, será usado valor de 1,422
kWh/cm², obtidos dos cálculos do estudo de Willians, Ayres e Heller (2002), em
função da apresentação mais detalhada das fases de fabricação de um
componente eletrônico e seu inventário de material e energia, assim como o
levantamento de dados de várias fontes.
É importante atentar-se que esta referência considera que toda a energia
aplicada no processo seja a elétrica.
93
4.2. INVENTÁRIO DE MATERIAIS DA INDÚSTRIA DE COMPONENTES ELETRÔNICOS
Conforme Figura 18, faz parte do inventário de entrada da indústria de
componentes eletrônicos semicondutores, alguns elementos químicos, gases
elementares, bolacha de silício, energia e água.
Segundo o estudo de Willians, Ayres e Heller (2002), para produzir 2 gramas
de memória 32MB DRAM são necessários 1600g de combustível fóssil e 72g
de produtos químicos. Ainda para a fabricação de um chip são necessários
32.000g de água e 700g de gases básicos, principalmente N2.
Segundo outro estudo feito por Willians, Ayres e Heller (2002), a interpretação
de que o uso de material secundário, ou o usado na fabricação dos
componentes eletrônicos é muito maior comparativamente que do componente
eletrônico em si, é por que a fabricação de componentes eletrônicos
semicondutores, assim com outras peças de alta tecnologia, possuem baixa
entropia, em função do estado altamente organizado da matéria. Dado que
eles são fabricados usando alta entropia dos materiais utilizados que os
compõem, é natural que seja requerido um alto investimento de energia e o
inventário de materiais aplicado é necessário para se transformar o todo em
uma estrutura organizada (AYRES, HELLER e WILLIANS, 2002).
Estes autores propõem que é necessário a discussão sobre o quantidade de
materiais indiretos, a energia requerida e os impactos ambientais da cadeia
produtiva de um determinado produto. Sobre este ponto de vista, colocam em
dúvida o conceito de desmaterialização quando aplicado à fabricação de
componentes eletrônicos em função de miniaturizações ou aumento de
adensamento de funções por área.
Esta mesma análise que é aplicada para a fabricação dos componentes
eletrônicos, pode ser feita em relação ao gasto de energia na fabricação de
computador pessoal (PC), conforme apresentado no capítulo 4.1 (Figura 16),
94
onde apesar da redução do gasto de energia para se fabricar um computador,
ao longo do tempo a quantidade de computadores fabricados aumentou
significativamente de forma que o consumo energético não se reduziu
necessariamente, ou pelo contrário, aumentou.
4.3. IMPACTOS AMBIENTAIS DA INDÚSTRIA ELETRÔNICA – GESTÃO DE RESÍDUOS
Um ponto que tem recentemente levantado preocupação da sociedade em
relação à alta tecnologia é a constatação do uso de determinadas substâncias
químicas perigosas e consumo significativo de recursos naturais para
abastecer sua expansão global e as inúmeras variedades de produto.
Rodrigues (2007) identifica a citação de mais de mil substancias diferentes, que
podem ser provenientes desta indústria eletrônica, sendo que algumas contem
alto grau de toxicidade como o chumbo, mercúrio, arsênico, cádmio, cromo
hexavalente e retardantes de chamas bromados e halogenados, que quando
incinerados geram dioxinas e furanos.
Para as soldagens dos componentes eletrônicos nas placas de circuito
impresso, a liga soldante é geralmente constituída de Estanho(Sn)Chumbo(Pb), elemento reconhecidamente com características tóxicas.
Esta liga pode ainda conter Prata (Au), Antimônio (Sb) e Cádmio (Cd) que além
das características idênticas à do chumbo na água, também tem um longo
tempo de diminuição de efeito radioativo que, apesar de baixo, pode
contaminar a natureza (NORDIC COUNCIL OF MINISTERS, 1995b).
O uso de chumbo em produtos eletrônicos tem sido fortemente reduzido com
desenvolvimento de novas ligas alternativas e com aplicação de rígida
legislação. Este assunto sobre redução de chumbo, também denominado
“Lead Free” será apresentado na seqüência deste trabalho.
95
Todo produto tem um ciclo de vida que abrange as fases desde a obtenção da
matéria-prima até o “end-of-life” (fim-de-vida do produto) quando o produto não
tem mais funcionalidade ou satifaz o seu usuário ou proprietário (JOFRE e
MORIOKA, 2005).
Existem 5 estratégias básicas de “end-of-life” que podem ser aplicadas
conforme potencial econômico e eficiência ambiental:
1- Reuso: estratégia de recuperação e comércio do produto usado ou seus
componentes mantendo a característica original do produto;
2- Conserto: esta estratégia promove o prolongamento da vida do produto
através de conserto ou manutenção deste produto;
3- Remanufatura: considera o processo de remover peças específicas do
produto descartado para reuso em novas aplicações;
4- Reciclagem: processos de tratamento, recuperação ou reprocessamento de
peças de produtos descartáveis para serem aplicados em peças virgens ou
produtos novos.
5- Disposição: esta estratégia aplica a incineração ou a deposição em aterros
dos produtos descartados.
96
FIGURA 21: ANÁLISE DE CICLO DE VIDA GENÉRICO
(FONTE: JOFRE E MORIOKA, 2005)
Um estudo realizado em 6 países europeus sobre metodologias e estudos para
determinar a quantidade de resíduos e disposição de produtos ao final de seu
ciclo de vida ou “end-of-life”, indica a dificuldade de se obter informações ou
documentações precisas sobre a quantidade de produtos novos importados e
exportados. Isto, em linhas gerais, cria problemas significativos na abordagem
e análise de um fluxo de descarte dos produtos em função da imprecisão da
sua origem que pode apresentar várias fontes de origem, interna ou externa ao
país. Uma análise de ciclo de vida precisa necessitaria de uma maior precisão
dos inventários de entrada e saída (KOCA e DJERF, 2000).
O estudo mostrou também que o padrão do trato com os descartes de produtos
está relacionado ou muito influenciado com o comportamento da população de
cada nação ou país em relação ao gerenciamento dos seus descartes. Os
critérios que compõem este comportamento são, por exemplo: idade, sexo,
número de crianças, habitantes, sistema de coleta de lixo, mudanças sazonais
97
(influência periódica ou modismos, seja pelo efeito das estações do tempo, seja
por padrões temporais de mídia), nível de educação, etc. A acuracidade dos
dados está muito relacionado com a eficiência de se definir com precisão todos
os critérios relacionados a este comportamento (KOCA e DJERF, 2000).
Uma referência sobre a composição do material eletrônico descartado quando
um produto eletrônico chega à fase de final de vida é uma proporção de
40:30:30, de metal, plásticos e óxidos refratários respectivamente (SODHI e
REIMER, 2001).
A Figura 18 mostra a típica composição dos componentes na proporção
40:30:30 para os produtos eletrônicos.
FIGURA 22: COMPOSIÇÃO TÍPICA DOS MATERIAIS DE PRODUTOS ELETRÔNICOS
DESCARTADOS
FONTE: SODHI E REIMER, 2001
A placa de circuito impresso (PCI), que é um dos componentes básicos dentro
de um produto eletrônico, é composta em linhas gerais, por 49% de materiais
cerâmicos, vidros e óxidos, 19% de plásticos, 4% de bromo e 28% de metais.
98
Uma composição mais precisa e real de uma PCI está relacionada ao tipo da
placa assim como de sua idade (VEIT, PEREIRA e BERNARDES, 2003).
Especificamente o tratamento das PCIs descartadas, ou rejeitos, necessitam
de processos complexos para separação dos componentes, sendo que estes
podem ser processos mecânicos, químicos e térmicos (VEIT, PEREIRA e
BERNARDES, 2003).
Uma característica sobre os procedimentos e destinos de produtos eletrônicos
a serem descartados pode ser observada em Jofre e Morioka (2005) que
analisaram algumas das estratégias de “End-of-Life” para regiões diferentes e a
adoção de políticas e análise de padrões culturais também fazem parte deste
estudo. O estudo sobre o gerenciamento de resíduos ou descartes de
equipamentos elétrico e eletrônico foi feito no Japão, Estados Unidos e União
Européia.
Segundo Jofre e Morioka (2005), uma análise de descarte de equipamentos
eletro eletrônicos feita em 2003 mostrou que no Japão a coleta dos descartes
era
mandatória
com
remuneração
dos
coletadores
e
coletava
aproximadamente 648.000 toneladas anuais. Nos Estados Unidos a coleta era
voluntária com um volume máximo de 751 toneladas anuais e na União
Européia com uma coleta regulamentada por órgãos específicos, a massa
coletada chegava a 1.919.240 toneladas ano.
Estes números, apesar de não trazer a precisa relação com os números de
consumidores e tamanho nas regiões envolvidas, revelam os conceitos e
estratégias associadas a cada cultura. Estratégias estas que são; mandatória
pelo padrão de disciplina; a voluntária por um padrão de busca de consciência
e liberdade, e a regulamentada pela necessidade de padrão ou regra para
vários grupos-países envolvidos neste mesmo propósito.
É importante salientar que a informação relacionada aos setores que utilizam
componentes eletrônicos tem certa limitação na precisão de dados, quando se
pretende avaliá-los nos quesitos impactos e inventário de recursos ambientais,
99
isto se deve seja pela falta de padronização de uma metodologia de controle
dos vários tipos de componentes, seja pela velocidade de desenvolvimento
tecnológico que não facilita que os dados tenham uma manutenção adequada
em relação à sua atualização.
Estudos em várias partes do mundo procuram diminuir esta limitação
principalmente em relação aos impactos ambientais, em geral, em âmbito local.
Um exemplo foi o estudo feito em Guiyu, uma cidade da província de
Guangdong no sudoeste da China, onde uma série procedimentos de descarte
e processos de reciclagem de peças de produtos eletrônicos foram
identificados e seus impactos ambientais contabilizados (LEUNG, CAI e
WONG, 2006).
Como atualmente existe globalmente uma procura por práticas capazes de
gerenciar efetivamente o resíduo dos produtos eletrônicos durante seu ciclo de
vida e depois do final de sua vida ou uso, soluções de reuso e reciclagens têm
sido consideradas práticas amigáveis .(LEUNG, CAI e WONG, 2006).
Esta condição, de certa forma, tem feito com que os resíduos dos produtos
eletrônicos gerados pelos países mais ricos sejam exportados para os países
mais pobres e em desenvolvimento, principalmente pelo baixo custo da mão de
obra utilizada na reciclagem nestes países, assim como pela facilidade de
disposição doméstica destes resíduos. Registros sobre a disposição de
produtos eletrônicos indicam que 50% a 80% dos resíduos coletados para
reciclagem nos países industrializados, como os Estados Unidos, tendo sido
direcionados para centros de reciclagem na Ásia. Para se ter uma idéia de
quantidade, somente nos Estados Unidos no período de 2004 a 2007 estão
previstos a obsolescência de 315 milhões de computadores, para citar apenas
um equipamento eletrônico. (LEUNG, CAI e WONG, 2006).
Os centros de reciclagem na Ásia incluem China, Índia, Paquistão, Vietnam e
Filipinas que freqüentemente apresentam limitações de cuidados e proteções
100
ambientais e à saúde humana, com o uso de aparatos e sistemas não
apropriados.
Na cidade de Guiyu, local do estudo de Leung, Cai e Wong (2006), existem
várias vilas e comunidades que tradicionalmente se dedicavam à plantação de
arroz e estão se transformando em centros de reciclagem de resíduos
eletrônicos vindos dos Estados Unidos, Hong Kong e outros países.
Para estes resíduos eletrônicos as operações de reciclagem consistem em
desmontagem de sistemas de impressão com toner, desmontagem de
equipamentos eletrônicos, venda de monitores e computadores para
recuperação de cobre e partes plásticas para derretimento, recuperação de
cobre de cabos via aquecimento, aquecimento de placas de circuito impresso
sobre blocos de carvão e uso de ácidos para executar a decapagem química e
recuperação de ouro e outros metais, porém nem todas atividades são feitas
para recuperação de materiais, algumas atividades são executadas como parte
ou fase auxiliar dos próprios processos de aquecimento e para vendas gerais
(LEUNG, CAI e WONG, 2006).
As operações de recuperação através de processos térmicos, como a de fios
de cobre que, liberam cloreto de polivinil e polibromados retardantes de chama
são executados por homens, mulheres e crianças em condições de nenhum
cuidado com a saúde e meio ambiente. Os resíduos ou partes dos produtos
eletrônicos são descartados ao ar livre, em áreas próximas a rios, campos
abertos e próximos a arrozais ou mesmo dentro das áreas de moradia. Para
fazer uma avaliação dos efeitos dos descartes destes materiais em vários
locais de Guiyu, foram utilizados métodos padronizados para avaliação de solo
e sedimentos coletados (LEUNG, CAI e WONG, 2006).
Este estudo em Guiyu mostrou várias formas de contaminação da cidade
sendo uma delas a contaminação química em vários campos ao redor da
cidade por via de tráfego veicular que transporta os elementos químicos
quando passa por áreas onde há a emissão de gases de queima ou
aquecimento do lixo eletrônico.
101
As áreas mais afastadas dos centros de reciclagem, que na teoria, se esperava
menor contaminação, não confirmaram tal hipótese.
A concentração de PBDE, proveniente das áreas de aterros de sistema de
impressão com toner, demonstrou um resultado de 10 a 60 vezes maior que
em qualquer outro lugar já reportado, assim como níveis de contaminação de
rios similares aos de aterros, desmanches e pontos de queima em geral
(LEUNG, CAI e WONG, 2006).
O final do estudo mostra que os efeitos adversos dos processos de reciclagem
não afetam necessariamente somente a cidade de Guiyu, mas pode criar
impactos ao ambientes e as pessoas localizadas ao seu redor, sem limites
precisamente definidos. Esta situação, como já citado anteriormente, está
fortemente relacionada à expectativa de lucro que estas regiões da China têm
com a recuperação de computadores e desmanches de PCs obsoletos,
monitores e placas de circuito impresso para recuperação de alumínio, ouro,
cobre, platina e outros metais. OS autores apontam que facilidades de
importação, muitas vezes ilegais contribuem para que isto se sustente
(LEUNG, CAI e WONG, 2006).
Um outro estudo que procurou avaliar as necessidades para se obter um
controle apropriado dos ciclos de materiais em função do rápido crescimento
econômico Asiático e foi conduzido por pesquisadores de universidades do
Japão, China, Índia, Corea, Filipinas, Taiwan, Tailândia e Estados Unidos,
indicou uma necessidade de esforços nos 3R que são; Redução, Reuso e
Reciclagem (TERAZONO, MURAKAMI, ABE, MORIGUCHI, SAKAI, KOJIMA,
YOSHIDA, LI, YANG, WONG, JAIN, KIM, PERALTA, LIN, MUNGCHAROEN e
WILLIANS, 2006).
Uma abordagem do estudo aponta que em função do fato das informações
disponíveis sobre o fluxo de materiais descartados entre os países serem
limitadas, é necessário que as investigações sejam específicas para cada
produto ou devem ter sua análise de fluxo de uso e processo de descarte entre
os países (TERAZONO, MURAKAMI, ABE, MORIGUCHI, SAKAI, KOJIMA,
102
YOSHIDA, LI, YANG, WONG, JAIN, KIM, PERALTA, LIN, MUNGCHAROEN e
WILLIANS, 2006).
O estudo também analisou um exemplo de esforço para reciclagem de
materiais no Japão, onde a legislação aplicada requer que os fabricantes
tenham responsabilidade na coleta e reciclagem dos produtos em sua fase de
final de vida.
Os pesquisadores analisaram os dados operacionais de plantas de reciclagem
de eletros-domésticos sobre a ótica dos materiais utilizados nos produtos, o
balanço de material, a porcentagem de recuperação de material pesado e a
configuração dos processos de reciclagem. A análise demonstrou que o
resíduo gerado e emissões de metais pesados foram reduzidos após a
implementação da lei, apesar de uma ampla variação nos 4 cenários que foram
aplicados para a análise (TERAZONO, MURAKAMI, ABE, MORIGUCHI,
SAKAI, KOJIMA, YOSHIDA, LI, YANG, WONG, JAIN, KIM, PERALTA, LIN,
MUNGCHAROEN e WILLIANS, 2006).
4.2.1. USO DE LIGA DE SOLDA “LEAD FREE” NA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
Existem vários esforços para um rápido desenvolvimento de uso de liga de
solda isenta de chumbo em produtos elétricos e eletrônicos. Na Europa a
regulamentação que restringe o uso de vários materiais perigosos em
equipamentos eletrônicos, aponta o chumbo como danoso à saúde humana
através da contaminação de água e solo durante o processo de disposição de
tal resíduo material no ambiente. No Japão o uso de placa de circuito impresso
sem uso de chumbo serve como instrumento de markentig para alcançar uma
vantagem competitiva de mercado (ELBERT, 2002).
Esta eliminação de chumbo na Europa e Japão também é citada por Goudarzi
(2002) como sendo uma pressão governamental e para esta tendência as
empresas necessitam fazer avaliações em seus processos de forma geral para
103
atender requerimentos de qualidade dos produtos. As alterações de processos
mais evidentes envolvem as temperaturas de trabalho, pois a liga de solda sem
chumbo possui uma temperatura de fusão e refusão maior que quando a
utilizado o chumbo.
Quando se substitui o chumbo na liga de solda SnPb por SnAgCu, SnCu, SnZn
ou outras ligas, a toxicidade da placa de circuito impresso é reduzida conforme
mostra a Figura 23 abaixo, onde o Indicador de Toxicidade Potencial (TPI) esta
relacionado com os materiais utilizados na liga de solda. Este indicador foi
desenvolvido pelo Instituto Fraunhofer IZM (Institut Zuverlãssigkeit und
Mikrointegration) na Alemanha, apresenta as concentrações permitidas pela
legislação européia e suas classificações de poluição de água e valores de
risco de substâncias perigosas definidas e declaradas pela União Européia.
Este medidor é apresentado em um único índice específico de material, que
varia de 0 (potencial de perigosidade nulo) até 100 (potencial de perigosidade
mais elevado) por mg de substância. Já o indicador de Potencial Emissão
Tóxica (TPE) esta relacionada especialmente às emissões no processo de
degradação durante a fases de final de vida do produto com seu descarte. No
caso das emissões apresentadas no gráfico, as mesmas foram consideradas
no pior caso de TPI (MUELLER, GRIESE, SCHISCHKE e STOBBE, 2005).
104
30
25
20
15
10
5
S
n8
3
P
b
3
7
S
nZ
n
9
S
n9
S
nB
0
B
i5
i9
8
,5
C
S
u0
nA
,5
g3
,5
B
i4
,8
S
nA
S
g3
nA
,5
g4
C
S
u0
nC
,5
u0
,7
N
i0
,1
0
Ligas de Solda
TPI - Indicador de Potencial Toxicidade
TEP - Potencial Emissão Tóxica
FIGURA 23: ÍNDICE DE EFEITOS AMBIENTAIS CAUSADOS POR TOXICIDADE
FONTE: MUELLER, GRIESE, SCHISCHKE E STOBBE (2005)
Como referência de quantidade, aproximadamente 90.000 toneladas de ligas
de solda por ano contendo chumbo eram usadas em produtos eletrônicos no
mundo em 2005 e estavam sendo substituídas por ligas sem chumbo ou outras
alternativas ecologicamente mais corretas (MUELLER, GRIESE, SCHISCHKE
e STOBBE, 2005).
105
5. METODOLOGIA DE ANÁLISE DO CONSUMO DE ENERGIA
ELÉTRICA NO PROCESSO.
Para proceder a avaliação de consumo de energia no processo de produção de
PCIs montadas da indústria eletrônica é necessário se fazer uma avaliação na
demanda de energia das máquinas envolvidas no processo, as características
dimensionais dos componentes eletrônicos e a área de placa do produto
aplicada ao processo.
A demanda de energia elétrica das máquinas envolvidas no processo que foi
descrita na Figura 13 no capitulo 3, foi uma referência baseada em informações
de fornecedores de máquinas.
A quantidade e tipo de máquinas foi definido como sendo a configuração
mínima para se montar qualquer tipo de placa SMD existente no mercado
atual. Isto indica que esta configuração pode ser alterada retirando algum tipo
de máquina que não seja necessário ao processo de montagem de
determinada placa, assim como pode haver a duplicação de mais de um tipo de
determinada máquina em função de característica do produto com mais ou
menos tipo de componentes específicos. Desta forma também é possível
avaliar qual seria o impacto no consumo de energia da configuração
aumentando um determinado tipo de máquina, mas valendo chamar a atenção
que os fornos são as máquinas de maior consumo e não costumam ter
duplicação e sim adequação de sua capacidade ao processo. Placas com sua
totalidade de componentes SMDs pequenos necessitam mais máquinas de
inserção para tal, de forma a atender à necessidade de produtividade da linha.
Analisando os componentes eletrônicos pode-se dizer que este item é
extremamente significativo na definição da área da placa.
Um projetista de PCI necessita sempre ter uma idéia aproximada da área dos
componentes antes de começar um layout. Uma estimativa possível é
multiplicar a área requerida para cada tipo de componente utilizado (esta área
106
engloba o tamanho dos “pads” para contato dos terminais na PCI mais o
espaço entre componentes).
Um fator de ineficiência do encapsulamento do componente também pode ser
utilizado. Este fator de ineficiência, nada mais é que uma compensação das
variações dos encapsulamentos dos componentes, sendo que para placas de
memória, esta ineficiência varia em torno de 10% e para placas lógicas, esta
ineficiência pode chegar a 30% (PRASAD, 1989), tudo isto em função das
variações dimensionais dos componentes.
Para este trabalho será definida uma faixa de tamanho de componentes que
são
componentes
pequenos
e
grandes,
para
que
possa
haver
o
desdobramento dos cálculos e do modelo proposto pelo trabalho. Além desta
definição de tamanho será considerado que, cada componente, além de sua
própria área, necessita de uma área à sua volta para garantir os espaçamentos
entre outros componentes na placa.
A título de exemplo, se for considerado um capacitor cerâmico de medida
conforme Figura 24, pode-se observar que sendo sua área de 2,00 mm x 1,25
mm, ainda necessita uma área livre em suas laterais para que haja
possibilidade de se colocar outros componentes sem a sobreposição no
mesmo. Uma medida usual para esta condição é considerar para componentes
SMDs, um acréscimo de 1,27 mm no comprimento ( L ) e largura ( B ). Para
este trabalho consideraremos que esta característica apresentada pelo
capacitor da Figura 24 será exatamente a característica para todos os outros
componentes e produtos.
107
FIGURA 24: CAPACITOR CERÂMICO - MEDIDAS
FONTE: ICOTRON – BOLETIM TÉCNICO Nº 61 (1990)
Também para efeito do trabalho considerar-se-á hipoteticamente que a PCI
possui uma composição ou distribuição de 30% de sua área populada com
componentes eletrônicos grandes e os 70% de área restantes populada com
componentes pequenos. Componentes pequenos serão os considerados
menores que 15mm x 15mm (para efeito de cálculo consideraremos somente
dois tamanhos de componentes que represente cada uma destas condições
necessárias - Figura 25).
Comprimento
Componentes
Pequenos
15 mm
Componentes
Grandes
15 mm
Largura
FIGURA 25: REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO TAMANHO DOS
COMPONENTES PARA O TRABALHO
108
Para facilitar o cálculo será considerado que os componentes pequenos terão
medida padrão 5mm x 5mm, que ficaria em uma faixa bastante mais próxima
dos minúsculos componentes eletrônicos existentes hoje no mercado e um
pouco mais longe da medida adotada para componentes grandes.
Para os componentes grandes a medida adotada será exatamente 15mm x
15mm conforme considerado por este trabalho.
TABELA 5: - CARACTERÍSTICAS DOS COMPONENTES PROPOSTOS
Medida do
Componente
(mm)
Área do
Componente
(10-5 m²)
Área com espaço de
1,27 mm ao redor do
componente
(10-5 m²)
5x5
2,50
3,90
15 x 15
22,50
26,50
Componente
Pequeno
Componente
Grande
Analisando a tabela 5 e considerando a distribuição de componentes na PCI
pode-se calcular o número de inserções de cada tamanho por área que lhe
cabe nesta distribuição.
Sendo, neste caso hipotético, uma área de 70% para componentes pequenos,
tem-se que 0,70 m² por m² de uma área de PCI e isto comportaria 17.806
componentes pequenos colocados ou inseridos.
Cálculo: 0,70 m² / 3,90 x 10-5 m² = 17.806 componentes pequenos
Área efetiva de componentes= 17.806 x 2,5 x 10-5 m² = 0,445 m²
Para os componentes grandes 1.113 inserções serão necessárias dentro de
uma área de 0,30 m² por m².
Cálculo: 0,30 m² / 26,50 x 10-5 m² = 1.113 componentes grandes
Área efetiva de componentes= 1.113 x 22,5 x 10-5 m² = 0,25 m²
109
Para prosseguimento dos cálculos será considerada uma média de 20.000
inserções de componentes por hora para as máquinas de inserção de
componentes, tanto para componentes pequenos como componentes grandes.
Tal disposição será adotada por ser esta uma condição mais usual e prática no
mercado de montagem de PCI, isto se justifica, pois, mesmo que haja
indicações dos fabricantes que as máquinas de inserções tenham capacidade
variando de 90.000 à 120.000 inserções por hora, esta condição de alta
capacidade é obrigatoriamente combinada com baixa flexibilidade, ou seja,
menor número de tipos de componentes e ainda assim componentes de
geometria de fácil operação ou inserção.
Sendo 17.806 inserções de componentes pequenos em condições de
máquinas e configuração para 20.000 inserções horária, tem-se que seria
necessária 0,890 hora para tal tarefa de inserção.
Cálculo: 17.806 / 20.000 = 0,890 h para inserir os componentes pequenos
Sendo 1.113 componentes grandes inseridos em condições de máquinas de
20.000 inserções por hora, teremos 0,057 hora necessárias.
Cálculo: 1.113 / 20.000 = 0,057 h para inserir os componentes grandes
Como o maior tempo de ocupação da configuração de máquinas é o destinado
para componentes pequenos, este tempo de 0,890 hora é o tempo referência
para que 1 m² de PCI seja montado com a distribuição de componentes e
configuração de máquinas propostas neste trabalho.
Um resumo dos cálculos pode ser observado no ANEXO V.
Para a montagem de uma placa de circuito impresso as várias máquinas
envolvidas, necessariamente não possuem a mesma velocidade de operação
ou mesmo tempo para executar a sua parte da tarefa de montagem da placa.
110
Esta característica pode ser exemplificada se observamos que se as máquinas
para inserção de componente grandes e pequenos possuem a mesma
velocidade para o número de inserção horária e cada uma tem número de
inserções diferente para atingir a porcentagem de área definida no trabalho,
isto indica que uma máquina atingirá primeiro o seu compromisso de montar os
componentes na sua área definida e ficará esperando a outra concluir seu
compromisso, uma vez que estão em uma linha de montagem em série. Ex:
Para componentes pequenos serão necessários 0,890 hora para montar 70%
da área com tais componentes pequenos enquanto levará 0,057 hora para
montar 30% de área com componentes grandes que cumprirá sua montagem
antes.
Desta forma como definimos, tem-se que para a montagem de 1m2 de área
enquanto a máquina de inserção de componentes pequenos trabalha 100% do
tempo montando componentes durante 0,890 hora, para os componentes
grandes serão necessários somente 0,057 hora e o restante do tempo esta
máquina ficaria parada, onde o consumo de energia elétrica neste momento,
para efeito do trabalho será considerado de 10% do seu consumo total,
considerando um consumo de “stand-by” que existe.
Esta característica também se aplica às outras máquinas que serão sugeridas
na configuração proposta no trabalho e para isto deverá ser observado que
toda máquina que se mantiver em regime de operação de máximo consumo de
energia elétrica terá seu tempo de operação igualado ao tempo de maior
inserção de componentes que, conforme apresentado anteriormente, é de
0,890 hora.
Uma máquina que é exceção ao modelo proposto é a “screen printer” que tem
sua característica de operação baseada na área de impressão de pasta de
solda e desta forma, para esta simulação, será aplicado o seguinte conceito.
Sendo a “screen printer” uma máquina com sua capacidade determinada pela
velocidade com que deposita ou aplica a pasta de solda na placa,
consideraremos que a composição das velocidades envolvidas no processo
111
como a velocidade de transporte da PCI, a velocidade de impressão da pasta
de solda e a velocidade de separação da PCI do estêncil, que terão um tempo
total de operação de 0,004 hora (15 segundos) para uma impressão de área de
500 mm x 500 mm. Esta definição segue um padrão médio das máquinas
existentes hoje no mercado.
Portanto para a “screen printer” completar 1 m² de PCI, deverá operar durante
0,016 hora e este será o tempo considerado como consumo máximo para esta
máquina e, no restante do tempo, para atingir o maior tempo de máquina de
inserção (0,890 h para inserção de “small parts”) será considerado 10% do
consumo total como sendo ‘stand-by”.
Feitas estas considerações, pode-se compor a planilha com uma configuração
básica de máquinas e seus consumos na Tabela 6.
TABELA 6: PLANILHA PARA APLICAÇÃO E DETERMINAÇÃO DE PROCESSO ESPECÍFICO
B - Consumo de Energia por Maquina
Consumo Qtde.
Máx. (KW) Maq.
Tempo de Tempo de
operação operação em
(h)
Stand-By (h)
Consumo
Energia em
Operação
(KWh)
Consumo
Energia em
Stand-By
(KWh)
Consumo/Área
(KWh/m2)
0,310
SCREEN PRINTER
3,0
1
0,016
0,874
0,048
0,262
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
5,0
1
0,890
0,000
4,450
0,000
4,450
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
5,0
1
0,057
0,833
0,285
0,417
0,702
FORNO DE REFUSÃO
GLUE INSERTION (DISPENSADORA DE COLA)
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE POLIMERIZAÇÃO
BANCADAS MANUAIS
WAVE SOLDER MACHINE
IN-CIRCUIT TEST
80,0
5,0
5,0
5,0
40,0
0,5
50,0
2,2
1
1
1
1
1
1
1
1
0,890
0,890
0,890
0,057
0,890
0,890
0,890
0,890
0,000
0,000
0,000
0,833
0,000
0,000
0,000
0,000
71,200
4,450
4,450
0,285
35,600
0,445
44,500
1,958
0,000
0,000
0,000
0,417
0,000
0,000
0,000
0,000
71,200
4,450
4,450
0,702
35,600
0,445
44,500
1,958
Total (KWh/m 2 )
168,766
FONTE: ELABORADA A PARTIR DE DADOS DOS FORNECEDORES DE
MÁQUINAS
Tendo em vista esta configuração padrão proposta, se faz necessária a
combinação deste conceito com as características do mercado de PCI para o
desenvolvimento dos cálculos de consumo por área.
112
Os últimos dados fornecido pela ABRACI sobre o consumo de placas de
circuito impresso no país, dos anos de 2003 a 2006 (o dado fornecido de 2006
foi um dado estimado pela associação) está apresentado na tabela 7 a seguir.
Para se obter uma referência mais aproximada possível, desconsideraremos o
dado estimado de 2006 e fazendo uma média por mês dos anos de 2003 a
2005, conforme tabela 7.
TABELA 7: - CONSUMO DE PCI POR ÁREA NO PERÍODO PONDERADO MENSALMENTE
Ano
Área
m² / Ano
Área
m² / Mês
2003
2004
2005
2006
855.706
1.129.803
934.383
690.638*
71.308
94.150
77.865
57.553
* Consumo estimado
FONTE: ABRACI (2007)
Os dados neste período mostram uma estabilização no consumo de placas
entre 70.000 m² a 94.000 m² produzidos ao mês como média anual.
Utilizando o maior e menor consumo mensal destes anos e o mesmo critério
dimensional dos componentes com a configuração de máquinas aplicadas na
tabela 4, pode-se observar o consumo de energia elétrica para 70.000 m²/mês
de 141,764 GWh/Ano e para 94.000 m²/mês um consumo de 190,368
GWh/Ano nestes respectivos limites (ANEXO VI).
Se compararmos estes valores com os consumos de energia elétrica de outros
setores industriais no BEN (Balanço Energético Nacional), no mesmo período
de anos, poderemos identificar que o consumo deste setor é relativamente
baixo. Como exemplo foi feita uma comparação do consumo de energia elétrica
113
nos anos de 2003 a 2005 para os setores residencial, industrial e outros,
conforme Tabela 8 abaixo.
TABELA 8: - PLANILHA DE
Ano
Área
(m²) / Ano
Ind. Eletrônica
(GWh) / Ano
2003
2004
2005
855.706
1.129.803
934.383
144,394
190,648
157,672
CONSUMO ENERGIA POR SETORES
Residencial
(GWh) / Ano
76.126,243
78.591,144
83.207,975
Industrial Total
(GWh) / Ano
160.333,707
172.091,971
175.401,771
Outros
(GWh) / Ano
31.404,087
34.179,151
35.546,591
FONTE: MME – BALANÇO ENERGÉTICO NACIONAL – BEN 2005
Pode-se observar uma mesma tendência de comportamento de consumo para
todos os setores assim como a manutenção da baixa relação de consumo da
indústria eletrônica, tendo como referência o modelo proposto neste trabalho.
Percentualmente, considerando o ano de 2005, observa-se que o consumo da
energia da indústria eletrônica é 0,19% em relação ao consumo do setor
residencial, aproximadamente 0,09% em relação ao consumo do setor
industrial e 0,44% do consumo de “outros setores” na Tabela 9 categoria esta
onde está inserida a indústria eletrônica proposta neste trabalho.
Desta forma, pode-se concluir que o impacto do consumo de energia elétrica
da indústria eletrônica conforme conceito utilizado neste trabalho, não é muito
significativo comparando com outros setores industriais.
Estes dados e cálculos apresentaram uma característica de consumo de
energia elétrica baseado em um consumo mensal de área de PCI nacional em
determinado período, onde uma configuração de processo/máquina foi
sugerida de forma hipotética.
114
Faremos agora uma estimativa da energia elétrica embutida por metro
quadrado de área de placa de circuito impresso montada, considerando não só
o processo de montagem desta placa, desenvolvido neste trabalho, mas
também a energia embutida nos componentes eletrônicos utilizados. Para isso
consideraremos que todos os componentes eletrônicos sejam similares a um
chip de memória de 32MB DRAM já descrito no capítulo 4, que requer 1,6 cm²
de uma bolacha de silício de 200-mm, sendo que esta pastilha está inserida em
um chip ou componente com 1,0cm x 2,7cm encapsulado em resina retangular
e com peso de 2,0g. A energia requerida por área desta memória é de 1,422
KWh/cm² ou 14,22 MWh/m² (WILLIANS, AYRES e HELLER, 2002).
Pensando em uma análise de energia embutida em cada componente
eletrônico, podemos utilizar os mesmos conceitos de área de PCI e
consideraremos que se tivermos 1 m² de placa de circuito impresso coberta por
componentes eletrônicos na proporção definida, ou seja, 70% da área com
componentes pequenos, temos uma área efetiva de componentes 17.806 x 2,5
x 10-5 m² = 0,445 m², desconsiderando os espaços entre os componentes.
Para os 30% de área restantes, cobertos com componentes grandes, temos
uma área efetiva coberta de 1.113 x 22,5 x 10-5 m² = 0,25 m². Assim, a área
total efetivamente coberta com componentes eletrônicos é de 0,695 m², o que
representa uma energia embutida de 13,9 MWh se aplicarmos as
características da memória citada.
Cálculo: 0,695 m² x 14,22 MWh/ m² = 9,882 MWh.
Assim, podemos observar que a energia elétrica utilizada na montagem dos
componentes sobre a placa (168 kWh ou 0,168 MWh) representa
aproximadamente 1,6 % da energia embutida em componentes similares a
uma memória.
Procurando aproximar um pouco mais o valor da energia elétrica embutida
conforme as especificações do estudo de Willians, Ayres e Heller (2002) aos
cálculos de consumo de energia de montagem de placa deste trabalho,
usaremos uma referência de um componente eletrônico com uma pastilha de
115
silício de 1,6 cm² inserida em um encapsulamento de 1,0cm x 2,7cm em resina
retangular, com área final de 2,7 cm² por componente, sendo a energia
embutida por área de 1,422 kWh/cm2, conforme apresentação e cálculo das
fases de fabricação de um componente eletrônico do capítulo 4.1.
Desta forma pode-se deduzir hipoteticamente os seguintes cálculos:
- Considerando que a área proposta no trabalho para componentes pequenos é
de 70% de 1 m² e possui 17806 destes componentes nesta área, o valor total
da área com componentes de 5 x 5 mm será de 0,445 m².
- Considerando a área para componentes grandes como sendo de 30% de 1
m² e possui 1113 destes componentes grandes nesta área, o valor total da
área com componentes de 15 x 15 mm será de 0,255 m².
- A área total de todos os componente, pequenos e grandes, será de 0,700 m².
- Fazendo a substituição dos componentes propostos no trabalho nesta área de
0,700 m² por componente eletrônico memória de 32MB DRAM com área de
2,7cm², teremos agora 2.592 unidades do componente desta memória em 1m2
de área proposto no trabalho.
- Multiplicando estas 2.592 unidades por 3,838 KWh por componente teremos
que a energia elétrica embutida para esta quantidade de componentes será de
9.950,370 kWh por área definida no trabalho.
Analisando que o consumo de energia elétrica para montagem de placa de
circuito impresso proposto e calculado neste trabalho, é de 168,766 KWh/m² ou
16,876Wh/cm² e que para a fabricação de um componente eletrônico similar a
uma memória que requer 1,422 KWh/cm², a diferença de 84 vezes maior, temse que o maior consumo de energia dentro de um placa eletrônica esta na fase
de obtenção e fabricação do componente eletrônico ou chip semicondutor
dentro do seu processo de purificação do elemento semicondutor, no caso
silício.
116
Para este trabalho este valor calculado, sobre uma estimativa de consumo de
energia elétrica de componentes eletrônicos, não se caracterizaria como uma
energia consumida no Brasil, em função do maior número de componentes
serem importados de outros centros de produção deste componente. Este
consumo de energia acontece em outros países.
Caso seja avaliada uma determinada placa de aplicação em determinado
produto, uma análise deste consumo de energia elétrica também pode ser
calculada e o conceito desenvolvido na planilha do Anexo VI pode ser aplicado
com as variações desejadas como será apresentada no item 5.1 a seguir.
5.1. CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA PROCESSO PROPOSTO PARA 3 TIPOS
DE PRODUTOS ESPECÍFICOS
Para explorar um pouco mais o consumo de energia elétrica para fabricação de
produtos eletrônicos, será feito uma análise de 3 tipos de placas que podem
fazer parte de alguns setores industriais ou fornecedores de bens de consumo
citados neste trabalho.
Uma placa de equipamento de automação (ANEXO I), uma placa de aplicação
em computador (ANEXO II) e uma proposta de placa de telefone celulares
(ANEXO III) serão os 3 tipos a serem avaliados. Estes 3 tipos serão
considerados como caso 1, 2 e 3 respectivamente.
Para a placa de automação como caso 1, que possui uma característica de
placa de circuito impresso face simples (somente um lado da placa com
componentes) o consumo de energia elétrica por área ficou na ordem de
18,759 kWh/m², considerando o processo e as máquinas propostas no cálculo
do ANEXO I.
A placa caso 2, de aplicação no computador, já possui uma característica mais
complexa com padrão de face dupla (com componentes montados nos 2 lados
da placa) e com a necessidade de mais máquinas envolvidas no processo para
117
executar toda a montagem proposta. O consumo de energia elétrica desta
forma fica em torno de 37,835 kWh/m², conforme cálculos do ANEXO II. Este
valor é praticamente o dobro do caso 1, apesar de ser menor, ela possui
montagem nos 2 lados da placa.
Já para o caso 3 que é uma proposta baseada na experiência deste autor
sobre placa de telefone celular, os cálculos do ANEXO III demonstraram um
consumo de energia elétrica por área na ordem de 830,153 kWh/m², isto
considerando uma montagem em 2 faces e uma quantidade de componentes
muito maior comparado com os casos 1 e 2 apresentados.
Estes dados, apesar de utilizarem um critério hipotético de padrão de máquinas
e processo, que se manteve comum a todos os 3 casos, demonstra que a
quantidade de lados de placa montadas representa um acréscimo importante
de consumo se mantivermos um mesmo padrão de produto, mas a quantidade
e adensamento de componentes por área é também muito significativo
aumento do consumo de eletricidade na montagem.
Apesar do adensamento de componentes por área ser uma tendência de
miniaturização dos produtos eletrônicos, ou seja, de torná-los cada vez menor,
ainda assim não existe uma capacidade de relacioná-la com uma redução de
consumo de energia, associada a seu tamanho. Uma outra relação já
percebida mas ainda não quantificada é o aumento do consumo de materiais e
energia a medida que os produtos são reduzidos e ficam mais acessíveis ao
mercado consumidor.
118
6. CONCLUSÕES E CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na opinião deste autor, o ciclo de trabalho e consumo é um dos
comportamentos mais importantes na sociedade atual e na economia
capitalista, ainda que exista a limitação de oferta de trabalho para todos.
Assim, existe uma forte tendência de aumento de demanda para bens de
consumo, seja para o atendimento de necessidades básicas, seja para uma
maior comodidade e conforto, da sociedade.
O aumento do consumo também tem ocasionado uma tendência forte de
descartabilidade rápida dos produtos no cotidiano da sociedade atual, o que
nos remete a uma reflexão sobre a sustentabilidade desta prática.
A melhor expectativa do ponto de vista ambiental seria, que, a demanda por
produtos pudesse ser cada vez menor, mesmo com perspectiva de atender a
todos, à medida que os produtos pudessem ser otimizados e duráveis
podendo, potencialmente, refletir num maior aumento da demanda de serviços
que os aproveitasse mais, num maior intervalo de tempo.
A indústria eletrônica, como definida neste trabalho, fortemente relacionada
com este cenário atual de uso de bens de consumo, tanto com inovações
tecnológicas em seus processos de manufatura, como na aplicação de seus
produtos, demonstrou neste trabalho não ser uma indústria energo intensiva.
No Brasil observar-se que comparativamente com setores como residenciais e
industriais, a indústria eletrônica de montagem de placas de circuito impresso
para produtos eletrônicos, tem seu consumo de energia elétrica pouco
expressivo em relação ao mercado nacional.
Atendo-se ao processo específico de montagem de placas, pode-se observar
que a configuração de processo e as máquinas que venha ser aplicadas por
uma indústria, têm forte relação com o resultado de consumo de energia.
As máquinas e fornos de soldagem da liga de solda desta indústria são os
equipamentos de maior consumo de energia (para aquecimento direto). Já a
velocidade do processo está fortemente relacionada com as máquinas de
inserção automática e possuem um consumo de energia mais modesto em
relação às máquinas e fornos de soldagem.
Desta forma pode-se entender que se dobrarmos a velocidade de inserção,
com o acréscimo de máquinas de inserção automática podemos ter um
atendimento da demanda na metade do tempo, reduzindo assim o consumo de
energia, uma vez que os fornos e máquinas de solda têm grande ocisosidade,
tendo, entretanto, que ficar ligadas o tempo todo.
As variáveis de configuração de processo e máquina estão muito relacionadas
com os valores de investimentos e por isso é que existe a especialização de
indústrias no atendimento de montagens de placas de circuito impresso através
de terceirização, onde além da especialização técnica dos processos é
possível se atingir uma otimização dos custos de manufatura para os mais
diversos pedidos de clientes.
Analisando os componentes envolvidos nesta indústria, observa-se que os
componentes eletrônicos ou semicondutores, que são na sua maior parte
importados, possuem uma energia embutida por unidade de área muito maior
que o consumo de energia necessário para montagem de placas de circuito
impresso na mesma unidade de área. Esta diferença esta na ordem de 50 a
100 vezes mais energia elétrica por área de componente eletrônico em relação
ao gasto na montagem.
A precisão dos dados da indústria que fabrica semicondutores é um fator de
limitação para uma melhor análise desta indústria e fica muito em função de
pesquisas de associações, empresas ou entidades organizadas com
preocupações pertinentes ao consumo de energia e material desta indústria.
Neste trabalho o que pôde ser observado é que mais de 80% da energia
consumida na industria de semicondutores é energia elétrica.
120
Ainda nesta linha de raciocínio, em relação à limitação das informações sobre
detalhes desta indústria de semicondutores, um outro exemplo observado é
quando se avalia os tipos de materiais encontrados em produtos eletrônicos
descartados, e não se identifica o silício que é aplicado na fabricação dos
componentes eletrônicos como sendo uma quantidade significante na
composição destes materiais. Isto pode ser explicado pela existência de
processos de dopagem do silício para obtenção de alto grau de purificação do
semicondutor, reduzindo muito a possibilidade de separação ou identificação
do
silício
unicamente.
Estes
processos
possuem
características
e
desenvolvimentos especiais com seus segredos pertinentes e com limitada
divulgação pública.
O Brasil não tem uma indústria de semicondutores estabelecida e isto esta
relacionado com a necessidade de altos investimentos, assim como o
estabelecimento de uma demanda consistente que justifique tal investimento.
Uma grande fatia do mercado mundial de semicondutores está baseada no
fornecimento de alguns poucos fabricantes.
Esta indústria de semicondutores também necessita de mão de obra
qualificada, o que não deve ser um ponto restritivo ao Brasil já que o país goza
de boa credibilidade sobre a qualidade e potencial de sua mão de obra.
A implementação da indústria de fabricação de componentes eletrônicos no
país se mostra como uma estratégia importante, mas com uma ótica mais de
avanço tecnológico e econômico para melhoramento da balança comercial, por
isso estes processos de alto investimento só fazem sentido se houver demanda
firme e consistente e poder ser muito competitivo com outros mercados.
Do ponto de vista de impactos ambientais associados aos materiais dentro da
indústria eletrônica, observa-se também a dificuldade de levantamento de
dados precisos sobre o inventário de entrada e saída dos materiais envolvidos.
Quando se observa a grande quantidade de ferramentas existentes para
viabilizar a otimização dos resultados de uso de energia e materiais nos
121
estudos de ACV, pode-se identificar iniciativas alinhadas com estes objetivos,
como a redução de elementos danosos ao meio ambiente como o Chumbo nos
produtos eletrônicos ou projetos que permitam o retorno de telefones e partes,
como exemplo baterias, em pontos controlados e habilitados a fazer uma
destinação
adequada
deste,
seu
reuso
ou
descarte
final,
porém
conceitualmente quando se observa o processo de miniaturização que esta
indústria aplica em seus produtos finais, não se identifica que ao longo da
cadeia para obtenção de seus componentes, haja uma redução de materiais
envolvidos nos processos assim como também não se identifica claramente
que o consumo global de energia se reduza, uma vez que o objetivo econômico
desta indústria é a produção de alto volume e de bens de consumo.
O limite de todo este sistema seria a capacidade de, tecnologicamente, se
reduzir uma aplicação ou um produto, à própria disponibilidade das reservas de
materiais para sustentar a obtenção do produto e demanda de consumo da
sociedade.(esta frase está confusa...)Como estes limites ainda não se
apresentam definidos no cotidiano da sociedade, a aplicação de ferramentas
que permitam aumentar o tempo de vida são extremamente importantes e
especificamente avaliando um produto eletrônico, a idéia de se projetar
produtos com tempo maior para a obsolescência ou com alternativas de
atualizações (“upgrades”) e uma mudança do paradigma de uma economia
baseada em produtos para uma baseada em serviços seria uma ótima iniciativa
na visão deste autor.
A destinação final dos produtos eletrônicos demonstra fonte de preocupação
em função da quantidade de elementos tóxicos aplicados em sua montagem.
Para as placas de circuito impresso montadas as soluções de reciclagem dos
componentes não possuem ainda alternativas tecnológicas ideais integradas
com meio ambiente. Os processos de moagem tem limitação de separação
abrangente de todos os componentes da placa, os processos de raspagem ou
retirada dos componentes eletrônicos costumam se valer de processos
térmicos que desprendem muitos gases tóxicos e os processos de recuperação
dos metais dos componentes eletrônicos estão muito associados ao uso de
122
elementos químicos de manuseio perigoso e descarte complicado no meio
ambiente.
Infelizmente estes processos de descarte e reciclagem das placas eletrônicas
montadas também tem tido um direcionamento para especializar áreas ou
regiões especificas, mas com o agravante que estes processos ficam
associados a uso de mão de obra de baixo custo e por conseguinte a áreas
pobres do planeta. A diferença de custo é tão alta, que toneladas de lixo
eletrônico são capazes de transpor oceanos para ser “recicladas” e
descartadas de forma completamente inadequada.
A falta de controle dos processos, descuido com a saúde das pessoas e com o
meio ambiente é uma condição comum nestas atividades. A falta de
informação precisa da cadeia logística do descarte dos produtos eletrônicos é
um problema para definições de planos de melhoria das condições ambientais.
O estudo apresentado sobre os centros de descarte e reciclagem de produtos
eletrônicos na Ásia mostra que a contaminação do ambiente pelos resíduos
destes produtos e seus processos de reciclagem possuem padrão de
contaminação que não se restringe à área da atividade e sim pode abrir
fronteiras com contaminação das águas, solo, animais ou tudo que possa estar
em contado direto com estes processos.
Legislações regionais e tratados internacionais podem trazer resultados
significativos para uma melhor destinação destes itens, mas para isto se tornar
realidade é necessário tratar com firmeza as informalidades ou condutas ilegais
que possam estar envolvidas neste fluxo.
Retomando
a
análise
da
indústria
eletrônica
estudada,
a
proposta
manufatureira da indústria eletrônica para o Brasil pode ser uma tendência pelo
padrão de mão de obra e viabilidades comerciais e fiscais que possam existir.
Aparte o padrão de consumo de energia que se apresenta de forma comum a
qualquer outro setor industrial, a questão técnica que pode ser mais importante,
123
na opinião deste autor, para a indústria eletrônica fica sendo mesmo as
implicações de materiais que serão dispensados após o uso do produto.
Propostas de maior tempo de vida dos produtos desta indústria assim como
uma potencial migração para o conceito de uma economia de serviços em
contraposição a uma economia de produtos de vida curta, cada vez mais
freqüente no padrão de consumo de novidades, parecem entretanto ser
bastante utópicas neste contexto, embora desejáveiss do ponto de vista
ambiental.
Para o Brasil não existe informação disponível sobre a aplicação de energia
nos processos de reciclagem ou consumo de energia envolvido nos processos
de manufatura e produção da indústria de eletrônica. A dificuldade de
informações sobre este assunto potencialmente está influenciada pela
dificuldade
de
se
contabilizar
a
quantidade
de
produtos
fabricados
internamente e seus descartes com controles e registros em associações e
órgãos competentes, em contraposição à quantidade de produtos que possam
estar sendo utilizados, provenientes de origem externa com menor rigor de
controle ainda. O aspecto de conhecimento e consciência do usuário quanto ao
descarte de componentes ou produtos eletrônicos, também é um complicador
para este assunto. Por último, um avanço da regulamentação, suportada por
uma fiscalização adequada e acompanhada por uma divulgação abrangente
dos assuntos sobre os aspectos ambientais e energéticos aos produtos e
eletrônicos ainda podem ajudar mais neste conhecimento.
124
REFERÊRENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABINEE ; Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica.
www.abinee.org.br/abinee/decon - Acesso em 29/Set/2007.
ABINEE ; Associação Brasileira da Indústria Elétrica e Eletrônica.
Balança Comercial do Setor Jan-Nov/06
www.abinee.org.br/abinee/decon/decon12.htm - Acesso em 13/abr/2007.
ABRACI ; Associação Brasileira de Circuitos Impresso
www.abraci.org.br - Acesso em 29/Set/2007.
AEA - Agência Européia do Ambiente
http://www.eea.eu.int _ ISBN 92-9167-428-1
AEA, Copenhaga – Dinamarca – 2002 -- Acesso em 29/Set/2007.
AYRES R.U., HELLER M., WILLIANS, E.D.; Energy and chemical use in the
production chain for microchips.
United Nations University - Tokyo - Japão, INSEAD - Fountainebleu - França e
National Science Foundation - Virginia - EUA, IEEE, 2002, p184 a 189.
BEN - Balanço Energético Nacional
Ministério de Minas e Energia – MME – Secretária de Energia - 2002
BATISTA, M.A.C.; Competitividade da indústria de bens eletrônicos de
consumo. Nota Técnica Setorial. Estudo da Competitividade da Indústria
Brasileira. Campinas: IE-UNICAMP / IEI-UFRJ / FDC / Funcex, 1993, mimeo.
BELLIA V.; Introdução à economia do meio ambiente
IBAMA – Brasília - 1996
125
BOFF L.; Ética e eco-espiritualidade
Verus Editora – Campinas – 2003
COUTINHO, L., FERRAZ, J.C.; Competitividade do Complexo Eletrônico. Em
Estudo da Competitividade da Indústria Brasileira.
Consórcio IE/UNICAMP - IEI/UFRJ - FDC – FUNCEX, 1993.
DALY, H.; A economia do século XXI
Mercado Aberto Editora e Propaganda Ltda.
Porto Alegre - 1984
DONGFAN, C., LINCAN, Z.; Research on manufacturing execution system for
the SMT industry.
Shanghai University – CIMS Cent.
Shanghai – China – Artigo: 2006 - IEEE.
ELBERT. J.; Lead-Free technology and the necessary changes in soldering
process and machine technology.
IMAPS BRAZIL 2002; The Internationak Technical Symposium on Packaging,
Assembling and Testing & Exhibition – Campinas – São Paulo - 2002
FAJNZYLBER, P.; Competitividade da indústria de informática.
Nota Técnica Setorial do complexo Eletrônico.
Campinas: IE-UNICAMP / IEI-UFRJ / FDC / Funcex, 1993.
FERRO, J.R.; Competitividade da indústria automobilística.
Nota Técnica Setorial do complexo Metal-Mecânico.
Campinas: IE-UNICAMP / IEI-UFRJ / FDC / Funcex, 1993.
126
Finep; Financiadora de Estudos e Projetos - Ministério da Ciência e Tecnologia
Relatório Setorial Preliminar - Setor Eletrônicos de Consumo - 2007
http://www.finep.gov.br/PortalDPP/relatorio_setorial/impressao_relatorio.asp?lst_setor
=10 - Acesso em 29/Set/2007.
FURTADO J. S., SILVA E. R. F., MARGARIDO A. C.; Estratégias de Gestão
Ambiental e os Negócios de Empresa - USP – Artigo de 2000
FUSE (First User Action) - PRINTED CIRCUIT BOARD AND SURFACE
MOUNT DESIGN - FUSE TTN Training Material – June 1999
http://www.fuse-network.com/fuse/training/pcb/pcb.pdf
Acesso em 29/Set/2007.
GALLO Z.; Ethos, a grande morada humana: economia ecologia e ética
Editora Ottoni - Itu – São Paulo - 2007
GARDNER G., SAMPAT P.; Mind over matter: recasting the role of materials in our
lives - Worldwatch paper 144
Jane A. Peterson, Editor – September 1998
GOLDEMBERG, J.; Energia, meio ambiente & desenvolvimento
Edusp - Editora da Universidade de São Paulo
São Paulo - SP - Brasil - 2003
GONÇALVES, R.R.; O setor de bens de eletrônicos de consumo no Brasil:
Uma análise de seu desempenho recente e perspectivas de evolução futura.
Rio de Janeiro, Pesquisa IPEA, 1997.
GOUDARZI, V.; Lead-Free solder paste evaluation and implementation in
personal communication products.
IMAPS BRAZIL 2002; The Internationak Technical Symposium on Packaging,
Assembling and Testing & Exhibition – Campinas – São Paulo – 2002
127
GRAEDEL T. E., ALLEMBY B. R.; Industrial Ecology
A Simon & Schuster Company - Published by Prentice Hall
Englewood Cliffs, New Jersey 07632 - 1995 by AT&T
GRAEDEL T. E.; Streamlined Life-Cycle Assessment
Published by Prentice Hall - A Simon & Schuster Company
Englewood Cliffs, New Jersey 07632 - 1998
GRIESE, H., STOBBE, L., MIDDENDOR, A., REICHL, H.;
Environmental compatibility of electronics – A key towards local and global
sustainable development.
Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration – Research Center for
Microperipheric Technologies, Technical University Berlin
Berlin – Germany – Artigo: 2004.
HWANG J.S.; Solder paste in electronics packaging – Technology and
applications in surface mount, hybrid circuits, and component assembly.
Van Nostrand Reinhold - New York, 1989.
ICOTRON – Tecnologia Siemens – ANO XVI - 1990
Boletim Técnico Informativo – Nº 59 / Nº 60 / nº 61
JACKSON T.; Material concerns – Pollution, Profit and Quality of Life
SEI – Stockholm Environment Institute – London and New York
First published – 1996 by Routle dge.
JACOVELLI, S.J.; Projeto para o meio ambiente (Ecodesign) na indústria de
máquinas-ferramentas – Elementos para uma proposta de implantação nas
indústrias ROMI S.A. Programa de pós graduação em Engenharia de Produção
Univesidade Metodista de Piracicaba – Santa Bárbara d’ Oeste – SP – 2005
128
JACOVELLI, S.J., FIGUEIREDO, P.J.M.; Avaliação de ciclo de vida simplificada
aplicada à evolução de tornos. In: XXIII Encontro nacional de Engenharia de
Produção – Ouro Preto, MG, Brasil, 2003
JACOVELLI, S.J., MARTINS, G.; Perfil diagnóstico energético de uma unidade
de fabricação de componentes de chapas por uso final. In: Encontro nacional
de Engenharia de Produção – Ouro Preto, MG, Brasil, 2003
JANNUZZI G. M., SWISHER J. N. P.; Planejamento integrado de recursos
energéticos – Editora Autores Associados – Campinas - 1997
JOFRE, S., MORIOKA, T.; Waste management of electric and electronic
equipment: comparative analysis of end-of-life strategies.
J. Mater Cycles Waste Manag - Artigo: Setembro 2003.
KASAP, S. O.; Principles of Electronic Materials and Devices
Mc Graw-Hill Copyright - 3 edição
Nova Iorque – EUA – 2005
KOCA, D., DJERF, J.N.; Assessment of different methodologies/studies used to
determine the amount of packaging waste that remains in final disposal –
Experience from six European countries.
Lucas – Lund University Center for Applied System Dynamics. Suécia 2000.
KUO, T.C. et al. Design for manufacture and design for “X”: concepts
applications and perspectives, Computer & Industrial Engineering, p. 241-260,
2002.
Lawrence Berkeley National Laboratory; Efficient Cleanrooms Project
Environmental Energy Technologies Division - Applications Team
Berkeley – EUA – 24 de Março de 2000
129
http://ateam.lbl.gov/cleanroom/technical.html - Acesso em 29/Set/2007.
LEUNG A., CAI Z.W., WONG M.H.; Environmental contamination from
electronic waste recycling at Guiyu, southeast China.
J. Mater Cycles Waste Manag - Springer - Verlag - 2006
MADOU, M. J.; Fundamentals of microfabrication – The Science of
Miniaturization - ISBN 0849308267 - CRC Press
Nova Iorque – EUA – 2002
MEADOWS D. H., MEADOWS D. L., RANDERS J., BEHRENS III, W.W.;
Limites do Crescimento – Editora Perspectiva S.A. – São Paulo - 1973
MELO, P.R.S.; GUTIERREZ, R.M.V.; ROSA, S.E.S.; Complexo eletrônico: O
segmento de placas de circuito impresso – Relatório – 03/09/2004 (Internet).
MME ; Ministério de Minas e Energia
www.mme.gov.br_ben - 29/09/2007.
http://www.mre.gov.br/cdbrasil/itamaraty/web/port/meioamb/sitamb/cfestoc/
Ministério das Relações Exteriores Palácio Itamaraty - Esplanada dos
Ministérios - Bloco H - Acesso em 29/Set/2007.
130
MELO,
P.R.S.,
RIOS,
E.C.S.D.,
GUTIERREZ,
R.M.V.;
Componentes
eletrônicos: Perspectiva para o Brasil.
BNDES Setorial, n13, p 3-64, Rio de Janeiro: março 2001.
MELO, P.R.S.; GUTIERREZ, R.M.V.; ROSA, S.E.S.; Complexo eletrônico: O
segmento de placas de circuito impresso – Relatório – 03/09/2004 (Internet).
MUELLER J., GRIESE H., SCHISCHKE K., STOBBE L.; Transition to Lead
Free soldering – A great change for a better understanding of materials and
processes and green electronics.
International Conference on Asia Green Electronics – IEEE - 2005
NAWAZ, I., TIWARI, G.N.; Embodied energy analysis of photovoltaic (PV)
system based on macro- and micro-level.
Department
of
Mechanical
Engineering,
Faculty
of
Engineering
and
Technology, New Delhi – India – available online 25 July 2005
Energy Policy – www.elsevier.com/locate/enpol - Acesso em 29/Set/2007.
New Delhi – India – Artigo: 2005.
NETO, J.A., FILHO, J.A.M., FLEURY, A.C.C., LAURINDO, F.J.B., CARVALHO,
M.M., PESSÔA, M.S.P., GARCIA R.C., SAWAYA M.E.M.: Análise das
Condições de Desenvolvimento da Indústria Brasileira de Semicondutores.
Pesquisa do Departamento de Engenharia de Produção.
Escola Politécnica – USP em parceria Booz Allen Hamilton
Núcle de pesquisa: Redes de cooperação e gestão do conhecimento.
São Paulo – junho de 2002.
NORDIC
COUNCIL
OF
MINISTERS;
Environmental
consequences
incineration and landfilling of waste from electr(on)ic equipment.
Tema Nord 1995:555. Copenhagen 1995a.
of
NORDIC COUNCIL OF MINISTERS; Waste from electrical and electronic
products - A survey of the contents of materials and hazrdous substances in
electric and electronic products.
Tema Nord 1995:554. Copenhagen 1995b.
ORTEGA E.: Contabilidade ambiental e econômica de projetos agro-industriais
Faculdade de Engenharia de Alimentos da Unicamp – FEA
FEA, http://www.fea.unicamp.br/docentes/ortega/sbcta98/tsld030.htm
Campinas - São Paulo - Brasil - 2006 - Acesso em 29/Set/2007.
PANDEY U.C., SETHI V.C., SCHISCHKE K., GRIESE H., REICHL H.;
Environmental management in semiconductor and printed circuit board industry
in India – Part I : Results and case studies.
International IEEE Conference on Asia Green Electronics – 2004
PESSINI,
J.E.;
Competitividade
da
indústria
de
equipamentos
de
telecomunicações.
Nota Técnica Setorial do complexo Eletrônico.
Campinas: IE-UNICAMP / IEI-UFRJ / FDC / Funcex, 1993.
PNUMA; Comitê Brasileiro do Programa das Nações Unidas para o Meio
Ambiente - www.brasilpnuma.org.br/pordentro/artigos_011.htm
Acessado em 01/abr/2006.
PORTO, J.R.D.; Competitividade do complexo eletrônico.
Nota Técnica do Complexo. Estudo da Competitividade da Indústria Brasileira.
Campinas: IE-UNICAMP / IEI-UFRJ / FDC / Funcex, 1993.
PRASAD, R.; Surface Mount Technology: Principles and Practice.
Van Nostrand Reinhold - New York, 1989.
REIS, L. B.; SILVEIRA, S.; Energia elétrica para o desenvolvimento sustentável
132
Editora da Universidade de São Paulo – São Paulo – 2000
SCHISCHKE, K., GRIESE, H.; Is small green ? Life cycle aspects of technology
trends in microelectronics and Microsystems.
Berlin Center of Advanced Packaging (BeCAP) - Technical University of Berlin
http://www.lcacenter.org/InLCA2004/papers/Schischke_K_paper.pdf
Berlin – Germany – 2004 – Acessado em 29/set/2007.
RODRIGUES, A.C.: Impactos sócio-ambientais dos resíduos de equipamentos
elétricos e eletrônicos: Estudo da cadeia pós-consumo no Brasil.
Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo
Programa de pós graduação em Engenharia de Produção
Univesidade Metodista de Piracicaba – Santa Bárbara d’ Oeste – SP – 2007
SODHI, M.S., REIMER, B.; Models for recycling electronics end-of-life products
Industrial and Manufacturing Engineering - University of Rhode Island Kingston – EUA
OR Spectrum Journal – Springer Berlin / Heidelberg publisher - 2001
STUART, J.A., TURBINI, L.J., AMMONS, J.C.; Investigation of electronic
assembly design alternatives through production modeling of life cycle impacts, costs,
and yield.
IEEE transactions on components, packaging, and manufacturing technology.
Part C, Vol. 20, nº 4, October 1997.
TAPP B. A., WATKINS J. R.; Energy and mineral resource systems: an
introduction – Cambridge University Press – Melbourne - Australia – 1990
TERAZONO A., MURAKAMI S., ABE N., MORIGUCHI Y., SAKAI S., KOJIMA
M., YOSHIDA A., LI J., YANG J., WONG M.H., JAIN A., KIM I.-S., PERALTA
G.L., LIN C.-C., MUNGCHAROEN T., WILLIANS E.;
Current status and reseaech on E-waste issues in Asia.
133
Springer -Verlag 2006 -J. Mater Cycles Waste Manag -Artigo: Novembro 2006.
TIEZZI, E.; Tempos históricos, tempos biológicos (A terra ou a morte: os
problemas da nova ecologia)
Nobel S. A. – Editora e Distribuidora – São Paulo - 1988
UDOMLEARTPRASERT, P.; Roadmap to green supply chain electronics:
design for manufacturing implementation and management.
Assumption University – Bangkok - Thailand
International IEEE conference on Asian green electronics (AGEC) - 2004.
UENO T., SHIINO T., ONISHI H.; Evaluation of electronic components in life
cycle assessment.
J. Mater Cycles Waste Manag - Artigo: Abril 1998.
VEIT, H.M., PEREIRA, C.C., BERNARDES, A.M.; Emprego de processamento
mecânico para reciclagem de sucatas de placas de circuito impresso.
Projeto de pesquisa da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, UFRGS dezembro 2003 - http://www.abraci.org.br/?page=m_textos_tecnicos&id=32
Acessado em 29/set/2007
WILD-SCHOLTEN, M.J., ALSEMA E.A., Environmental Life Cycle Inventory of
Crystalline Silicon Photovoltaic Module Production, Proceedings of the Materials
Research Society Fall 2005 Meeting, Symposium G, Boston, USA,
28-30 November 2005, online publication at: www.mrs.org.
Acessado em 29/set/2007
WILLIANS, E.D., AYRES R.U., HELLER M.; The 1,7 kilogram microchip: energy
and material use in the production of semiconductor devices.
United Nations University - Tokyo - Japão, INSEAD - Cedex - França e National
Science Foundation - Virginia - EUA
Enviromental Science & Technology / Vol. 36 no. 24, 2002
134
WWF - World Wildlife Fund International; Living Planet Report 2006
http://www.panda.org/news_facts/publications/living_planet_report/footprint/index.cfm
(http://assets.panda.org/downloads/living_planet_report.pdf)
Gland - Switzerland – 2006 – Acessado em 29/set/2007
YOUNG J.E., SACHS A.; The next efficiency revolution: Creating a sustainable
materials economy - Worldwatch paper 121
Ed Ayres, Editor – September 1994
135
ANEXO I – CASO 1: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA
PLACA DE EQUIPAMENTO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Esta placa tem aplicação em equipamento de automação industrial e é
integrada como controle de uma unidade de computador.
A Figura 1 mostra a placa de circuito impresso e seus componentes eletrônicos
montados. Estes componentes eletrônicos possuem seus encapsulamentos e
dimensões específicas e que estarão sendo denominados como componentes
grandes (indicados com pontos cor laranja) que serão inseridos em máquinas
“pick-place (large parts)” e componentes pequenos (sem indicação alguma de
cor) que serão inseridos em máquinas
“pick-place (small parts)”. Os
componentes que são inseridos manualmente (indicados com pontos cor azul)
estarão sendo inseridos nas bancadas manuais. Neste caso a placa é de face
simples, existindo montagem de componentes somente de um lado da placa
que é apresentada na foto. Desta forma o número de máquinas no processo e
menor.
As características mecânicas e de montagem da placa da Figura 1 são
apresentadas na Tabela 1 abaixo como Caso 1, e o desdobramento dos
cálculos mostram que para esta placa com dimensão de 10,50 x 11,63 cm temse a necessidade de 0,32 hora (19,2 minutos) para se montar 1m² de placa
com as características da placa deste caso. Foi considerado o tempo total da
montagem dos componentes pequenos por ser maior em relação ao tempo
total para montagem dos componentes grandes de 0,03 horas, que terá o seu
tempo de “stand-by” considerado como consumindo 10% da potência total da
máquina.
136
FIGURA 1 – PLACA DE EQUIPAMENTO PARA SISTEMA DE AUTOMAÇÃO
Para esta placa não são necessárias as máquinas “screen printer”, forno de
refusão e as máquinas de inserção para montagem de componentes no outro
lado da placa e a identificação das máquinas utilizadas no processo, pode ser
observada com o número 0 (zero) na coluna de “Qtde. Maq.” na tabela 2.
Para a determinação do tempo que cada máquina trabalha em regime máximo
de consumo foi considerado como referência o tempo da máquina de maior
tempo, e desta forma as máquinas que mantém o máximo de consumo em
todo o tempo do processo de montagem terão o tempo determinado pela
máquina de maior tempo de inserção (para small parts). A referência aplicada
será a área da placa considerando 1m2.
A Tabela 2 apresenta o consumo de energia elétrica para esta placa, definindo
os tipos e quantidades de máquinas que são necessárias para no processo de
montagem. O consumo total de energia elétrica para a configuração necessária
a montagem é de 18,759 kWh/m2, ou seja a cada m2
de placa com a
137
característica apresentada, é necessário 18,759 kW para funcionamento das
máquinas envolvidas no processo.
TABELA 1 - TEMPOS DE INSERÇÃO POR ÁREA E ÁREA POR HORA –
CASO 1
# Análise: Caso 1
Total de Componentes (qtde.):
Área avaliada - Comprimento (cm):
Área avaliada - Largura (cm):
Area Analisada (cm²):
86
10,50
11,63
122,12
Maior Tempo para
Proposta (h/m²):
Qtde.
Compon.
no. Inserc.
Componente Pequeno:
Componente Grande:
Componente Grande (Mont. Manual):
77
8
1
20.000
20.000
---
Total de Componentes:
86
Tempo /
Compon.
(seg)
0,32
Tempo Total
Tempo
Inserc. /
Total
Area
Inserc. / m²
Analisada
(hora)
(seg)
0,18
0,18
13,86
1,44
0,32
0,03
---
---
---
TABELA 2 – CONSUMO DE ENERGIA POR MÁQUINA APLICADA AO
PROCESSO - CASO 1
AVALIAÇÃO DE CONSUMO PARA O CASO 1
A - Consumo de Energia por Maquina:
SCREEN PRINTER
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE REFUSÃO
GLUE INSERTION (DISPENSADORA DE COLA)
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE POLIMERIZAÇÃO
BANCADAS MANUAIS
WAVE SOLDER MACHINE
IN-CIRCUIT TEST
Consumo
Energia
(KW)
Qtde.
Maq.
.
Tempo de
operação
(h)
Tempo de
operação em
Stand-By (h)
3,0
5,0
5,0
80,0
5,0
5,0
5,0
40,0
0,5
50,0
2,2
0
1
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0,000
0,320
0,030
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,320
0,320
0,320
0,000
0,000
0,290
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Consumo
Energia em
Operação
(KW)
0,000
1,600
0,150
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,160
16,000
0,704
Consumo
Energia em
Stand-By
(KW)
0,000
0,000
0,145
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Total (KWh/m 2 )
Consumo
Energia
2
(KWh/m )
0,000
1,600
0,295
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,160
16,000
0,704
18,759
138
ANEXO II – CASO 2: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA
PLACA DE USO EM COMPUTADORES
Para uma placa de aplicação em computadores a necessidade de consumo de
energia elétrica e será de analisada como um Caso 2.
A Figura 1 mostra a placa de circuito impresso e seus componentes eletrônicos
montados. Fica mantida a condição dos componentes eletrônicos possuírem
seus encapsulamentos e dimensões específicas e que mantida a denominação
de componentes grandes (indicados com pontos cor laranja) que serão
inseridos em máquinas “pick-place (large parts)” e componentes pequenos
(sem indicação alguma de cor) que serão inseridos em máquinas “pick-place
(small parts)”. Os componentes que são inseridos manualmente (indicados com
pontos cor azul) estarão sendo inseridos nas bancadas manuais. Neste caso a
placa é de face dupla, existindo montagem de componentes nos dois lados e
para efeito de análise será considerado a mesma configuração para ambos os
lados conforme apresentada na Figura 1.
As características mecânicas e de montagem da placa da Figura 1 são
apresentadas na Tabela 1 e os cálculos mostram que para esta placa com
dimensão de 13,94 x 7,20 cm tem-se a necessidade de 0,20 horas (12 minutos)
para se montar 1m² de placa com as característica da placa de caso 2. Foi
considerado o tempo total da montagem dos componentes pequenos por ser
maior em relação ao tempo total para montagem dos componentes grandes de
0,03 horas.
O conceito de observar a coluna “Qtde. Maq.” na Tabela 2 para identificar as
máquinas aplicadas no processo de montagem desta placa também é valido,
cabendo somente a observação sobre a “screen printer”, que se considerarmos
o mesmo critério citado anteriormente de que a “screen printer” terá um tempo
total de operação de 0,004 hora (15 segundos) para uma impressão de área de
500 mm x 500 mm, então para aplicar a pasta de solda à área da placa de
139
13,94 x 7,20 cm será necessário o tempo de 1,61 x 10-4 horas para a “screen
printer” executar a tarefa. Como o tempo referência para o consumo será o da
máquina de “small parts”, a diferença para este tempo será considerada com
10% do consumo total em “stand-by”.
FIGURA 1 – PLACA DE APLICAÇÃO EM COMPUTADORES
A Tabela 2 apresenta o consumo de energia elétrica para esta placa, definindo
os tipos e quantidades de máquinas são necessárias para no processo de
montagem. O consumo total de energia elétrica para a configuração necessária
a montagem é de 37,835 kWh/m², ou seja a cada 1 m² montados desta placa
são consumidos 37,835 kWh.
140
TABELA 1 - TEMPOS DE INSERÇÃO POR ÁREA E ÁREA POR HORA –
CASO 2
# Análise: Caso 2
Total de Componentes (qtde.):
Área avaliada - Comprimento (cm):
Área avaliada - Largura (cm):
Area Analisada (cm2):
47
13,94
7,20
100,37
Maior Tempo para
Proposta (h/m²):
Qtde.
Compon.
no. Inserc.
Componente Pequeno:
Componente Grande:
Componente Grande (Mont. Manual):
40
6
1
20.000
20.000
---
Total de Componentes:
47
Tempo /
Compon.
(seg)
0,20
Tempo Total
Tempo
Inserc. /
Total
Area
Inserc. / m2
Analisada
(hora)
(seg)
0,18
0,18
7,20
1,08
0,20
0,03
---
---
---
TABELA 2 – CONSUMO DE ENERGIA POR MÁQUINA APLICADA AO
PROCESSO - CASO 2
AVALIAÇÃO DE CONSUMO PARA O CASO 2
A - Consumo de Energia por Maquina:
Consumo
Energia
(KVAh)
SCREEN PRINTER
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE REFUSÃO
GLUE INSERTION (DISPENSADORA DE COLA)
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE POLIMERIZAÇÃO
BANCADAS MANUAIS
WAVE SOLDER MACHINE
IN-CIRCUIT TEST
3,0
5,0
5,0
80,0
5,0
5,0
5,0
40,0
0,5
50,0
2,2
Tempo de
Qtde. Tempo de
operação em
Maq. operação (h)
Stand-By (h)
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1,61E-04
0,200
0,030
0,200
0,000
0,200
0,200
0,200
0,200
0,200
0,200
0,200
0,000
0,170
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Consumo
Energia em
Operação
(KW)
0,000
1,000
0,150
16,000
0,000
1,000
1,000
8,000
0,100
10,000
0,440
Consumo
Energia em
Stand-By
(KW)
0,060
0,000
0,085
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
0,000
Total (KWh/m 2 )
Consumo
Energia
(KVAh)
0,060
1,000
0,235
16,000
0,000
1,000
1,000
8,000
0,100
10,000
0,440
37,835
Obs.: Considerado a mesma combinação de componentes nos 2 lados da placa.
141
ANEXO III – CASO 3: CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA PARA
TELEFONES CELULARES PROPOSTO
Considerando que uma placa de telefone celular teria um dimensional médio de
4,50 cm X 9,00 cm e com uma estimativa de distribuição média de
componentes pequenos em torno de 500 unidades (dentro de uma faixa que
pode variar de 350 a 700 unidades) e os componentes grandes ficando em
torno de 30 unidades (variando em uma faixa de 7 a 40 unidades).
Deve-se observar que esta condição é definida pelas características do produto
celular e o critério de componentes grandes ou pequenos esta determinado
pela capacidade das máquinas de inserção.
FIGURA 1 – PLACA EXEMPLO DE TELEFONE CELULAR
Com
esta
distribuição,
propriamente
dita,
pode-se
considerar,
aproximadamente, que 90% são componentes pequenos e 10% são
componentes grandes. A Tabela 1 mostra uma característica de placa proposta
para o setor de telecomunicações para análise do consumo de energia elétrica.
TABELA 1 - TEMPOS DE INSERÇÃO POR ÁREA E ÁREA POR HORA –
TELECOMUNICAÇÕES
# Análise: Telecomunicações
Total de Componentes (qtde.):
Área avaliada - Comprimento (cm):
Área avaliada - Largura (cm):
Area Analisada (cm²):
530
4,50
9,00
40,50
Maior Tempo para
Proposta (h/m²):
Qtde.
Compon.
no. Inserc.
Componente Pequeno:
Componente Grande:
Componente Grande (Mont. Manual):
500
30
N.A.
20000
20000
---
Total de Componentes:
530
Tempo /
Compon.
(seg)
6,17
Tempo Total
Tempo
Inserc. /
Total
Area
Inserc. / m²
Analisada
(hora)
(seg)
0,18
0,18
90,00
5,40
6,17
0,37
---
---
---
Observando a distribuição dos componentes dentro da área definida pode-se
observar que são necessários 6,17 horas para fazer 1m².
A cada 1 hora são produzidas 0,16 m² de área de placa com a característica
definida.
A Tabela 2 mostra a configuração da linha que é capaz de fabricar tal placa e a
potencia total da configuração.
O critério para as máquinas aplicadas ao processo seguem o citado nos 2
casos anteriores e novamente a “screen printer”, que possui como
característica um tempo total de operação de 0,004 hora (15 segundos) para
uma impressão de área de 500 mm x 500 mm, conforme um padrão médio das
máquinas existentes hoje no mercado e desta forma para aplicar pasta de
solda em 1 m² de placa deverá levar 0,016 hora. Este tempo será aplicado nos
cálculos de consumo de energia e o tempo restante para atingir o tempo
padrão do processo, que será o tempo da “small parts” de 6,17 horas,
consideraremos como tempo de consumo em “standy-by” mantendo o critério
de consumo de 10% da potencia total da máquina.
143
Para este exemplo o cálculo de consumo de energia elétrica para uma
configuração capaz de executar a montagem da placa com tais características
de componentes e área de PCI resultou em 830,153 kWh/m².
TABELA 2 – CONSUMO POR MÁQUINA APLICADA AO PROCESSO –
TELECOMUNICAÇÕES
AVALIAÇÃO DE CONSUMO PARA TELECOMUNICAÇÕES
A - Consumo de Energia por Maquina:
Consumo
Energia
(KW)
SCREEN PRINTER
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE REFUSÃO
GLUE INSERTION (DISPENSADORA DE COLA)
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE POLIMERIZAÇÃO
BANCADAS MANUAIS
WAVE SOLDER MACHINE
IN-CIRCUIT TEST
3,0
5,0
5,0
80,0
5,0
5,0
5,0
40,0
0,5
50,0
2,2
Tempo de
Qtde. Tempo de
operação em
Maq. operação (h)
Stand-By (h)
1
1
1
1
0
1
1
1
1
0
1
0,016
6,170
0,370
6,170
0,000
6,170
0,370
6,170
6,170
0,320
6,170
6,154
0,000
5,800
0,000
6,170
0,000
5,800
0,000
0,000
5,850
0,000
Consumo
Energia em
Operação
(KW)
0,048
30,850
1,850
493,600
0,000
30,850
1,850
246,800
3,085
0,000
13,574
Consumo
Energia em
Stand-By
(KW)
1,846
0,000
2,900
0,000
0,000
0,000
2,900
0,000
0,000
0,000
0,000
Total (KWh/m 2 )
Consumo
Energia
(KVAh)
1,894
30,850
4,750
493,600
0,000
30,850
4,750
246,800
3,085
0,000
13,574
830,153
144
ANEXO IV – INFORMAÇÃO REFERENCIAL DE MÁQUINAS E
FORNECEDORES
Para este trabalho foram adotados valores de consumo de potência baseado
em informações de manuais de vários fornecedores de máquinas sendo que os
valores adotados na tabela abaixo são valores médios para referência de
cálculo.
VALOR
ADOTADO NO
TRABALHO
PROCESSO
MÁQUINA
POTÊNCIA
(KW)
FORNECEDORES /
Links de referência
- MPM, Deck, Camelot, ...
Aplicação de pasta de solda
SCREEN PRINTER
por processo de impressão.
3
http://www.smtinline.com/html-en/NewProducts/dek265horizon.html
http://www.smtinline.com/html-en/NewProducts/prn-svy/05.html
http://www.dek.com/
http://industrial.panasonic.com/ww/products_e/product_cat2/AAAH00
0_e/AAAH000_e/printer/index.html
- Fuji, Siemens, Panasonic, Juki, ...
Inserção de componentes PICK-PLACE (SMALL
PARTS)
SMDs Pequenos
5
Inserção de componentes PICK-PLACE (LARGE
PARTS)
SMDs Grandes
5
http://industrial.panasonic.com/ww/products_e/product_cat2/AAAH00
0_e/AAAH000_e/mounter/index.html
http://www.smtinline.com/html-en/NewProducts/xp-141e.html
http://www.smtinline.com/html-en/NewProducts/cp732-en.html
http://www.fuji.co.jp/e/SMT/smt_Products/nxt/index_nxt.html
http://www.fuji.co.jp/e/SMT/index.html
http://www.circuitnet.com/classifieds/10425.shtml
http://ea.automation.siemens.com/doc/standard.asp?id=6127&domid
=10&sp=E&addlastid=&m1=6118&m2=6124&m3=6127
- Heller, BTU, Conceptronics, Eletrovert, Ominoflo, ...
Soldagem em forno de
refusão
FORNO DE REFUSÃO
Aplicação de adesivo para GLUE INSERTION
(DISPENSADORA DE
SMDs.
COLA)
Inserção de SMDs
pequenos sobre adesivos.
Inserção de SMDs grandes
sobre adesivos.
80
http://www.hellerindustries.com/markIIIApex.htm
http://www.equipmatching.com/manufacturer/CONCEPTRONIC
http://www.speedlinetech.com/electrovert/electra.aspx
- Fuji, Panasonic, ...
5
http://industrial.panasonic.com/ww/products_e/product_cat2/AAAH00
0_e/AAAH000_e/adhesive/index.html
PICK-PLACE (SMALL
PARTS)
5
- Fuji, Panasonic, ...
PICK-PLACE (LARGE
PARTS)
5
- Fuji, Panasonic, ...
- Heller, BTU, Conceptronics, Eletrovert, Ominoflo, ...
Cura de adesivo.
FORNO DE
POLIMERIZAÇÃO
Inserção de componentes BANCADAS
MANUAIS
convencionais.
40
http://www.hellerindustries.com/markIIIApex.htm
http://www.madelltech.com/wavesolders.html
http://www.novastarinc.com/reflowspecs.html
0,5
- Fabricantes em geral de mobiliário industrial
- Eletrovert, Heller, ...
Soldagem a onda.
WAVE SOLDER
MACHINE
50
IN-CIRCUIT TEST
2,2
http://www.hellerindustries.com/markIIIApex.htm
http://www.madelltech.com/wavesolders.html
http://www.novastarinc.com/reflowspecs.html
- HP, Alfatest, ...
Testes paramétricos.
http://www.alfatest.ro/en/index.php?page=testequipments&spage=test-in-circuit#links
http://www.teradyne.com/ict/teststation-in-circuit-test/
ANEXO V – CÁLCULO DAS ÁREAS DOS COMPONENTES E
TEMPO DE INSERÇÃO
CÁLCULO DAS ÁREAS DOS COMPONENTES E TEMPO DE INSERÇÃO
A- Componentes
Medida do Componente (mm)
Componente Pequeno
Componente Grande
Espaço Livre ao redor do Componente
5
15
x
x
1,27
5
15
Área do
Componente
(m2)
2,500E-05
2,250E-04
Área do
Componente
comEspaço
3,931E-05
2,647E-04
Distribuição de área por tamanho
de componente (%)
Número de inserção por área
(Ins./m2)
Componente Pequeno
Componente Grande
70
30
17.806
1.133
Área da Placa (m2)
1
Componente Pequeno
Componente Grande
Número de Inserção
(Média Horária)
Tempo Necessário para área
definida (hora/m2)
20.000
20.000
0,890
0,057
146
ANEXO VI – PLANILHA PARA APLICAÇÃO DO CONSUMO
PARA DEMANDAS LIMITES EM M²/MÊS
PROPOSTA DO MODELO DE CONSUMO PARA INDÚSTRIA ELETRÔNICA
A - Componentes
Área do
Componente
(m2)
-5
2,500 x 10
-4
2,250 x 10
Medida do Componente (mm)
Componente Pequeno
Componente Grande
5
15
x
x
5
15
Área do
Componente
com Espaço
-5
3,931 x 10
-4
2,647 x 10
1,27
Espaço Livre ao redor do Componente
Distribuição de área por tamanho
de componente (%)
Número de inserção por área
(Ins./m2)
Componente Pequeno
Componente Grande
70
30
17.806
1.133
Área da Placa (m2)
1
Componente Pequeno
Componente Grande
Número de Inserção
20.000
20.000
Tempo Necessário para área
0,890
0,057
B - Consumo de Energia por Maquina
SCREEN PRINTER
Consumo
Máx. (KW)
.
3,0
Qtde.
Maq.
.
1
Tempo de
Tempo de
Consumo
Consumo
operação operação em
Energia em
Energia em
Stand-By (h) Operação (KW) Stand-By (KW)
(h)
0,016
0,874
0,048
0,262
Consumo/Área
(KWh/m2)
.
0,310
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
5,0
1
0,890
0,000
4,450
0,000
4,450
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
5,0
1
0,057
0,833
0,285
0,417
0,702
FORNO DE REFUSÃO
GLUE INSERTION (DISPENSADORA DE COLA)
PICK-PLACE (SMALL PARTS)
PICK-PLACE (LARGE PARTS)
FORNO DE POLIMERIZAÇÃO
BANCADAS MANUAIS
WAVE SOLDER MACHINE
IN-CIRCUIT TEST
80,0
5,0
5,0
5,0
40,0
0,5
50,0
2,2
1
1
1
1
1
1
1
1
0,890
0,890
0,890
0,057
0,890
0,890
0,890
0,890
0,000
0,000
0,000
0,833
0,000
0,000
0,000
0,000
71,200
4,450
4,450
0,285
35,600
0,445
44,500
1,958
0,000
0,000
0,000
0,417
0,000
0,000
0,000
0,000
71,200
4,450
4,450
0,702
35,600
0,445
44,500
1,958
Total (KWh/m 2 )
168,766
# Para a demanda de PCI por área de
70.000,000
(m2/mês)
necessita-se de
141,764
(GWh/Ano)
# Para a demanda de PCI por área de
94.000,000
(m2/mês)
necessita-se de
190,368
(GWh/Ano)
147