XXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção
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RIO 92 + 10: UM EXEMPLO BEM SUCEDIDO DE
COOPERAÇÃO NORTE-SUL NO DESENVOLVIMENTO
SUSTENTÁVEL NA ÁREA DA CERÂMICA VERMELHA
Marina Rodrigues Brochado
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – Cefet/RJ
Av. Maracanã, 229 – Bloco E – 5o andar - Pós-Graduação- Rio de Janeiro – RJ [email protected]
Cristina Gomes de Souza
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – Cefet/RJ
Av. Maracanã, 229 – Bloco E – 5o andar - Pós-Graduação- Rio de Janeiro – RJ – [email protected]
Friedrich Wilhelm Grimme
Instituto de Tecnologia para os Trópicos – ITT da Universidade de Ciências Aplicadas
Betzdorfer Straβe 2 – 50679 – Köln /Alemanha -friedrich.grimme@fh
Michael Laar
Instituto de Tecnologia para os Trópicos – ITT / Universidade de Ciências Aplicadas
Betzdorfer Straβe 2 – 50679 – Köln /Alemanha - [email protected]
CEFET/RJ established an exchange program with the University of Applied Sciences
Cologne – FH Köln, in Germany to development a reseach about technological tranfer in
the energetic efficiency area. The aim of this paper is to present the development and the
results of a research project titled “An interdisciplinary approach in the area of
technological innovation: a case study of the brick industry”, which was carried out
between 1999 and 2001, sponsored by CAPES and the DAAD. This research project
focused on the high porosity brick for structural applications, which combines a very low
thermal conductivity with low weight, high resistance to pressure and a lower energy input
during the production process. All this contributes to higher energetic efficiency in the life
cycle of this product.
Key words: international cooperation, energetic efficiency, brick industry.
1. INTRODUÇÃO
Na Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente Humano, realizada em
Estocolmo, em 1972, os cientistas mostraram-se preocupados com o esgotamento, num
futuro próximo, de alguns recursos naturais não renováveis, tais como petróleo e cobre. O
primeiro relatório do Clube de Roma, denominado “Os Limites do Crescimento”,
divulgado em 1971, previa uma incontrolável mortandade da população por volta de 2050,
provocado pelo esgotamento dos recursos naturais, como conseqüência do aumento da
produção industrial e de alimentos para atender ao crescimento exponencial da população
(MEADOWS, 1973).
Somente a partir de meados da década de 80 é que começou a se difundir, em muitos
países europeus, a consciência de que os danos da atividade cotidiana ao meio ambiente
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poderiam ser substancialmente reduzidos por meio da prática de negócios ecologicamente
corretas. Esta mudança de atitude foi mais radical na Alemanha, onde a sociedade,
apoiada pelo movimento ecológico e a mídia, atuou no sentido de pressionar as empresas
para que adotassem uma postura pró-ativa em relação ao meio ambiente, como por
exemplo, realizar investimentos na melhoria dos seus processos produtivos (REGAZZI
FILHO, 2002).
Os grandes marcos divisórios do processo de conscientização ecológica que estão
influindo na mudança de atitude da sociedade e, deste modo, contribuindo para alavancar
as pressões pela responsabilidade ambiental das empresas são: a Conferência das Nações
Unidas sobre o Ambiente Humano, realizada em Estocolmo em 1972; o Relatório
Brundtland, de 1987; e a Conferência das Nações Unidas sobre Meio Ambiente e
Desenvolvimento, realizada no Rio de Janeiro em 1992 (RIBEIRO, 2000).
Nessa última Conferência, com o objetivo de auxiliar as empresas no planejamento
ambiental de suas atividades, foi apresentada pelo World Business Council for Sustainable
Development – WBCSD, a proposta da ecoeficiência: “produção de bens e serviços a
preços competitivos, que tragam satisfação e qualidade de vida ao consumidor, ao mesmo
tempo em que se reduz a geração de poluentes e o uso de recursos, considerando todo o seu
ciclo de vida, ao nível que seja no mínimo o que se estima ser suportado pela Terra.”
A novidade desta proposta foi a inclusão de uma nova dimensão para a definição da
competitividade: produzir mais, com maior eficiência, utilizando menos insumos e gerando
menos rejeitos, ficando evidente a necessidade e urgência de se elaborar projetos políticos,
sociais, econômicos e culturais destinados à preservação dos recursos naturais, sem no
entanto, perder de vista o objetivo de aumentar a qualidade de vida das populações.
Sabendo-se da importância do papel que as Universidades e Institutos de Pesquisa
têm na produção de conhecimento sobre o meio ambiente e tecnologias de conservação, o
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca – CEFET/RJ
estabeleceu um intercâmbio com o Instituto de Tecnologia para os Trópicos – ITT, da
Universidade de Ciências Aplicadas de Colônia – FH Köln, na Alemanha, visando um
estudo cooperativo de métodos e procedimentos aplicáveis ao processo de inovação
tecnológica e seu impacto na economia, na sociedade e no meio ambiente.
Através do referido intercâmbio, que teve início em 1999 e que conta com o apoio da
CAPES e do DAAD, foi desenvolvida a pesquisa intitulada “Uma Abordagem
Interdisciplinar na Área de Inovação Tecnológica: Estudo da Indústria da Cerâmica
Vermelha”. A pesquisa teve como parâmetro o estudo da indústria da cerâmica vermelha –
especificamente do bloco estrutural de alta porosidade – que possui em sua composição
materiais como serragem, casca de arroz ou outros elementos orgânicos e inorgânicos,
utilizados para aumentar a porosidade do bloco e conseqüentemente reduzir tanto a
condutância térmica como a energia necessária em seu processo de produção, contribuindo
para a melhoria dos índices de desempenho térmico-energéticos.
O objetivo do artigo é apresentar os resultados até o momento alcançados da pesquisa
em questão, abordando os impactos da absorção dessa tecnologia da indústria da cerâmica
vermelha – bloco estrutural de alta porosidade - sobre a preservação ambiental,
particularmente no que se refere à eficiência energética. Vale ressaltar, que a pesquisa que
inicialmente tinha um caráter puramente acadêmico, acabou se transformando num projeto
mais amplo agregando a iniciativa privada, envolvendo mais instituições que lidam com a
questão tecnológica e ambiental, e ganhando financiamento de outros órgãos de fomento.
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2. O CONTEXTO DO PROJETO DE COOPERAÇÃO NA ÁREA AMBIENTAL
A pesquisa “Uma Abordagem Interdisciplinar na Área de Inovação Tecnológica:
Estudo da Indústria da Cerâmica Vermelha” vem sendo desenvolvida pelo CEFET/RJ e
pelo ITT – Instituto de Tecnologia para os Trópicos.
O CEFET/RJ é uma instituição que vem realizando ultimamente vários projetos de
pesquisa e estudos tecnológicos como condição necessária para manutenção e consolidação
do seu curso de Mestrado em Tecnologia, abrangendo 4 linhas de pesquisa: Integridade
Estrutural; Modernização dos Processos Tecnológicos; Definição de Perfis; e Inovações
Tecnológicas. Em 2000 foi consolidado um grupo de pesquisa Eficiência Energética e
Conforto Ambiental, cadastrado no CNPq, agregando vários pesquisadores com atuação na
área ambiental, com o objetivo de capacitar recursos humanos e promover a inovação
tecnológica no que se refere à eficiência energética e conforto ambiental.
O ITT, vinculado à FH Köln, é um instituto de ensino interdisciplinar que pesquisa
estratégias de desenvolvimento sustentável para países da faixa tropical abrangendo temas
como gestão da informação, transferência de tecnologia, economia e desenvolvimento do
meio-ambiente, principalmente no que se refere à arquitetura, urbanismo sustentável e
gerenciamento de recursos hídricos e do solo.
A pesquisa desenvolvida em parceria pelas duas instituições teve como um dos
objetivos principais conhecer o processo alemão de desenvolvimento da tecnologia de
cerâmica vermelha – no caso, bloco estrutural de alta porosidade - e analisar o impacto
sócio-econômico e ambiental de sua produção e de sua utilização nas edificações locais.
Vale ressaltar que, no caso da construção civil, o desenvolvimento e absorção das
inovações tecnológicas pelo setor produtivo difere de outros setores industriais: ela exerce
poucos efeitos retroativos no plano tecnológico sofrendo, inversamente, o impacto de
mudanças introduzidas por aqueles que lhes fornecem os insumos materiais (indústrias de
materiais e componentes).
A absorção de novas tecnologias no setor esbarra, ainda, em alguns problemas. Por
exemplo: as falhas associadas à introdução de novos produtos são bastante freqüentes em
função da pequena integração entre fornecedores e empresas de construção fazendo com
que novos produtos sejam lançados no mercado, sem informações suficientes quanto às
suas propriedades e sobre às formas como devem ser utilizados. Também as orientações
presentes nas normas brasileiras, eminentemente prescritivas, descrevem os preceitos
qualitativos do produto, porém, não prevêem avaliação do seu desempenho em uso
acompanhando o lançamento no mercado.
No que diz respeito à indústria de componentes cerâmicos, observa-se que as
cerâmicas de pequeno e médio portes atendem à maior parte da produção dos materiais
consumidos pela indústria da construção civil, especialmente no Estado do Rio de Janeiro.
Os blocoss furados, telhas, manilhas e outros elementos cerâmicos são geralmente obtidos
em instalações rudimentares, semi-mecanizadas e de média capacidade de produção,
enquanto que as usinas de grande porte, que empregam processos automatizados, são em
número insuficiente.
Particularmente no que se refere à cerâmica vermelha ou cerâmica estrutural, a
situação se torna ainda mais crítica uma vez que cerca de 90% das empresas que atuam
nesse setor ou são micro-empresas familiares com atividades essencialmente manuais
constituindo as chamadas olarias, ou são empresas de pequeno e médio porte utilizando,
em sua grande maioria, tecnologia desenvolvida há mais de cinqüenta anos.
Essa defasagem tecnológica faz com que a produtividade e qualidade dos produtos
sejam inferiores se comparado com às indústrias cerâmicas estrangeiras. Nesse momento
de globalização da economia, não havendo mais exigência de participação nacional na
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formação de joint-ventures, corre-se o risco de assistirmos a “quebra” de muitas empresas
brasileiras.
Paralelamente à inovação tecnológica, discute-se muito a questão ambiental onde
conceitos como ecologia, durabilidade, baixo consumo de matérias-primas e racionalidade
de recursos, são importantes para a consolidação de um desenvolvimento sustentável.
Além da tendência de se buscar práticas produtivas cada vez menos predatórias e
mais restauradoras, existe grande preocupação com os aspectos energéticos, não só no que
tange ao processo de produção, como também ao consumo de energia necessário à uma
melhor qualidade de vida da população, o que envolve, entre outros fatores, a eficiência
energética das edificações.
Enquanto países desenvolvidos conseguiram atingir índices de desempenho térmicoenergéticos - que estabelecem limites para as perdas e ganhos térmicos e para o consumo
de energia - que levaram a diminuição de consumo de energia em até 80%, nas edificações
brasileiras, ao contrário, tem se verificado um consumo crescente de energia.
Como o desempenho energético global de uma edificação pode ser melhorado, entre
outros fatores, pela especificação e uso adequado de materiais capazes de contribuir para o
conforto ambiental e conseqüente redução de utilização de equipamentos mecânicos, existe
hoje uma demanda por novos conhecimentos tecnológicos nessa área.
A cerâmica vermelha especificamente o bloco estrutural de alta porosidade, que tem
em sua composição materiais como serragem, casca de arroz ou outros elementos
orgânicos e inorgânicos, apresenta uma redução tanto da condutância térmica como da
energia necessária em seu processo de produção. Essa tecnologia, cujo estado da arte
encontra-se na Alemanha, tem como uma de suas principais características a conservação
de energia, contribuindo para a melhoria dos índices de desempenho térmico-energéticos e
conseqüentemente do conforto ambiental.
3. A TECNOLOGIA DO BLOCO CERÂMICO DE ALTA POROSIDADE NA
PRESERVAÇÃO AMBIENTAL
O bloco estrutural alemão de alta porosidade - "Dammziegel" - foi desenvolvido por
centros de pesquisa com auxílio das organizações de classe empresariais do setor cerâmico
alemão e das Universidades. Essa tecnologia foi a mais aceita e tornou-se padrão no país
devido ao seu baixo consumo energético no processo de produção e na melhoria do
desempenho térmico-energético das edificações. Blocos cerâmicos, lajes e telhas são
produzidos a partir de um processo que, no decorrer de 10 anos, reduziu em 40% o
consumo energético médio do setor (WIENEBERGER, 1999).
A questão ambiental também foi decisiva na adoção deste padrão. Estudos alemães
apontam a cerâmica como um material que se integra e resguarda o meio ambiente tanto na
sua produção quanto no uso, principalmente após medidas que regulamentaram a
exploração das lavras de argila e o uso de gás como o principal combustível para a etapa de
queima do processo. Além disso os materiais cerâmicos não geram resíduos tóxicos e são
inertes ao contato para seres humanos.
A tecnologia de alta porosidade se baseia na redução da densidade do material
cerâmico pela mistura de materiais orgânicos na massa básica de argilas. Estes materiais
após o processo de queima, aonde se chegam a temperaturas de 850 a 1000o C (WAGNER,
1998), se extinguem e geram espaços vazios. Os interstícios de ar baixam a condutividade
térmica da cerâmica o que, aliado a um desenho específico dos furos do bloco, retardam
consideravelmente o fluxo térmico, conforme ilustrado na Figura 1.
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Figura 1: Fluxo térmico resultante dos furos do bloco de alta porosidade
Estes materiais orgânicos também contribuem, durante o processo de queima, na
geração de calor de forma endotérmica, uma vez que entram em combustão entre 250 e
300o C, proporcionando a redução do ciclo de queima em alta temperatura para um período
de 2:00 h (WAGNER, 1998). Na cerâmica vermelha convencional esse ciclo é de 8:00 h, o
que representa uma diferença de 6:00 h. Por sua vez, o ciclo total de queima é de 24:00 h,
enquanto o da cerâmica vermelha convencional no Brasil é, em média, de 48:00 h
(SEBRAE, 1997).
A mistura básica é de 85% de argilas e 15% de material orgânico (WIENEBERGER,
1999), sendo uma parte de materiais extra-finos e parte de materiais com dimensões
maiores. Normalmente são usados serragem, cinzas de chaminés, palha de arroz ou trigo e
EPS. Associado a isto é feito um rigoroso controle das etapas do processo, principalmente
no que tange à umidade e granulometria do material, de forma a reduzir o consumo
energético dos equipamentos de preparação da massa. Este conjunto de procedimentos
garante sua qualidade e alta resistência para o uso como bloco estrutural.
No Brasil a indústria da cerâmica vermelha vem sendo alvo de programas de
conservação de energia em função do significativo consumo demandado no processo de
produção. Estima-se que 40 a 50% do custo de um bloco recai sobre o gasto energético de
sua fabricação, incluindo nesse percentual o combustível para a queima e a energia elétrica
para alimentação dos equipamentos característicos do processo (SEBRAE, 1997).
A quantidade de energia necessária em uma indústria brasileira para a produção de
1.000.000 de peças ou 2000 t, é da ordem de 75.000 kWh de energia elétrica, 100.000 Kg
de óleo combustível e 300 m3 de lenha. Aplicando-se equivalentes energéticos em calorias,
conclui-se que gasta-se 678 Kcal por cada Kg de material produzido (SANTOS, 1999). Na
Alemanha esta cifra cai para 400 Kcal (WAGNER, 1998), ou seja, no Brasil se consome
até 70% a mais de energia na produção da mesma quantidade de material.
Quanto ao uso, os materiais de construção apresentam características também
bastante variadas, notadamente a maior, em relação ao consumo de energia. Os principais
parâmetros são a condutividade térmica (K ou λ) cuja unidade é W/m.K , e a transmitância
térmica (U) cuja unidade é W/m2.K .
A condutividade térmica é absoluta em função apenas das características do material.
No caso da cerâmica vermelha os valores variam, no Brasil, em torno de 0,7 chegando a
mínimos de 0,65 W/m.K (LAMBERTS, 1997). No caso do bloco alemão que utiliza a
tecnologia de alta porosidade, os valores mais elevados são da ordem de 0,33 chegando até
0,15 W/m.K (WIENEBERGER, 1999). Trata-se de variável relacionada diretamente à
densidade do material de modo que os materiais de densidade mais elevada tendem a ter a
condutividade mais alta.
A transmitância térmica, ou K-wert em alemão, têm relação com o conjunto dos
materiais que compõem a parede e sua espessura. O conjunto de materiais com variados
valores de condutividade (K) podem alterar para mais ou menos o valor final da
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transmitância (U). As paredes emboçadas com cimento por exemplo tendem a ter valores
U mais elevados pois o cimento têm um valor K alto, em torno de 1,15 W/m.K. Tome-se
um exemplo de uma parede com 12,5 cm de espessura sendo 3,5 cm de camadas de
cimento e 9 cm de cerâmica vermelha. Nesse caso, a transmitância é da ordem de 2,49
W/m2.K (LAMBERTS, 1997). Uma parede típica de alvenaria estrutural alemã com blocos
de alta porosidade com 28,5 cm de espessura, sendo 4,5 cm de camadas de cimento e 24
cm de espessura de cerãmica vermelha, tem uma transmitância de 0,51 W/m2.K
(WIENEBERGER, 1999).
Assim sendo, considerando-se as mesmas condições de insolação e cor dos
revestimentos, a quantidade de calor transmitida por metro quadrado no padrão brasileiro é
4,8 vezes maior. As condições climáticas alemães são muito mais rigorosas do que a
brasileira, chegando a serem considerados gradientes de temperatura de até 45oC (-20oC de
temperatura externa para 25oC de temperatura interna). Já a diferença de gradiente no
Brasil é de até 20oC, com 45oC no ambiente externo para 25oC no ambiente interno.
Porém, diferentemente do caso alemão, que precisa necessariamente de um sistema
auxiliar de condicionamento para efeito de aquecimento, no Brasil seria possível, com a
adoção dos padrões alemães, praticamente eliminar os sistemas de condicionamento de ar,
principalmente nas edificações residenciais. Vale ressaltar que a ventilação e o
condicionamento de ar são responsáveis por 25 a 50% do consumo global de uma
edificação. Para o Estado do Rio de Janeiro estes valores chegam a 10% nas edificações
residenciais e 50% nas comerciais (LAMBERTS, 1997).
No caso alemão também se considera as espessuras de paredes mais largas em
função de suas propriedades estruturais. O padrão de espessura para paredes de alvenaria
estrutural com cerâmica vermelha é da ordem de 24 cm chegando em alguns casos a 42 cm
(WIENEBERGER, 1999). No Brasil a cerâmica de vedação tem 9 cm de largura e a
cerâmica estrutural chega até 19 cm. Esta observação é pertinente no sentido de que há
uma economia considerável na adoção de sistemas de alvenaria estrutural, da ordem de
30%, em comparação com os sistemas de concreto armado (ANICER, 1999), e que tende a
aumentar em função de que estes sistemas ainda não são tão desenvolvidos no Brasil.
Os índices de condutividade de um produto brasileiro não precisam ser
necessariamente os mesmos do produto alemão, pois nossas condições climáticas são
diferentes. Reduzindo-a para 0,4 W/m.K, isto é 20% a mais do que o bloco alemão de pior
condutividade, e usando-se paredes estruturais de pelo menos 25 cm de espessura, reduzirse-ia a transmitância térmica para 1,53 W/m2.K Isto equivale a transmissão de 40% a
menos de calor por metro quadrado de parede opaca em relação aos padrões brasileiros
atuais.
A redução de consumo energético para 550 Kcal/Kg de material produzido, ou seja,
ainda 38% a mais do que na Alemanha, geraria somente na produção, uma economia
energética equivalente a 138,6 Gcal por mês, se aplicada apenas em 20% das indústrias
cerâmicas do Estado do Rio de Janeiro. Este valor se traduz ainda em 12,8 t de óleo
combustível ou 161,2 MWh.
4. CONCLUSÕES
Apesar de todo o discurso em torno das discussões acerca do desenvolvimento
sustentável, na forma da Agenda 21, a tecnologia, ou seja, aplicação do conhecimento
científico à solução de problemas práticos, não tem se mostrado suficientemente ágil, pelo
menos até o momento, em buscar alternativas para o impacto ambiental resultante do uso
extensivo de suas inovações e descobertas.
Tentando mudar essa realidade, o CEFET/RJ em parceria com o ITT, vem
desenvolvendo uma pesquisa com o objetivo de analisar os impactos da absorção da
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tecnologia do bloco de alta porosidade que contribui para a preservação ambiental no que
se refere à eficiência energética, tanto a nível de produção quanto de utilização do produto.
A pesquisa em questão possibilitou a interação técnico-científica entre várias outras
instituições brasileiras que têm interesse e que desenvolvem projetos na área, tais como
SEBRAE/RJ, SENAI e INT. A iniciativa privada através das indústrias do setor cerâmico e
suas entidades de classe como ANICER - Associação Nacional das Indústrias Cerâmicas e
ABC - Associação Brasileira de Cerâmica, têm procurado subsídios para produção da
cerâmica vermelha estrutural de alta porosidade, o que mostra que a pesquisa encontra-se
bem direcionada e que as indústrias demandam desenvolvimento tecnológico atrelado à
preservação ambiental.
Trata-se de uma postura pró-ativa do CEFET/RJ que tem consciência da importância
do papel que representa na produção de conhecimento sobre o meio ambiente e tecnologias
de conservação, respaldado no conceito de interdisciplinaridade em que se baseia a questão
ambiental.
Espera-se que, com os resultados da próxima Cúpula Mundial sobre
Desenvolvimento Sustentável (Rio 92+10), a ser realizada em setembro de 2002, em
Joanesburgo, África do Sul – onde está previsto a avaliação do progresso dos programas da
Agenda 21 -, sejam estabelecidos programas que estimulem uma maior cooperação entre
países de diferentes estágios de desenvolvimento para que haja efetivamente a
transferência de tecnologias dentro de um conceito de ecoeficiência.
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