Volume 1, Número 1 | Outubro de 2013
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Volume 1, Número 1 | Outubro de 2013 REVISTA PERNAMBUCANA DE TECNOLOGIA U m a p u b l i c a ç ã o d o I n s t i t u t o d e Te c n o l o g i a d e Pe r n a m b u c o - I T E P Volume 1, Número 1 | Outubro de 2013 Expediente Diretoria Executiva Comissão Científica Diretor Presidente (DPR) Frederico Cavalcanti Montenegro Adélia Cristina Pessoa Araújo (ITEP) Dra. em Saúde Pública (USP) Diretora Administrativa Financeira (DAF) Patricia Mezzadre Verçosa Arnóbio Gonçalves de Andrade (CETENE) Dr. em Agronomia (Solos e Nutrição de Plantas) (USP) e pós-doutorado (GSU) Diretor Executivo Comercial (DEC) Ivan Dornelas Falcone de Melo Diretor Técnico Científico (DTC) José Geraldo Eugênio de França Comitê Executivo José Geraldo Eugênio de França Presidente do Conselho Editorial Sônia Valéria Pereira Gerente de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação Elaine Raposo de Melo Macêdo Biblioteca ITEP - Secretaria Executiva Jose Antonio Valença de Oliveria Coordenador Administrativo Simone Rosa de Oliveria Editoração / Normatização Alberto Saulo Silva de Lima ITEP - Projeto Gráfico Déborah Vanessa Pereira da Silva ITEP - Diagramação Eveline Mendes Costa Lopes ITEP - Revisora de texto REVISTA PERNAMBUCANA DE TECNOLOGIA Editada pelo Instituto de Tecnologia de Pernambuco. v. 1, n.1(2013) – Recife/PE: ITEP/OS, 2012. Periodicidade: semestral Sistema requerido: Adobe e Acrobat Reader. 1.Tecnologia - Periódicos Adriano Batista Dias (FUNDAJ) Dr. em Economia (VU) Carlos Welligton de A. P. Sobrinho (ITEP) MSc. em Engenharia Civil (COPPE/UFRJ) Celso Vainer Manzatto (EMBRAPA) Dr. em Produção Vegetal (UENF) Eden Cavalcanti de A. Júnior (ITEP) Dr. em Eng. Química (UNICAMP) Emídio Cantídio Almeida de Oliveira (UFRPE/CAPES) Dr. em Solos e Nutrição de Plantas (ESALQ) Frederico Cavalcanti Montenegro (ITEP) Dr. em Física (UFPE) Gutemberg de Souza Pimenta (CENPES/PDEP/TMEC) MSc. em Metalurgia e Ciência dos Materiais (UFRJ) José Geraldo Eugênio de França (ITEP) – Presidente do Conselho Editorial Dr. em Agronomia – Genética e Melhoramento Vegetal (TAMU) Osmar Souto Baraúna (ITEP) Dr. em Engenharia Química (UNICAMP) Severino Leopoldino Urtiga Filho (UFPE) Dr. em Eng. Mecânica (UNICAMP) Silvio José de Macedo (UFPE) Dr. em Ciências (USP) Sônia Valéria Pereira (ITEP) Dra. em Botânica (UFRPE) Washington Luiz de Barros Melo (EMBRAPA) Dr. em Física (UFPE) Yêda Vieira Povoas Tavares (UPE) Dra. em Eng. de Construção Civil e Urbana (USP) Apresentação A Revista Pernambucana de Tecnologia (RPT) caracteriza-se por ser o veículo de publicação científica do Instituto de Tecnologia de Pernambuco (ITEP ) e de instituições científicas do Nordeste do Brasil. Em sua primeira fase, entre 1981 e 1987, o periódico tinha como principal objetivo divulgar prioritariamente os resultados obtidos pela equipe técnica do ITEP, destacando-se entre outros temas a construção civil, a tecnologia do gesso e o controle de qualidade de combustíveis líquidos, notadamente, o etanol. Por alguns anos a instituição deixou de publicar sua revista, passando a utilizar-se dos novos meios de divulgação científica criados no país para tornar público os resultados de seus projetos e iniciativas. Neste momento, o ITEP retoma a publicação da Revista Pernambucana de Tecnologia e volta a se inserir na comunidade científica regional como uma instituição provedora de documentos e informações científicas e técnicas relevantes para o meio acadêmico e empresarial. Nas duas últimas décadas, do ponto de vista científico e tecnológico não foram poucos os avanços observados. A informática popularizou-se e atinge a maioria da população mesmo em países em desenvolvimento. A internet e as formas de comunicação digital tornaram a informação acessível a uma fração da população que dificilmente conseguiria tornar-se usuária dos meios impressos, somente. A química analítica, as ciências ambientais, a segurança alimentar, a construção civil, a engenharia do petróleo e gás, as energias renováveis, a tecnologia ambiental, a biotecnologia, a ciência da computação têm mudado radicalmente a vida do cidadão comum e colocado o bem estar da população em um patamar inimaginável. Por outro lado, as mudanças climáticas em curso passaram a fazer parte do cotidiano das pessoas e merece uma atenção redobrada por parte da comunidade governamental, dos empresários e das instituições de ensino e pesquisa. Neste sentido, a proposta da Revista Pernambucana de Tecnologia se insere neste novo ambiente tecnológico e espera poder ser mais um instrumento de disseminação científica, tecnológica e cultural para Pernambuco e o Nordeste. Por último, o Comitê Editorial da Revista Pernambucana de Tecnologia gostaria de agradecer a todos os autores, colaboradores do ITEP e a comunidade ligada à ciência e tecnologia do estado de Pernambuco pelo apoio em fazer real este instrumento de divulgação científica. Contato Revista Pernambucana de Tecnologia Conselho Editorial - Editora Av. Professor Luiz Freire, 700 Cidade Universitária Recife – PE CEP: 50.740-540 Fones: +55 81 3183-4270 / 4344 E-mail: [email protected] www.itep.br Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 - 2011), na cidade do Recife/PE. p. 6–14 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios. p. 27–36 Otimização e cinética do uso da lama vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa. p. 47–56 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso. p. 72–82 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo. p. 15–26 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora. p. 37–46 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil. p. 57–71 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente. p. 83–92 Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 – 2011), na cidade do Recife/PE SOUSA, Wanderson dos Santos1; ASSIS, Janaína Maria Oliveira2; SILVA, Romilson Ferreira da1; CORREIA, Ana Mônica2. Resumo Uma grande característica do comportamento das chuvas no município do Recife, assim como em toda a Zona da Mata e em todo o Litoral de Pernambuco, é a sua variabilidade. As variações nas precipitações refletem claramente a dinâmica atmosférica da região, marcada pela intensa variabilidade, onde se observa a atuação das Ondas de Leste no período de abril a julho, tornando esse período mais chuvoso. A análise do comportamento da precipitação nas capitais é de extrema importância para o gerenciamento dos recursos hídricos, uma vez que se trata de áreas densamente urbanizadas. Muitas vezes, sem uma estruturação urbana adequada, a cidade do Recife se encaixa perfeitamente nesse contexto. Dessa forma, este trabalho tem por objetivo apresentar as características do comportamento das chuvas na cidade do Recife, capital do estado de Pernambuco. Foram utilizados dados mensais observados e médias anuais de precipitação pluviométrica no período de 1961 a 2011, correspondendo a 50 anos de observações. Os resultados mostraram a recorrência de valores máximos de precipitação anual dentro de um intervalo de 22, 14 e11 anos, com a distribuição dos anos mais chuvosos e os mais secos, analisados década a década. Na análise dos desvios-padrões, os resultados mostraram predominância dos desvios positivos em relação aos desvios negativos. Palavras-chave: Mudanças climáticas; Variabilidade; Precipitação. 6 Abstract A great feature of the behavior of the rains in the city of Recife, as well as across the Atlantic and Coastal Zone of Pernambuco, is its variability. Variations in rainfall clearly reflect the atmospheric dynamics of the region, marked by intense variability, which shows the action of waves East during April-July, making this the rainy season. Behavior analysis of precipitation in the capitals is of utmost importance for the management of water resources, since it is densely urbanized and often without an urban structuring appropriate in this context that perfectly fits the city of Recife. Thus, this paper aims to present the characteristics of the behavior of the rains in the city of Recife, capital of Pernambuco state. We used monthly data and observed average annual rainfall for the period 1961 to 2011, corresponding to 50 years of observations. The results showed recurrence of maximum annual rainfall within a range of 22, 14 and 11 years, with the distribution of the rainiest years and the driest, analyzed decade to decade. In the analysis of standard deviations, the results showed a predominance of positive deviations with respect to negative deviations. Keywords: Climate change; Variability; Rainfall. 1 Meteorologista da Unidade de Hidrometeorologia do Instituto de Tecnologia de Pernambuco HIDROMET — UGEO/ITEP, Recife-PE — Email: [email protected], [email protected] 2 Geógrafa da Unidade de Hidrometeorologia do Instituto de Tecnologia de Pernambuco HIDROMET — UGEO/ITEP, Recife-PE — Email:[email protected], [email protected] Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 - 2011), na cidade do Recife/PE 1 | Introdução De acordo com Marengo (2012), a região Nordeste do Brasil caracteriza-se naturalmente com alto potencial para evaporação da água em função da grande disponibilidade de energia solar e altas temperaturas. Aumentos de temperatura associados à mudança de clima decorrente do aquecimento global, independente do que possa vir a ocorrer com as chuvas, já seriam suficientes para causar maior evaporação dos lagos, açudes e reservatórios e maior demanda evaporativa das plantas. Isto é, a menos que haja aumento de chuvas, a água se tornará um bem mais escasso, com sérias consequências para a sustentabilidade do desenvolvimento regional. 7 É de grande relevância a análise do comportamento das chuvas na Região Nordeste do Brasil, devido, principalmente, à sua irregularidade, uma vez que as variáveis climáticas são muito importantes não só sob o enfoque climático mas também pelas consequências de ordem social e econômica. Segundo Zanella (2006), vários fenômenos ligados às novas condições climáticas nas cidades, nessas últimas décadas, tais como o aumento da temperatura, a poluição atmosférica, as chuvas mais intensas, entre outros, passam a fazer parte do cotidiano da população, tornando-a vulnerável a inúmeros problemas deles decorrentes. gir dois níveis: o da dimensão socioeconômica e o da ambiental. Na dimensão socioeconômica, compreende a influência dos fenômenos atmosféricos e dos padrões climáticos na estruturação do território e no cotidiano da sociedade, território esse que pode ser modificado em função da variabilidade decorrente das alterações climáticas. Segundo Tucci (2002), as definições utilizadas na literatura sobre alterações climáticas se diferenciam de acordo com a inclusão dos efeitos antrópicos na identificação da variabilidade. O Painel Intergovernamental sobre Mudança do Clima (IPCC, 2001) define mudança climática como as mudanças temporais do clima devido à variabilidade natural e/ou resultados de atividades humanas. Outros autores, como Eerola (2003), Ichikawa (2004) e Sturm et al. (2005) adotam, para o mesmo termo, a definição de mudanças associadas direta ou indiretamente às atividades humanas que alterem a variabilidade climática natural observada num determinado período. Com o objetivo de analisar as mudanças climáticas sobre o Nordeste do Brasil, é importante conceituar os processos que influenciam o padrão das distribuições pluviométricas, tanto espacial quanto temporal. Nesse contexto, um fator relevante a ser destacado é a irregularidade na distribuição dos índices pluviométricos, associado à alta variabilidade interanual da precipitação na região tropical, com alguns anos secos e outros chuvosos. Diversos fatores podem contribuir para explicar a alta variabilidade da precipitação sobre o Nordeste do Brasil, dentre os quais podem ser citados a flutuação nos valores de Temperatura da Superfície do Mar (TSM) do Oceano Pacífico Tropical Sul e do Atlântico Sul. No geral, os valores das anomalias das TSMs, do Pacífico Tropical e Atlântico estão associados a mudanças no padrão da circulação geral da atmosfera e consequentes variações na precipitação do Nordeste do Brasil (ARAÚJO, 2009). As cidades brasileiras vêm sofrendo um acelerado processo de modificação da paisagem, decorrente da necessidade crescente de urbanização. A cidade do Recife encontra-se inserida nessa configuração, que é responsável pelas atuais formas do uso e ocupação do solo. Esse intenso processo de urbanização, principalmente nas últimas décadas, tem proporcionado fatores negativos ao ambiente, dentre eles, a ocupação de encostas e margens fluviais, que, associada aos eventos de precipitação, acaba por provocar alagamentos mais constantes e corriqueiros. De acordo com Brandão (2001), os impactos pluviais são, na maioria das vezes, enquadrados na categoria de A maioria dos estudos sobre precipitação eventos naturais extremos ou desastres naturais, pluviométrica utiliza como método geral a defidependendo de sua magnitude e extensão. nição de tendências pluviométricas em longos períodos de tempo, para que se possa analisar a Seguindo esse mesmo raciocínio, segundo variabilidade real dos valores médios (FIGUEIRÓ Sant’Anna Neto (2008), o estudo do clima e de seus e COELHO NETTO, 2004). Com efeito, AYOADE impactos, numa perspectiva geográfica, deve atin- (1983) destacou que os totais de precipitação são Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 normalmente distribuídos, o que permite uma análise mais confiável, exceto em áreas onde a precipitação pluvial anual média seja inferior a 750 mm. Nesse sentido, a grande dificuldade de proceder à tal análise residiria na escassez de dados climáticos confiáveis, principalmente em um longo período de tempo. 8 ponde ao município de Recife, capital do estado de Pernambuco, região Nordeste do Brasil. Pertence à Mesorregião Metropolitana do Recife (Figura 1) e possui uma área de aproximadamente 219,493km2. A Região Metropolitana do Recife é a mais populosa do Nordeste e a quinta maior metrópole do Brasil. De acordo com PERNAMBUCO (2006), o município de Recife possui uma com O objeto de estudo deste trabalho é a cidade posição territorial de 67,4% de morros, 23,3% de do Recife, capital do estado de Pernambuco, que se planícies, 9,3% de zona aquática (Litorânea e Bailocaliza na Mesorregião Metropolitana do Recife. xo Estuário). Dessa forma, o presente trabalho se propõe a reA região estudada está inserida geomorfoalizar uma análise do comportamento das chuvas na cidade do Recife, no período de 1961 a 2011, logicamente, na bacia Pernambuco/Paraíba, precompreendendo 50 anos de observações. Essa cisamente na Planície do Recife, que é constituída análise é muito relevante, uma vez que Recife se por sedimentos de origem fluvial (sistemas Capicaracteriza por possuir uma variabilidade das chu- baribe e Beberibe) e de origem marinha, mas movas e uma diversidade nos padrões de ocupação do dernamente, por aterros de sedimentos do Grupo solo, onde os impactos das precipitações têm gran- Barreiras nas áreas de terraços fluviais. Verificade significado nas áreas urbanas, devido ao fato de se, ainda, a ocorrência de mangues nas margens do rio Capibaribe (PERNAMBUCO, 2010). serem relacionados a eventos de alagamentos. 2 | Materiais e processos A bacia sedimentar Pernambuco/Paraíba ocorre a partir do lineamento Pernambuco, ao lon2.1 | Área de estudo A área de estudo dessa pesquisa corres- go de todo o Litoral Norte da região metropolitana Figura 1: Localização do município de Recife. Fonte: Autores Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 - 2011), na cidade do Recife/PE do Recife, constituindo-se em uma faixa continental, que, exibindo largura média em torno de 20km, se estreita quase que abruptamente nas proximidades do lineamento Pernambuco, para assumir uma largura média de 8km. É formada por uma sequência de rochas sedimentares, que vão desde o Cretáceo, com as formações Beberibe e Gramame, até o Terciário, com a formação Maria Farinha e o Grupo Barreiras. 9 Apresenta solos sedimentares, pouco consolidados com textura areno-argilosa, representados por fração arenosa fina carreada, decorrente dos processos erosivos ao longo de toda a sua Bacia (PERNAMBUCO, 2010). Essas características, associadas ao processo de ocupação e à irregularidade das precipitações, vêm gerando situações de risco natural para a população, que ocupa a área. Em relação ao regime pluviométrico, Recife é caracterizada pela alta variabilidade espacial e temporal das chuvas, possuindo clima tropical chuvoso (tipo As’ na classificação de Köppen) ou clima úmido. O período que apresenta os maiores valores de precipitação é de aproximadamente 6 meses de duração, que se estende de março a agosto, entretanto apresenta um período máximo de chuva (estação chuvosa), que vai de abril a julho, cujos valores são de aproximadamente 60% da chuva anual. De acordo com o banco de dados da Unidade de Hidrometeorologia do Instituto de Tecnologia do estado de Pernambuco (HIDROMET/ITEP), o município do Recife possui precipitação total anual acima de 2.000mm, e suas temperaturas variam em torno dos 25°C, ao longo do ano, devido à proximidade com o mar. Janeiro possui as temperaturas mais altas com aproximadamente 30°C, e as temperaturas mais baixas concentram-se no mês de julho, com aproximadamente 20°C. A umidade relativa do ar é alta, atingindo um valor médio anual em torno dos 80%, entre abril e julho, chegando a atingir, algumas vezes, os 100% (PERNAMBUCO, 2006). Os sistemas atmosféricos, que mais contribuem na precipitação da Região Metropolitana do Recife, são os Sistemas Frontais (em menor frequência), os Distúrbios Ondulatórios de Leste e as Brisas Marítimas e Terrestres, sendo estes últimos originados no Oceano Atlântico. As Ondas de Leste são mais comuns no outono/inverno, empurradas pelos alísios de sudeste. Elas atingem a costa oriental do Nordeste, trazendo chuvas fortes. Outro indutor de precipitações é a ZCIT (Zona da Convergência Intertropical), perturbação associada à expansão para o hemisfério sul do equador térmico (zona de ascensão dos alísios por convecção térmica). A ZCIT atinge o Recife, principalmente no outono, e causa chuvas com trovoadas e mudança na direção dos ventos de SE para NE, ou mesmo, calmarias. Devido à irregularidade espacial de sua ocorrência, é difícil prever quando a ZCIT estará sobre o Recife, e, mesmo, sua ocorrência de ano para ano é sujeita à grande variabilidade (PERNAMBUCO, 2006). 2.2 | Procedimentos metodológicos Para o desenvolvimento deste trabalho, foram utilizados dados mensais e médias anuais de precipitação pluviométrica da cidade do Recife, compreendendo o período de 1961 a 2011 e correspondendo a 50 anos de dados observados. Esses dados foram coletados na HIDROMET/ITEP. Por meio desses dados, foram elaborados gráficos com a variabilidade anual das precipitações assim como uma análise do desvio-padrão relativo e absoluto. Segundo Meis et al. (1981), podem-se analisar as precipitações no decorrer do tempo de diferentes maneiras, possibilitando o reconhecimento do seu comportamento geral, dos seus padrões habituais e extremos. Foi efetuada uma análise de frequência das distribuições dos totais anuais das chuvas mediante a elaboração dos gráficos. Utilizou-se a escala proposta por Meis et al. (1981), empregada por Xavier e Dornelas (2005), definida da seguinte forma: os valores anuais que mais se aproximaram do valor médio, foram caracterizados como intermediários, e os valores de precipitação anual que se afastaram da média foram considerados como representativos para os anos mais secos e mais úmidos. Utilizou-se uma escala de variação de 25% em relação à média para os meses intermediários; valores acima da escala caracterizaram-se como anos muito chuvosos, Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 10 e os abaixo dos 25%, anos secos (XAVIER e DORNE- dência de diminuição desses totais anuais ao lonLAS, 2005). go dos 50 anos, com um decréscimo de 0,002mm. ano-1, totalizando 0,1mm em toda a série. Contu3 | Resultados do, não é possível afirmar que se trata de alguma A variabilidade da precipitação se consti- mudança climática, pois, como já se mencionou tui em uma das características principais do re- anteriormente, a variabilidade pluviométrica gime de chuvas na cidade do Recife. Tratando-se pode alterar essa tendência nos próximos anos. de uma região de clima tropical seco e úmido, Souza e Azevedo (2012), em trabalho realizaRecife possui uma pluviosidade extremamente do também para o município de Recife, entre irregular, com sua intensidade variando bastan- os anos de 1961 e 2008, analisaram os índices te ao longo dos anos. Na Figura 2, apresenta-se climáticos por meio do software RClimdex, em a distribuição da precipitação anual entre os que foram encontradas tendências negativas, de anos de 1961 a 2011, em que a média anual foi diminuição da precipitação total anual, embora de 2303mm. Os índices de precipitação de 2000- não significativas. 2500mm foram mais frequentes, ocorrendo em 35 A significativa variabilidade pluviomédos 50 anos estudados. Apenas 3 anos apresenta- trica que ocorre na área de estudo resulta em ram precipitação anual abaixo dos 1500 mm, e somente 14 dos 50 anos apresentaram precipitação notáveis desvios anuais. Como se observa na Fiacima dos 2500mm. Os anos de 1964, 1986, 2000 gura 3, durante os 50 anos, o que apresentou o e 2011 foram os que apresentaram os maiores maior índice anual foi o ano de 1964, resultanacumulados anuais de precipitação, apresentan- do em uma variação positiva em relação à normal de 61%, apresentando um desvio absoluto do acima dos 3000mm. de 1330mm. Por outro lado, o ano de 1998 foi o A análise da distribuição das chuvas no mais seco registrado em toda a série, apresenmunicípio de Recife demonstrou uma leve ten- tando variação negativa de 43% em relação à Figura 2: Distribuição temporal da precipitação anual na cidade do Recife entre 1961 a 2011. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 - 2011), na cidade do Recife/PE média histórica, com um desvio absoluto negativo de 947mm. O fenômeno El Niño, que ocorreu nos anos de 1997/1998, influenciou na redução considerável das chuvas nesses anos, uma vez que, em anos de El Niño, se observa uma diminuição dos totais pluviométricos na região Nordeste, provocando, em alguns anos, secas severas. A amplitude térmica em relação ao ano mais chuvoso e o mais seco foi de 2277mm. 11 Como se observa na Figura 3, houve 31 desvios positivos e 19 desvios negativos ao longo da série histórica estudada, sendo os valores positivos mais relevantes que os valores negativos. Mesmo não sendo comum uma sequência longa de desvios positivos ou negativos, eles ocorreram com certa frequência, de um ano para outro, acontecendo, no máximo, por três anos consecutivos, como pode ser observado nos anos de 1981, 1982 e 1983, que apresentaram desvios negativos. Ainda em relação aos desvios negativos, podem ser citados também os anos de 1997, 1998 e 1999, que apresentaram o maior pico de variação negativa em relação à Figura 3: Desvio da precipitação anual em relação à média histórica. média de toda a série histórica. Esses anos citados, que apresentaram o maior desvio negativo, se caracterizam por serem anos de forte El Niño, dentre eles, destacam-se 1993 e 1998, caracterizando-se como anos extremamente secos. De acordo com Oliveira (2001), as intensidades dos eventos variam bastante de caso a caso, sendo o El Niño mais intenso, desde as observações de TSM, os de 1982/1983, 1993 e 1997/ 1998. Na Tabela 1, estão descritos os valores da precipitação total anual, as médias históricas do período de 1961 a 2011, juntamente com o desvio absoluto e desvio relativo. Em relação aos desvios positivos, destacaram-se os anos de 1964, 1986, 2000 e 2011, por apresentarem os maiores picos de variação positiva em relação à média histórica. Desvios semelhantes a esses não são raros e ocorrem, também, com frequência, de um ano para outro, como observado nos anos de 1963 a 1967, 1973 a 1978 e 1984 a 1990, acontecendo, no máximo, por seis anos consecutivos, o dobro de tempo dos desvios negativos consecutivos. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Tabela 1: Totais anuais pluviométricos da série (1961-2011). Caracterização do ano, segundo método proposto por Meis et al. (1981). ANO 12 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Precipitação total (mm) 2161 1956 2046 3527 2293 2674 2409 1789 2284 2912 2179 2003 2909 2315 2236 2226 2261 2746 1899 2259 1656 2085 1860 2870 2514 3441 2446 2455 2639 2478 2182 2491 1327 2689 1912 2364 1912 1250 1484 3437 1988 2489 2171 2533 2316 1981 2174 2439 2574 1929 3221 Média histórica (mm) 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 2197 Desvio (mm) Desvio (%) Caracterização -36 -241 -151 1330 96 477 212 -408 87 715 -18 -194 712 118 39 29 64 549 -298 62 -541 -112 -337 673 317 1244 249 258 442 281 -15 294 -870 492 -285 167 -285 -947 -713 1240 -209 292 -26 336 119 -216 -23 242 377 -268 1024 -2 -11 -7 61 4 22 10 -19 4 33 -1 -9 32 5 2 1 3 25 -14 3 -25 -5 -15 31 14 57 11 12 20 13 -1 13 -40 22 -13 8 -13 -43 -32 56 -10 13 -1 15 5 -10 -1 11 17 -12 47 Normal Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Normal Normal Muito chuvoso Normal Normal Normal Normal Normal Muito chuvoso Normal Normal Muito chuvoso Normal Normal Normal Normal Muito chuvoso Normal Normal Muito seco Normal Normal Muito chuvoso Normal Muito chuvoso Normal Normal Normal Normal Normal Normal Muito seco Normal Normal Normal Normal Muito seco Muito seco Muito chuvoso Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal Normal Muito chuvoso Análise do comportamento das chuvas durante os últimos 50 anos (1961 - 2011), na cidade do Recife/PE A variabilidade também foi expressa na caracterização do ano seco, chuvoso ou normal, de acordo com o desvio em relação à média, como observado na Tabela acima. No total dos 50 anos, 39 foram classificados como normais, 8 anos, como muito chuvosos, e apenas 3 como muito secos. Em todas as décadas, prevaleceram anos normais. Na primeira década da série (1961-1970), foram registradas 2 ocorrências de anos chuvosos nos anos de 1964 e 1970, seguindo-se do restante de anos com o total pluviométrico dentro da normalidade. 13 Na segunda década (1971-1980), houve o registro de 2 anos chuvosos em 1973 e 1978, tendo os demais se caracterizado como anos normais. Na década seguinte (1981-1990), foram observados 2 registros de anos muito chuvosos, os de 1984 e 1986, e 1 registro de ano muito seco, o de 1981. Na década de 1991 – 2000, foi observada uma significativa mudança no comportamento da precipitação, em que 6 anos foram classificados com as chuvas dentro da normalidade, 3, de anos muito secos (1993, 1998 e 1999), e apenas um município foi classificado como muito chuvoso (2000). Essa década de 1991 a 2000 foi a que mais apresentou anos muitos secos dentre as demais, somando-se 3 anos, que foram justamente os anos classificados como de El Niño forte (CPTEC / INPE, 2012). A década de 2001 a 2010 foi a única, que apresentou todos os anos com os totais pluviométricos anuais dentro da normalidade, sem nenhum ano muito seco ou muito chuvoso. O ano de 2011, que se encontra isolado nessa última década, foi classificado como muito chuvoso. A precipitação se mostrou bastante variável, não apenas de ano a ano mas também entre as décadas. Os anos mais chuvosos foram distribuídos em três décadas, que são as 3 primeiras do período estudado. Entretanto, os anos mais secos, principalmente os 3 anos mais acentuados, ocorreram na década de 90, década essa que apresentou 2 anos com fenômenos de El Niño forte, que foram os anos de 1993 e 1998. A análise da distribuição das chuvas no município de Recife demonstrou, também, ligeira tendência de diminuição desses totais anuais ao longo dos 50 anos estudados. Em síntese, mesmo sendo a série amostral um período de dados bastante relevante, ou mesmo, possuindo um período de 50 anos, é necessário que seja ampliada a série dos dados durante a segunda década do século XXI, para uma avaliação futura mais precisa; com isso, sugere-se uma continuidade dessas análises nos anos subsequentes. Em relação aos desvios, encontrou-se uma predominância dos desvios positivos, que apresentaram uma variação positiva em relação à normal. Os desvios negativos, no período, foram encontrados em 19 anos, e os desvios positivos, em 31 anos. Quanto à análise realizada, esta permitiu identificar os meses mais chuvosos e secos, apresentando, também, os meses mais variáveis e, por isso, difíceis quanto à previsão bem como à probabilidade de recorrência no decorrer do tempo. 4 | Conclusão Os resultados obtidos no presente trabalho mostraram algumas tendências negativas de diminuição das chuvas, mesmo com a alta variabilidade das precipitações ao longo da série amostral, que compreendeu de 50 anos (1961 a 2011). Foi evidenciada a recorrência de valores máximos de precipitação anual dentro de um intervalo de 22, 14 e 11 anos, cujos picos ocorreram nos anos de 1964, 1986, 2000 e 2011. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 6–14, jun, 2013 Referências ANJOS, R. J. Aguaceiros em Recife – PE : Uma Climatologia de 36 anos. In: X Congresso Brasileiro de Meteorologia e VIII Congresso da Flismet. Brasília, 1998. ARAÚJO, W.S. 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Todos esses problemas ambientais só foram considerados no âmbito empresarial, a partir do século XX, quando começaram a ser realizados encontros para discutir, rever e propor soluções que pudessem conciliar o desenvolvimento econômico e o social com a questão ambiental. Com o passar dos séculos, considerando-se o desenvolvimento e os avanços tecnológicos surgidos com a industrialização, houve uma necessidade de padronização para a produção. Com isso, foram criadas as normas nacionais e internacionais. A partir da criação de inúmeras normas, surge a ISO 14001, que estabelece critérios para o sistema de gestão ambiental em empresas. Palavras-chave: Indústria; Gestão Ambiental; ISO 14001; Petróleo Abstract 15 This paper presents information regarding the relationship between man and nature and environmental problems arising after the Industrial Revolution. All these environmental problems were only taken into account in business from the twentieth century when it began to be conducted meetings to discuss, review and propose solutions that would reconcile economic development with social and environmental issues. Throughout the Ages, with development and technological advances that have arisen with industrialization, there was a need to standardize the production and with it came to national and international standards. After the emergence of numerous standards, appears the ISO 14001, which establishes criteria for the environmental management system in enterprises. Keywords: Industry; Environmental Management; ISO 14001; Oil Artigo apresentado como Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia de Produção da Faculdade Apoio/UNIFASS. 1 Graduando em Engenharia de Produção pela Faculdade Apoio/UNIFASS; Licenciado em Geografia (Centro Universitário do Norte – UNINORTE); Pós-Graduado no Curso de Especialização em Desenvolvimento Sustentável da Amazônia com Ênfase em Gestão e Educação Ambiental (Faculdade Salesiana Dom Bosco – FSDB). 3 Graduanda em Engenharia de Produção pela Faculdade Apoio/UNIFASS; Graduada em Tecnologia da Informática (Centro Universitário Newton Paiva), 4 Orientador da Disciplina de TCC do Curso de Engenharia de Produção da Faculdade Apoio/UNIFASS; Graduado em Física (UFBa), PósGraduado em Física do Estado Sólido (UFBa); Analista de Sistemas, Pós-Graduado em Auditoria Interna (UNEB - Universidade do Estado da Bahia, UCSAL - Universidade Católica de Salvador e AUDIBRA - Associação dos Auditores do Brasil); Pós-Graduado em Psicopedagogia (UNC - Universidade Contemporânea); Mestre em Administração e Comércio Internacional (CESEC/UNEX - Universidade de Extremadura / Espanha/ Badajox); Doutor Honoris Causa (Open Internacional University for Complementary Medicines - UNIMEC). 2 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo 1 | Introdução Hoje vivemos em uma sociedade que se tornou altamente consumista, que acaba exigindo produtos de qualidade e que atendam padrões normativos nacionais, internacionais e legais no seu processo de produção. Todo esse processo é alavancado com a Revolução industrial, que, por si só, necessitou de recursos naturais para alimentar a necessidade de produção de produtos e serviços em escala global. Além dos recursos naturais empregados na produção de produtos e serviços, as indústrias necessitaram de recursos energéticos (carvão mineral e petróleo), que suprissem a demanda ao longo dos séculos, causando impactos significativos em toda a sua cadeia (exploração, produção, transporte, refino e abastecimento). 16 Ao longo dos anos, a partir de exigências legais, normativas e mudanças de hábitos de consumo, foram criadas padronizações para que se pudesse garantir um produto e/ou serviço de qualidade e ambientalmente adequado, sendo com isso criada a série de normas ISO 14000, que fornecem diretrizes, princípios e procedimentos para a implantação de um sistema de gestão ambiental para empresas. ambientais em todas as etapas do segmento e, por último, discute acerca das vantagens e dos benefícios que a série de normas ISO 14000 pode trazer para a indústria do petróleo. 2 | Problemas ambientais As relações dos problemas ambientais identificados no presente estão associadas à relação homem-natureza no processo histórico do qual a sociedade necessita e utiliza a natureza para sua sobrevivência. Essa inter-relação há algum tempo vem sendo a preocupação em escala global na busca de alternativas racionais e sustentáveis para reverter esse modelo de exploração e utilização dos recursos naturais. [...] A interação do homem com o meio ambiente, quer seja ela harmônica ou não, provoca sérias mudanças em nível global. Essas mudanças, decorrentes da relação histórica sociedade-natureza, têm gerado profundas discussões sobre as questões ambientais em todos os segmentos da sociedade. Discute-se a ação do homem sobre o meio ambiente (e suas consequências), em escolas, igrejas, associações de classe, ONGs, indústrias, entre outros segmentos da sociedade. BASTOS & FREITAS (2006, p. 17). Este trabalho tem por objetivo analisar a importância do sistema de gestão ambiental para a indústria de petróleo em toda sua cadeia, incluindo a exploração, a produção, o transporte, o refino e o abastecimento. Também tem como objetivo avaliar alguns benefícios que a série de normas ISO 14000 pode produzir para esse segmento da indústria, tendo em vista que produz impactos ambientais de alto potencial para os sistemas ambientais naturais. Esses problemas têm seu processo acelerado a partir da Revolução Industrial, no século XVIII, que alterou toda a cadeia produtiva dos sistemas das indústrias. Esse processo desencadeou sérios problemas ambientais, baseados na exploração insustentável de recursos naturais para a produção, a mecanização dos processos e a produção em larga escala. A primeira parte do artigo baseia-se nos principais problemas ambientais existentes até os dias atuais A segunda parte trata do surgimento da padronização da história da ISO. A próxima etapa refere-se à ISO 14001, uma breve apresentação e sua estrutura. A quarta parte contempla a indústria do petróleo e seus principais problemas Apesar de os problemas ambientais serem considerados como um problema de grande relevância após a Revolução Industrial, pode-se dizer que só foi concebido como preo- A produção deste artigo baseia-se numa extensa e exaustiva revisão bibliográfica, na busca de informações em diversas fontes que pudessem consolidar a sua conclusão. [...] O agravamento dos problemas ambientais, decorrentes da atividade humana se deu, principalmente, a partir da Revolução Industrial, em virtude da produção em grande escala. O homem começou a produzir freneticamente e, como consequência, a poluir em larga escala. MOREIRA (2006. p. 25). Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Figura 01: Modelo de Gestão Ambiental Sustentável. Modelo de Gestão Ambiental Sustentável Economia Homem Meio Ambiente Forma Racional Desenvolvimento Novas Tecnologias Sustentável Educação Ambiental Redução dos Recursos Não-Renováveis Uso Sustentável dos Recursos Naturais Gestão Ambiental Maior utilização dos Recursos Renováveis Utilização de Conhecimentos Tradicionais Qualidade de Vida 17 Fonte: Waghinton Feitosa / 2007. cupação no âmbito empresarial, a partir do século XX em meados da década de 60 pelo Clube de Roma1 , composto por cientistas, industriais e políticos que tinham como objetivo discutir e analisar os limites de crescimento econômico, considerando-se o uso dos recursos naturais. Em 1972, em Estocolmo2, Suécia, foi realizada a primeira Conferência das Nações Unidas Figura 02: Grandes Encontros Ambientais. para o Meio Ambiente, com a participação de 113 países para se discutir o modelo de desenvolvimento e as questões ambientais. A ECO 923 realizada no Brasil veio consolidar por um novo modelo de desenvolvimento, baseado no uso dos recursos de forma racional, por meio do conceito paradigmático do Desenvolvimento Sustentável JABBOUR & SANTOS (2005:02). REVOLUÇÃO INDUSTRIAL Séc. XVIII CLUBE DE ROMA 1968 ESTOCOLMO 1972 Fonte: Wasghinton Feitosa / 2010. ECO 92 1992 1 O Clube de Roma é um grupo de pessoas ilustres, que se reúnem para debater um vasto conjunto de assuntos relacionados à política, economia internacional e, sobretudo, ao meio ambiente e ao desenvolvimento sustentável. Foi fundado em 1968 por Aurélio Peccei, industrial e acadêmico italiano, e Alexander King, cientista escocês. 2 A conferência de Estocolmo, realizada em 1972, foi a primeira atitude mundial em tentar organizar as relações de Homem e Meio Ambiente. Na capital da Suécia, Estocolmo, a sociedade científica já detectava graves problemas futuros por razão da poluição atmosférica, provocada pelas indústrias. 3 A ECO-92, Rio-92, Cúpula ou Cimeira da Terra são nomes pelos quais é mais conhecida a Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente e o Desenvolvimento (CNUMAD), realizada entre 3 e 14 de junho de 1992, no Rio de Janeiro. O seu objetivo principal era buscar meios de conciliar o desenvolvimento sócio-econômico com a conservação e proteção dos ecossistemas da Terra. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo 2.1 | Ações humanas Ao longo dos séculos, o homem vem transformando a natureza devido a sua relação estabelecida com o meio. Essa transformação acaba ocasionando inúmeros impactos ao meio natural, que, em sua grande maioria, são nocivos aos seres vivos (homem, fauna, flora e etc). Dentre os fatores afetados pela ação humana, destacam-se: a Água, o Ar, as Florestas, a Biodiversidade, a Energia e os Resíduos. Em relação aos sistemas aquáticos, podemos destacar a questão de disponibilidade de água potável para consumo humano. Apesar de o planeta Terra ser considerado o “Planeta Água”, apenas uma pequena parcela é potável e possui uma distribuição desuniforme. 18 [...] Calcula-se que 74% da superfície terrestre seja constituída de água. Por mais abundantes que pareçam os recursos hídricos na superfície da Terra, a água disponível para consumo humano se restringe a 0,8% do total existente no Planeta, incluindo não somente as águas superficiais mas também as subterrâneas, que podem estar a uma profundidade de até 4.000 metros. O restante da água se encontra nos oceanos e nas geleiras. MOREIRA (2006, p. 29). 2.2 | Poluição Atmosférica Outra situação que preocupa, nos dias atuais, referente aos problemas ambientais, é a poluição atmosférica, que são a queima de óleo e carvão para a produção de calor e energia elétrica, energia mecânica e o uso de resíduos sólidos nos processos industriais. A qualidade do ar pode ser avaliada a partir dos tipos de gases identificados na atmosfera. A quantidade desses gases pode ocasionar diversos problemas à saúde humana, à biodiversidade, à agricultura e, ainda, a danos materiais em veículos e patrimônios históricos, etc. [...] A qualidade do ar pode ser avaliada pela medição de poluentes, tais como: óxido de enxofre, óxido de nitrogênio, hidrocarboneto, óxido de carbono, halógenos, material particulado e substâncias tóxicas diversas. A presença desses poluentes em concentrações acima do permissível por lei na atmosfera é responsável por uma série de alterações nos seres vivos e materiais. BASTOS & FREITAS (2006. p. 47). Desde a chegada dos europeus no Brasil, a forma de uso e exploração dos recursos naturais é realizada de forma considerada insustentável. Grandes são os problemas identificados na extração de madeira e no uso da biodiversidade; esses danos podem acarretar sérios problemas ao solo, comprometimento dos rios, da fauna e alterações microclimáticas MOREIRA (2006, p. 31). Os problemas relacionados ao meio ambiente passaram a ser pauta de conferências ambientais mundiais, que acreditavam na necessidade de mudanças para formas de utilização desses recursos, como o caso do modelo estabelecido na Amazônia, o qual concentra a maior biodiversidade do planeta. [...] Apenas recentemente, quando o conceito de biodiversidade ganhou expressão na agenda ambiental global, o debate e a mobilização em torno da proteção dos ecossistemas florestais incorporam a questão da perda de diversidade biológica em toda a sua extensão. A partir daí, o tema da biodiversidade vem acoplando-se e, muitas vezes, superpondo-se à discussão sobre florestas. ALBAGLI (2001, p. 09). 2.2 | Energias Utilizadas Os principais tipos de energia utilizados atualmente para o abastecimento de cidades e centros industriais são: o gás, a biomassa, a hidro, a nucelar e o petróleo. Algumas dessas energias são consideradas não renováveis, outras com grandes concentrações de poluentes,, e algumas com alto grau de impacto para o meio natural, seja na exploração, produção e utilização. [...] A maior parte de nossas necessidades de energia é fornecida por fontes não renováveis, tais como petróleo, gás e carvão. O uso desse tipo de energia é prejudicial tanto do ponto de vista da extração de recursos naturais quanto do ponto dos impactos ambientais, decorrentes das emissões durante a combustão e o uso. MOREIRA (2006, p. 32). Outro problema de grande relevância, identificado nos dias atuais, são os resíduos sólidos, que podem ser urbanos, industriais, hospitalares e agrícolas. De acordo com a Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT4 , os resíduos são classificados pela norma 10.004 - Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 ABNT5 em três classes: os de classe I perigosos, classe - II A não inertes e classe II - B inertes. Na indústria, o problema ainda se torna mais crítico devido à quantidade e à característica do resíduo gerado. A falta de tratamento adequado para determinados resíduos causa sérios problemas ao solo, às águas subterrâneas, águas superficiais etc. SISINO (2003, p. 04). 3 | A ISO 19 Hoje se vive a era da normalização internacional, em que se criam padrões de normas para produção, industrialização e prestação de serviços. A história das normalizações iniciou-se com a criação International Electrotechnical Commission (IEC)6 , no início do século XX, tornando-se mais intensa a partir da criação da ISSO, em 1947, uma federação internacional formada por organismos de normalização internacionais. CAJAZEIRA & BARABIERE (2004, p. 02). A ISO7 é uma organização com uma representatividade na questão da emissão de normas internacionais, envolvendo 148 países. Essa organização foi criada com o objetivo de coordenar e unificar os padrões técnicos, incluindo a normalização de padrões de gestão, com elevada repercussão sócio-econômica. Desde a sua criação até o ano de 2004, a ISO publicou mais de 13.700 normas internacionais, incluindo atividades tradicionais, como agricultura, construção, engenharia mecânica, dispositivos médicos, tecnologia da informação, etc. VALLS (2004, p. 174). A partir de 1987, a ISO se adaptou por meio de pequenas modificações que serviram como base da BS 57508, adotada na Inglaterra, permitindo o acesso de produtos e serviços em outros países. O objetivo principal era garantir procedimentos uniformes e produtos/serviços de boa qualidade e uma origem não duvidosa. [...] As normas NBR ISO 9000 compõem um conjunto de normas técnicas, que tratam exclusivamente de gestão da qualidade, na sua expressão mais geral e sistêmica. Sua adoção passou a ser reconhecida pelo mercado com um “atestado de garantia da qualidade”, e o consumidor final, cada vez mais atento aos aspectos de qualidade e segurança, tende a identificar e privilegiar as organizações que dispõem de certificação, por considerar esse fato como um sinônimo de seriedade e confiabilidade. VALLS (2004, p. 174). As normas NBR ISO 90009 são um conjunto de normas técnicas, que tratam da gestão da qualidade e que serviram de base para a elaboração das normas ISO 1400010 e OHSAS 1800011. Assim como a norma BS 775012 e a EMAS13, a ISO 14000 foi criada para atendimento do Sistema de Gestão Ambiental – SGA no nível empresarial, sendo esta única norma internacional de amplo aceite e aplicação voltada para sistemas de gestão ambiental. [...] As normas da série ISO 14000 foram desenvolvidas pelo Comitê Técnico 207 da International Organization for Standardization – ISO A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o órgão responsável pela normalização técnica no Brasil, fornecendo a base necessária ao desenvolvimento tecnológico brasileiro. Trata-se de uma entidade privada e sem fins lucrativos e de utilidade pública, fundada em 1940. 5 NBR 10.004 é a norma que classifica e caracteriza os resíduos sólidos. 6 A Comissão Eletrotécnica Internacional (em inglês: International Electrotechnical Commission, IEC) é uma organização internacional de padronização de tecnologias elétricas, eletrônicas e relacionadas. Alguns dos seus padrões são desenvolvidos juntamente com a Organização Internacional para Padronização (ISO). 7 A Organização Internacional para Padronização, popularmente conhecida como ISO, é uma entidade, que atualmente congrega os grêmios de padronização/normalização de 170 países. Fundada em 23 de fevereiro de 1947, em Genebra, na Suíça, a ISO aprova normas internacionais em todos os campos técnicos. 8 Norma britânica, que tinha a designação “BS 5750” e ficou conhecida como norma de gestão, uma vez que não apenas especificava como se produzir mas também como gerenciar o processo de produção. 9 A expressão ISO 9000 designa um grupo de normas técnicas, que estabelecem um modelo de gestão da qualidade para organizações em geral, qualquer que seja o seu tipo ou dimensão. 10 A ISO 14000 é uma série de normas desenvolvidas pela International Organization for Standardization (ISO), que estabelecem diretrizes sobre a área de gestão ambiental dentro de empresas. 11 A OHSAS 18001 consiste em um Sistema de Gestão assim como a ISO 9000 e ISO 14000, porém com o foco voltado para a saúde e segurança ocupacional. Em outras palavras, a OHSAS 18001 é uma ferramenta, que permite a uma empresa atingir e sistematicamente controlar e melhorar o nível do desempenho da Saúde e Segurança do Trabalho por ela mesma estabelecido. 12 A Norma BS 7750 foi emitida pelo Instituto Britânico de Normatização - BSI, tendo sua primeira versão sido publicada em 1992. A Norma BS 7750 especifica os requisitos para o desenvolvimento, a implantação e a manutenção de sistemas de gestão ambiental, que visem garantir o cumprimento de políticas e objetivos ambientais definidos e declarados. 13 Eco Management and Audit Scheme (EMAS) é um sistema de gestão ambiental (SGA) assim como a ISO 14001. É altamente reconhecido por entidades governamentais e reguladoras do ambiente e opção vantajosa para algumas empresas que cumprem requisitos regulamentados e têm envolvimento em programas governamentais. 4 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo – TC 2074. Trata-se de um grupo de normas que fornece ferramentas e estabelece um padrão de Sistema de Gestão Ambiental, abrangendo seis áreas bem definidas: Sistemas de Gestão Ambiental (Série ISO 14001 e 14004), Auditorias Ambientais (ISO 14010, 14011, 14012 e 14015), Rotulagem Ambiental (Série ISO 14020, 14021, 14021 e 14025), Avaliação de Desempenho Ambiental (Série ISO 14031 e 14032), Avaliação do Ciclo de Vida de Produto (Série ISO 14040, 14041, 14042 e 14043) e Termos e Definições (Série ISO 14050). NICOLELLA et al. (2004, p.10). No final da década de 90, é criada a norma OHSAS 18000, que tem como foco a implantação e aplicação do Sistema de Gestão de Segurança e Saúde Ocupacional. Essa norma segue os padrões de elaboração, baseada nas normas ISO 9000 e 14000. 20 [...] Em 1999, entra em vigor a OHSAS 18001, que, na verdade, não é uma norma internacional ou nacional, visto que não obedeceu à normalização exigente para ser normalizada, mas, um grande passo para a padronização dos Sistemas de Gestão de Segurança e Saúde no mundo e serve de modelo de sistema de gestão, muito parecida com a ISO 14001 de 1996, que é modelo. FERREIRA (2004, p. 174). 4 | O sistema de gestão ambiental (ISO 14001–2004) A gestão ambiental pode ser considerada como um processo de tomada de decisões que resultem positivamente em uma variável ambiental de um determinado sistema. SOARES (2004:971). A série de normas ISO 14000 surge após inúmeros fóruns de discussões referentes aos problemas ambientais, oriundos do meio produtivo, propondo soluções e alternativas ambientais. Ao longo dos anos, a ISO 14000 vemse tornando mais popular entre as empresas, devido às cobranças legais e do mercado, que vem, por outro lado, exigindo cada vez mais mudança de hábitos por produtos e serviços ambientalmente adequados e responsáveis, tanto no mercado nacional quanto no mercado internacional. Os sistemas de gestão ambiental seguem diferentes modelos, se comparados a países desenvolvidos em desenvolvimento. Esse fenômeno decorre da aplicabilidade das leis ambientais. Entretanto, o mercado acaba exigindo empresas que tenham comprometimento ambiental e sejam cada vez mais “limpas” SEIFFERT (2005, p.27). Figura 3 - Origem da ISO 14000 IEC BSI EMAS ISO 14000 ISO 9000 OHSAS 18000 Fonte: Wasghinton Feitosa / 2010 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Gráfico 1 - Setor de atividades Certificadas na ISO 14001. Fonte: Centro de Qualidade, Segurança e Produtividade - QSP / 2000. 21 Segundo REIS (2002), a série de normas da ISO 14000 pode ser aplicada em todos os tipos e tamanhos de organização, seja uma organização pública ou privada, do setor produtivo ou de serviços. Enfim, independente de sua grandeza ou mesmo pelo que ela produz, a ISO 14000 apresenta uma estrutura completa, que auxilia na implantação de um sistema de ges- Figura 4 - A divisão de normas da ISO 14000. tão ambiental, incluindo diretrizes e princípios, procedimentos de auditoria para avaliação do desempenho e avaliação do ciclo de vida do sistema. De acordo com Moreira (2006), a série ISO 14000 se divide em dois grupos de normas, em função do seu objetivo, conforme a figura abaixo: Fonte: Moreira / 2006. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo A ISO 1400114 é a principal norma da série ISO 14000, pelo fato de ser a única norma certificável dentro de seu conjunto. Para implantação de um sistema de gestão ambiental norteado pela ISO 14001, deve-se atender o cumprimento de 17 requisitos normativos que visam estabelecer um sistema de melhoria contínua. Esses requisitos subdividem-se em 5 fases de implementação: a política ambiental e o planejamento; a implementação; a operação; a verificação e ação corretiva; a análise crítica (CAMPOS et al., 2006). Normas Técnicas (ABNT); além disso, trabalha como certificadora credenciada pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normatização e Qualidade Industrial (INMETRO) 15 , que é responsável por credenciar as empresas certificadoras brasileiras (COSTA et al., 2007). As empresas brasileiras acreditam que a certificação em uma norma ambiental (ISO 14001) facilita a entrada de seus produtos e/ ou serviços em determinados mercados e/ou empresas. Outro benefício considerado da certificação ambiental é com relação ao controle No Brasil, a ISO 14001 é representa- ambiental que a organização tem em seu proda e fiscalizada pela Associação Brasileira de cesso (CAMPOS et al., 2006). Tabela 1 - Histórico do número de certificados emitidos na ISO 14001, no SBAC 15. 22 Fonte: INMETRO / 2013 A estrutura da ISO 14001 é subdivida da seguinte forma: Introdução, Objetivo e Campo de Aplicação, Referências Normativas, Termos e Definições, Requisitos do Sistema de Gestão Ambiental (Requisitos Gerais, Política Ambiental, Planejamento, Implementação e Operação, Verificação e Análise pela Administração) e Orientações para uso dessa Norma (NBR ISO 14001, 2004). 5 | A indústria do petróleo e seus impactos ambientais O petróleo pode ser considerado o recurso energético mais utilizado e cobiçado nos dias atuais, no mundo inteiro. Essa relação é consolidada após a Revolução Industrial; as indústrias utilizavam combustíveis fósseis (carvão mineral e petróleo) como fonte de energia para suprir suas necessidades. Sua exploração e produção podem ser consideradas como atividades com alto potencial de impactos ambientais, devido às alterações que são causadas no meio natural, no seu processo de produção e exploração (BOZELLI et al., 2008). Segundo Russo et al. (2004), a exploração e produção de petróleo seguem as seguintes etapas no seu processo: (i) exploração de reservatórios por meio de geomodelagem tridimensional e interpretação sísmica; (ii) projeto e construção de facilidades de produção; (iii) produção e transpor- A ISO 14001 estabelece diretrizes básicas para o desenvolvimento de um sistema que gerencia a questão ambiental dentro da empresa, ou seja, um sistema de gestão. O Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO) é uma autarquia federal, vinculada ao Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior, que atua como Secretaria Executiva do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, colegiado interministerial, que é o órgão normativo do Sistema Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. 16 Sistema Brasileiro de Avaliação de Conformidade (SBAC) - é um subsistema do Sistema Nacional de Meteorologia, Normalização e Qualidade Industrial - SINMETRO. 14 15 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 te. Ao longo dos anos, a indústria de petróleo, por meio de suas atividades, vem causando impactos ambientais irreparáveis aos ecossistemas brasileiros, sejam eles impactos ambientais terrestres e/ ou aquáticos (BEZERRA, 2005). Além das atividades elencadas anteriormente no processo de exploração e produção, devemos destacar o processo de refino de petróleo, que é outro segmento a ser considerado. Nesse ramo de atividade, além dos impactos ambientais em sistemas aquáticos e terrestres, podemos destacar a poluição atmosférica por meio da emissão de poluentes nocivos à saúde humana e ao meio ambiente natural, tais como CO, SOx, NOx, material particulado e hidrocarbonetos. 23 De acordo com Mariano (2001), os descartes inadequados de resíduos e efluentes oriundos de suas atividades podem ocasionar as seguintes alterações no meio natural: (i) aspecto estético desagradável e desfiguração das paisagens naturais; (ii) produção de maus odores; (iii) poluição da água (superficial e/ou subterrânea) pelo carreamento superficial ou pela infiltração dos detritos para os corpos hídricos; (iv) liberação de gases tóxicos e (v) poluição do ar. Como a indústria de petróleo tem como etapas a exploração, produção, refino de petróleo e transporte, sendo atividades que causam impactos significativos em toda sua cadeia, faz-se necessário às indústrias passarem pelo processo de licenciamento ambiental (processo administrativo). O órgão ambiental competente, dependendo da esfe- ra, atuação e abrangência, concede licença prévia, instalação, ampliação e operação para atividades que utilizam recursos naturais e possam causar danos ou impactos que afetem o meio ambiente e a qualidade de vida das populações (BOZELLI et al., 2008). A indústria petrolífera, por desenvolver uma atividade complexa e que causa tantos danos expressivos ao meio ambiente assim como à sociedade, na última década, vem se dedicando e aprimorando meios preventivos e/ou corretivos a fim de evitar ou mitigar impactos sócio-ambientais. Nos últimos anos, as empresas vêm investindo cada vez mais em: (i) implantação de programas de gestão ambiental; (ii) análises ambientais somando-se às avaliações dos impactos socioeconômico dos projetos; (iii) recuperação de áreas afetadas; (iv) recomposição paisagística e (v) tratamento adequado aos resíduos e efluentes gerados (MARIANO, 2001). Como pode ser visto no gráfico abaixo, a ocorrência de vazamentos após o ano de 2001 reduziu significativamente devido à mudança e implantação de certificação da ISO 14001, que também alterou a estrutura no que tange às relações de gestão ambiental nesse tipo de indústria. O exemplo que pode ser visto é a prática exercida pela empresa Petrobras, a maior empresa brasileira e uma das maiores nesse segmento, que, no início desta década, certificou todas as refinarias e seus empreendimentos. Gráfico 2 - Volume de Vazamentos de Óleo/ano. Fonte: Departamento de Segurança e Meio Ambiente Petrobras. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo 6 | Sistema de gestão ambiental e a indústria de petróleo Os sistemas de gestão ambiental não avançam apenas com boas intenções. Independente do tipo e do escopo da empresa, é necessário haver um comprometimento de todas as esferas da organização e, ainda, uma efetiva participação da liderança, das gerências e da alta administração para colher bons resultados mediante um sistema de gestão eficaz e coeso (MOREIRA, 2004). 24 Uma boa abordagem para a implantação de um sistema, sem importar qual seja, se dá por meio da Engenharia de Sistemas, que serve de base metodológica para a implantação e manutenção do sistema. Essa metodologia visa viabilizar o planejamento, o desenvolvimento, a construção e a avaliação de sistemas a serem implantados. E, ainda, permite o desenvolvimento lógico e coordenado de cada etapa de um projeto em termos de procedimentos e técnicas de planejamento, estruturação e controle, viabilizando seus objetivos dentro das limitações planejadas Figura 5 - Ciclo do PDCA Fonte: www.proqualidadetotal.hpg Apesar da simplicidade desse ciclo, ele deve ser considerado a chave para alcançar os objetivos esperados na implantação de um sistema de gestão, pois as quatro etapas do PDCA definem bem “o que fazer” e “quando fazer”. Ainda se deve considerar que esse modelo é de custo e tempo (SEIFFERT, 2005). Segundo (RUELLA, 2004), o Sistema de Gestão Ambiental na indústria de petróleo visa manter e melhorar continuamente com base nos seguintes objetivos: (i) prevenir, eliminar e reduzir riscos de falhas e perdas associadas à produção de bens e serviços; (ii) prevenir, eliminar ou minimizar os aspectos ou impactos ambientais, associados a atividades, produtos e serviços da organização; (iii) atender os requisitos legais, normativos e requisitos subscritos pela organização junto com as partes interessadas, associadas à gestão ambiental aplicáveis a suas atividades, produtos e serviços e (iv) melhoria contínua do desempenho da sua organização e sua competitividade de forma ética, sustentável e responsável. A estrutura de sistema de gestão ambiental, proposto para a indústria de petróleo brasileira, é baseada no ciclo do PDCA17 - “Plan, Do, Check, Action”, que, na língua portuguesa, significa “Planejar, Fazer, Checar e Agir”. baseado na melhoria contínua, permitindo que o sistema de gestão ambiental não se cristalize, buscando um ciclo contínuo de melhoria. A fase do “planejamento” deve ser concebida como a mais crítica da implantação do O ciclo PDCA, ciclo de Shewhart ou ciclo de Deming é um ciclo de desenvolvimento, que tem foco na melhoria contínua. O PDCA, introduzido no Japão, após a guerra e idealizado por Shewhart, foi divulgado e aplicado por Deming. Inicialmente deu-se o uso para estatística e métodos de amostragem. O ciclo de Deming tem por princípio tornar mais claros e ágeis os processos envolvidos na execução da gestão, como na gestão da qualidade, dividindo-a em quatro principais passos. 17 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 sistema de gestão ambiental. É nela que estão inseridos (i) o levantamento de aspectos e impactos ambientais; (ii) o cadastramento e a consulta de requisitos legais e outros requisitos, (iii) elaboração da política ambiental e (iv) elaboração do programa de objetivos e metas. Todas as etapas citadas anteriormente servirão de base para a implantação e manutenção do sistema de gestão ambiental (SEIFFERT, 2005). 25 A etapa de “implantação” é formada por: (i) estrutura e responsabilidade; (ii) treinamento, conscientização e competência, (iii) estabelecimento de comunicação interna e externa, (iv) estrutura documental do sistema, (v) controle de documentos, (vi) controle operacional e (vii) preparação e atendimento a situações de emergência (Id, Ibid). Essa etapa norteia o “fazer”, com a elaboração de documentos e ações que serão necessários para o sistema. A última etapa aborda a “verificação e ação corretiva e ação preventiva”: (i) realização de monitoramento e medição; (ii) não conformidade, ação corretiva e preventiva, (iii) controle de registros, (iv) definição de sistemática de auditorias e (v) realização de revisão crítica pela alta administração (Id, Ibid). Essa fase se destina a avaliar quantitativa e/ou qualitativamente o sistema de gestão ambiental. 7 | Considerações finais e recomendações dos autores Ao longo de todo o trabalho, procurou-se fazer uma análise dos principais problemas ambientais identificados nos dias de hoje, além de verificar como e por que surgiram os principais tipos de padronização utilizados atualmente, nas indústrias. Como se discutiu anteriormente, a criação de normas que estabelecem padrões, sejam essas para qualidade, meio ambiente e/ ou segurança e saúde do trabalhador foi implementada, a fim de garantir produtos e/ou serviços que atendessem exigências dos mercados nacional e internacional, além de garantir o cumprimento legal. Outro aspecto a ser considerado são as normas ambientais existentes, que puderam subsidiar a indústria, independente dos segmentos em que ela atua, fornecendo diretrizes e princípios necessários à implantação do sistema de gestão ambiental. No caso específico da indústria de petróleo, a implantação e aquisição de um sistema de gestão ambiental é um ganho imensurável por ser uma indústria, que causa impactos nocivos aos sistemas naturais e aos seres humanos por meio de poluições atmosféricas, geração de resíduos e efluentes perigosos, contaminação das águas superficiais e subterrâneas, perda de biodiversidade, alteração de paisagens naturais e etc. Por meio do sistema de gestão ambiental, esse segmento pode garantir atividades e produtos que terão seus impactos controlados e destaque no mercado nacional e internacional. A principal recomendação na conclusão deste trabalho é a de que a certificação e a implantação do sistema de gestão ambiental não se limitem apenas a empresas do segmento de petróleo mas também a qualquer empresa, independente do segmento ou ramo de atividade que exerça, pois assim terão ampliação no seu mercado e garantia de consumidores cada vez mais fiéis. As principais vantagens que um sistema de gestão ambiental oferece para a empresa são: (i) criação de uma imagem verde; (ii) acesso a novos mercados; (iii) redução de acidentes ambientais e custos com remediação; (iv) conservação de energia e recursos naturais; (v) racionalização de atividades; (vi) menor risco de sanções do Poder Público; (vi) redução de perdas e desperdício (maior economia) e (vii) acesso a financiamentos. As vantagens oferecidas aos clientes são: (i) confiança na sustentabilidade do produto; (ii) acompanhamento da vida útil do produto; (iii) cuidados à disposição final do produto; (iv) incentivos à reciclagem; (v) produtos e serviços mais limpos; (vi) conservação dos recursos naturais; (vii) gestão dos resíduos industriais; (viii) gestão racional do uso dos recursos naturais e (ix) redução da poluição global. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 15–26, jun, 2013 Uma análise da importância do sistema de gestão ambiental (ISO 14.001) para a indústria de petróleo Referências ABNT (Associação Brasileira de Normas Técni- Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2001. cas), 1987c. Resíduos Sólidos - Classificação - NBR MOREIRA, Maria Suely. Estratégia e Implanta10.004. Rio de Janeiro: ABNT. ção do Sistema de Gestão Ambiental Modelo ISO ALBAGLI, Sarita. Amazônia: fronteira da geopolíti- 14000. Nova Lima: INDG Tecnologia e Serviços ca da biodiversidade. UNB: Parcerias Estratégicas LTDA. 2006. – Número 12, Brasília, 2001. NICOLELLA, Gilberto; MARQUES, João FernanBEZERRA, Luiz Gustavo Escorcio. A Indústria Bra- do; SKORUPA, Ladislau Araújo. Sistemas de Gessileira de Petróleo UPSTREAM e a Proteção Am- tão Ambiental: aspectos teóricos e análise de um biental – arcabouço jurídico e breves reflexões. 3° conjunto de empresas na região de campinas. SP. 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Em seguida, o fator de escala de Weibull é calculado. A função densidade de probabilidade é determinada a partir dos dois parâmetros de Weibull. Finalmente, com a função densidade de probabilidade calculada e as potências extraídas da curva de potência dos aerogeradores, estima-se a produção anual de energia e o fator de capacidade associado. O estudo de caso foi realizado em uma região costeira localizada no bairro de Boa Viagem (Recife, Pernambuco), com a finalidade de demonstrar a aplicabilidade do procedimento. Os resultados possibilitam identificar o aerogerador mais adequado do ponto de vista técnico e econômico para as condições de vento do local. Palavras-chave: Conversão eólica em ambiente urbano; Brazil Wind Data; Distribuição de Weibull; Aerogerador de eixo vertical; Produção anual de energia. Abstract 27 This paper aims to present and implement a simplified methodology for estimating the use of urban wind for electricity generation in buildings. The proposed procedure involves the use of through accessible and easy to handle computational tools obtained via the internet such as the use of Google Earth® for obtaining the coordinates of a place in a pre-selected region. This information is imported along with Brazil Wind Data into Quantum GIS®. This way, the average annual wind speed and the Weibull shape factor are extracted for an area of 10km x 10km. Therefore the Weibull scale factor is calculated. The Weibull density function is determined from both parameters Weibull. Finally, with the calculated Weibull density function and the power obtained from the power curve of the wind turbines, the annual energy production and the capacity factor are estimated. A case study was conducted in a coastal region located at Boa Viagem (Recife, Pernambuco), in order to demonstrate the applicability of the procedure. The results obtained enables the possibility of identifying the most appropriate wind turbine according to the local wind conditions from the technical and economic points of view. Keywords: Wind energy conversion in the built environment; Brazil Wind Data; Weibull distribution; Vertical axis wind turbine; Annual energy production. UFPE/PPGEM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Avenida da Arquitetura, s/n, Cidade Universitária, Recife/PE, CEP: 50740-550 — Email: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]. 1 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios 1 | Introdução no Brasil que podem ser instaladas próximas aos centros de carga, a energia eólica se constitui em Atualmente, existe uma relevante iniciativa uma das melhores alternativas, conforme demonsglobal para a implantação de novos sistemas de getram os trabalhos de Oliveira Filho (2011), Valença ração de energia que sejam renováveis, economi(2010), Melo (2009) e Araújo et al. (2009). camente viáveis e com baixa emissão de poluentes. 28 Como reconhece a ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), a geração de energia elétrica no próprio centro consumidor é benéfica para o aumento da confiabilidade e estabilidade dos sistemas de transmissão e de distribuição, contribuindo, também, para reduzir perdas e aumentar a oferta de energia elétrica em curto espaço de tempo. O emprego de pequenos aerogeradores atende a filosofia da geração descentralizada, que é uma forma estratégica de se instalarem pequenas unidades geradoras nos centros consumidores. Essas unidades geradoras proporcionam uma redução de perdas no transporte de energia até o consumidor e, também, uma maior confiabilidade no sistema de distribuição de energia elétrica. Entretanto, poucos são os estudos sobre o uso do vento para a produção de energia elétrica nas áreas urbanas, onde se concentra a maior parte do consumo. Com mais de 7.400km de costa brasileira, o Brasil está entre as regiões do mundo com bom potencial eólico, especialmente nas áreas costeiras do Nordeste, conforme estudos realizados por Oliveira Filho (2011), Pimenta et al. (2008) e Ortiz e Kampel (2011). Além disso, mais de 72% da população brasileira está concentrada ao longo da costa. A energia eólica é considerada uma das mais promissoras fontes naturais de energia, principalmente por ser uma fonte renovável, limpa e amplamente distribuída em uma escala global. Até a década passada, mais de 90% da potência instalada no Brasil provinha de fonte hidrelétrica. Entretanto, em 2010, o percentual foi da ordem de 70% (AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, 2010). Apesar de possuir potencial hidráulico ainda a ser explorado, principalmente na região Amazônica, que possui 50% do potencial hidrelétrico nacional (ATLAS DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL, 2005), essa região é ainda pouco atrativa pelo fato de estar localizada em zonas de proteção ambiental e também devido às grandes perdas no transporte dessa energia. No entanto, das fontes de energia renováveis disponíveis Com a disseminação da metodologia proposta neste trabalho, torna-se possível a realização de estudos técnicos de engenharia no Brasil com o intuito de identificar e utilizar o potencial de energia eólica no ambiente construído. Essa forma de geração de energia elétrica passa a ser regulada pela Resolução Normativa da ANEEL nº 482, de 17 de abril de 2012, que estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição e de compensação de energia elétrica. Este artigo objetiva apresentar e aplicar uma metodologia simplificada para estimar o uso do vento urbano na autoprodução de energia elétrica em edifícios. 2 | Materiais e métodos 2.1 | Google Earth® O Google Earth® oferece o mais abrangente banco de dados geoespaciais, incluindo paisagens urbanas contínuas, imagens de alta resolução, imagens históricas, ruas, estradas e pontos de interesse. Neste trabalho, o programa é usado para identificar regiões e obter coordenadas de posições específicas em latitude e longitude (GOOGLE, 2011). 2.2 | Brazil Wind Data (10km) Esse sistema estima a média anual da velocidade de vento em m/s, classes de potência (7 classes), densidade de potência em W/m2 e o valor k (fator de escala) de Weibull organizados em células de 10km x 10km. Mapas temáticos por código de cores permitem a visualização de todos os conjuntos de dados do território brasileiro. Sua informação é resultado de simulações produzidas por meio de um sistema (MesoMap) integrado de modelos de simulação atmosférica com banco de dados geográfico e meteorológico, conectados por rede de computadores. Esse sistema vem sendo validado por meio de medidas de alta qualidade anemométrica para uma grande faixa de regimes Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Figura 1 - Fluxograma para a obtenção da energia gerada por um aerogerador em kWh/ano. 29 de ventos. Os dados dos mapas do potencial de 2.5 | Determinação da velocidade vento foram calculados e extraídos anualmente, média anual e do fator em um período de 15 anos. Eles foram escolhidos de forma (k) por meio de amostragem aleatória em várias alturas, para que cada mês e estação do ano sejam con O primeiro passo é escolher a região siderados de forma representativa (CEPEL, 2011). onde o estudo será realizado. Utiliza-se o Google Earth ® para obter as coordenadas de ® 2.3 | Quantum GIS uma posição dentro da região em termos de O Quantum GIS® (QGIS) é um sistema de latitude e longitude. Em seguida, inserem-se informação geográfica (SIG) multi-plataforma de essas coordenadas juntamente com o Brazil livre acesso, que suporta formatos vetoriais, “ras- Wind Data (10km), no programa QUANTUM ter” e de bases de dados. Um Sistema de Informa- GIS ® . Assim, é possível obter a velocidade ção Geográfica (do inglês GIS – Geographic Infor- média e o fator de forma dentro de uma área mation System) é um conjunto de software, que de 100km 2 . permite criar, visualizar, consultar e analisar dados geoespaciais (QUANTUM GIS, 2011). 2.6 | Cálculo do fator de escala (c) 2.4 | Extração de dados de curvas – g3data® O fator de escala c de Weibull é calculado a partir da velocidade média anual e do fator de forma k, pela Equação 1, segundo Lysen (1983). O g3data® é um software livre, que permite a inserção de gráficos em diversos formatos de V (1) imagem e extração dos pontos de formação destes. c= 1 Depois de obtidos os pontos no software, é possíΓ 1 + vel exportá-los em formato de bancos de dados, k podendo ser aproveitados para cálculos em outros softwares, sob a forma de tabela (FRANTZ, 2010). Onde Γ é a função gama. O fator de escala A Figura 1 ilustra a metodologia proposta pode ser calculado por meio do Excel® utilizando para o denominador a função LNGAMA. para este trabalho. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios 2.7 | Extrapolação vertical Os ventos que interagem com os aerogeradores dependem do local geográfico, do clima, da topografia do terreno, da sua rugosidade (cobertura do solo) e da presença de obstáculos. Esses fatores fazem com que a velocidade de vento aumente com a altura em relação ao terreno. Esse fenômeno, denominado de “windshear” (cisalhamento do vento), pode influenciar significativamente a operação do aerogerador, especialmente em região urbana. A lei logarítmica pode ser usada para fazer a extrapolação vertical com o objetivo de calcular a velocidade do vento em uma altura qualquer pela Equação 2. V ( z) = V ( zr ) 30 ln (z / z 0 ) ln (z r / z 0 ) (2) Onde z é a altura em que se deseja estimar a velocidade; V(z) é a velocidade a ser estimada na altura z; V(zr) é a velocidade na altura de referência zr; z0 é a rugosidade característica do local; zr é a altura de referência (LYSEN, 1983). As características da superfície podem ser definidas a partir do comprimento de rugosidade z0, que é a altura da região adjacente ao solo, onde a velocidade do vento é nula. A modelagem da rugosidade deve ser efetuada manualmente, por meio de imagens atuais de satélites e levantamento local. Devem-se criar contornos nas áreas com a mesma rugosidade e atribuir uma classificação de rugosidade padrão. Valores aproximados de z0 para diferentes terrenos podem ser encontrados em Rohatgi (1994). Para áreas urbanas, a rugosidade é bastante elevada, tornando significativo o efeito do windshear. Por isso, é conveniente se utilizarem prédios de altura elevada para a instalação de turbinas eólicas (ARAÚJO, 2012), (MERTENS, 2006). 2.8 | Avaliação da variação da massa específica do ar Onde ρ é a massa específica em kg/m³, T a temperatura absoluta Kelvin, M a massa molecular em kg/mol, p = 1,01325 x 105 N/m2 é a pressão ao nível do mar e R = 8,31434 J/mol.K, é a constante universal dos gases. Pode-se estimar a massa específica de ar seco a várias temperaturas e pressões. Alguns valores típicos podem ser encontrados em Lysen (1983). 2.9 | Dados dos aerogeradores pré-selecionados Devem ser pré-selecionados aerogeradores projetados para as características do vento urbano (MERTENS, 2006), (ARAÚJO, 2012). Se os fabricantes disponibilizarem as tabelas dos dados de potência para velocidades de vento em classes (intervalos) de 1m/s, a energia produzida poderá ser estimada, multiplicando-se o número de horas em que a máquina será exposta a cada classe de velocidade de vento conforme detalhado na seção 2.11. Caso apenas as curvas de potência sejam disponibilizadas, um trabalho de captura gráfica daqueles valores deve ser realizado com o procedimento descrito na seção 2.4. 2.9 | Função densidade de probabilidade de Weibull Existem várias distribuições estatísticas capazes de representar os dados de velocidade de vento. A distribuição de Weibull é a mais apropriada para analisar e interpretar a situação da velocidade de vento medida e fazer a previsão da condição do vento em um dado local (CASTRO, 2005). A função densidade de probabilidade de Weibull de dois parâmetros foi empregada para realizar análises do vento na região considerada, e a função é dada pela Equação 4. f k v v ) = c c k −1 v k exp − c (4) A massa específica do ar ρ é diretamente proporcional à pressão e inversamente proporcional à temperatura absoluta, de acordo com a lei de Onde f(v) é a probabilidade da observação Boyle-Gay-Lussac (Equação 3): da velocidade de vento v(m/s). Os cálculos para Mp essa distribuição podem ser realizados no Excel®, (3) ρ= com o uso da função WEIBULL. RT Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 2.11 | Determinação da energia gerada pelo aerogerador em kWh/ano Confrontam-se os valores da função de densidade de probabilidade de Weibull com os valores da potência, extraídos da curva de potência do aerogerador (corrigida para a massa específica do local), a fim de estimar a produção da energia (PE) para cada velocidade de vento, no período de um ano, conforme Equação 5. potência elétrica por razões de segurança operacional, conforme especificado pelos dados técnicos fornecidos pelos fabricantes. 2.11 | Cálculo do fator de capacidade do aerogerador O fator de capacidade (FC) de um aerogerador é definido como a razão entre a energia produzida e aquela estimada, caso ele esteja operando em sua capacidade nominal para o período de um ano (Equação 7). Sendo assim, esse fator depende P(V ) × f (V ) × 8760 (5) PE (V ) = kWh / ano] da distribuição de ocorrência do vento no local (7)e 1000 das características técnicas do modelo de aeroge Onde P(V) é a potência extraída em W para rador pré-selecionado. O fator de capacidade na metodologia aqui cada velocidade, e 8760 é o número de horas no proposta permite realizar uma análise comparaano. A produção anual de energia (PAE) total no tiva entre diversas alternativas de aerogeradores disponíveis comercialmente. local é dada pela Equação 6. PAE = V =Vcut − out ∑ PE (V ) [kWh / ano] V =Vcut − in 31 (6) 3 | Estudo de caso Onde Vcut-in é o valor da velocidade de venO local escolhido para este estudo situa-se to, em que o aerogerador comece a produzir po- tência elétrica, e Vcut-out é o valor da velocidade em uma região costeira, localizada no bairro de de vento em que o aerogerador para de produzir Boa Viagem (Recife, Pernambuco), Figura 2. Figura 2: Fotografia de satélite do Recife utilizada no estudo. Fonte: (DIGITAL GLOBE, 2010). Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios 3.1 | Determinação da velocidade média anual de vento e do fator de forma (k) da região As coordenadas da área de interesse situam-se na latitude 806’ e longitude 34053’. Essas coordenadas foram inseridas juntamente com o Brazil Wind Data, no programa QUANTUM GIS®. Desse modo, o parâmetro de forma (k) fornecido é de 2,5, e a velocidade média, de 4,8m/s a 50m de altura. 3.2 | Cálculo do fator de escala (c) da região O fator de escala para a região foi calculado por meio da Equação 1, e o valor obtido foi de 5,4 m/s. 3.3 | Avaliação da variação da massa específica do ar da região 32 A massa específica do ar seco à pressão atmosférica padrão no nível do mar e a uma temperatura de 15ºC tem valor de 1,225 kg/m³, sendo usada como padrão na indústria eólica e empregada para o levantamento das curvas de potência dos aerogeradores (PATEL, 1999). Realizou-se uma interpolação linear com os valores apresentados na tabela da figura A.1, pg. 298, da referência Lysen (1983), para se obter a massa específica do ar da cidade do Recife, onde está localizada a região de interesse, cuja temperatura média anual é de 27,50C. O valor calculado foi de 1,176 kg/m³. 3.5 | Dados dos aerogeradores pré-selecionados Para o ambiente urbano, segundo Mertens (2003), os aerogeradores de eixo vertical apresentam uma topologia mais adequada. Por essa razão, foram pré-selecionados o modelo UGE-4kW, fabricado pela Urban Green Wind Turbine, e o modelo CE&P-10 Kw, fabricado pela California Energy & Power. O fabricante da UGE-4K disponibiliza a curva de potência como também os seus respectivos valores de potência para as velocidades de vento (EVOLVE GREEN, 2010). O fabricante do California Energy & Power só disponibiliza a curva de potência do aerogerador graficamente (CAL-EPOWER, 2011). Porém, para se utilizar um mesmo critério de comparação entre os aerogeradores, foi necessário extrair os pontos de formação dos gráficos, utilizando-se o programa g3data®. A Figura 4 mostra as curvas de potência obtidas para os dois aerogeradores. Figura 4: Curvas de potência dos aerogeradores CE&P10 kW e UGE-4kW 3.4 | Função densidade de probabilidade de Weibull da região A função densidade de probabilidade da velocidade de vento V(m/s) foi empregada para realizar análise do potencial eólico da região considerada. A Figura 3 representa o gráfico da função densidade de probabilidade com a velocidade de vento a 50m. Figura 3: Gráfico da função densidade de probabilidade com a velocidade de vento a 50m. 4 | Resultados e discussão Como uma aplicação prática do procedimento desenvolvido neste estudo de caso, considerou-se o processo de simulação da geração eólica em um edifício localizado numa área da região de estudo, Figura 5. Figura 5: Vista da área da região de estudo para simulação da geração eólica em um edifício. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Com base no referencial teórico da extrapolação vertical das velocidades de vento discutido no item 2.7, foi escolhido, com uso de procedimento proposto por Valença (2010), um edifício de 116m, o mais alto na região. A velocidade média nessa altura estimada pela equação 2 é de 6,4 m/s. Considerou-se a instalação dos aerogeradores na altura do topo do edifício e recuados 1m de sua fachada. Confrontam-se os valores da nova função densidade de probabilidade de Weibull (Figura 6) com os valores da potência, extraídos da curva de potência do aerogerador (corrigida para a massa específica do local), de modo a obter os valores da energia produzida por cada máquina em kWh/ano no edifício, conforme o procedimento descrito anteriormente. Figura 6: Gráfico da função densidade de probabilidade com a velocidade de vento a 116m Deve-se salientar que, embora o modelo CE&P (CAL-EPOWER, 2011) aparente possuir potência nominal de 10 kW, esse valor, de fato, é de 12 kW, conforme mostra a figura 4. A falta de informação técnica precisa nos dados fornecidos pelos fabricantes pode levar a resultados incoerentes, dificultando a análise comparativa. Esse fato já foi previamente identificado no trabalho de Araújo et al. (2009), em que os resultados obtidos com a simulação de um aerogerador indicaram a necessidade de certificação das curvas de potência elétrica e de coeficiente de potência por instituições acreditadas no mercado. Por outro lado, a validação dos resultados obtidos com essa metodologia necessita da comparação dos seus valores de energia produzida com aqueles obtidos com os dados de série histórica de medições anemométricas próximas ao local. Esse aspecto será objeto de um próximo estudo. 5 | Conclusões Este trabalho apresentou e aplicou uma metodologia simplificada para estimar o uso do vento urbano na autoprodução de energia elétrica em edifícios altos por meio de ferramentas computacionais acessíveis via internet e relativamente de fácil manuseio. 33 O estudo de caso foi desenvolvido para um ediA produção anual de energia pelo UGE-4K está fício alto, situado na orla marítima do bairro de Boa mostrada na Tabela 1.1 Tabela 1: Energia elétrica produzida pelo UGE-4K em kWh/ano no edifício Viagem (Recife, Pernambuco), com a finalidade de demonstrar a aplicabilidade do procedimento. O fator de A produção anual de energia pelo CE&P-10K está capacidade, da forma como é apresentado neste trabalho, representa um parâmetro da relação benefício/ indicada na Tabela 2. 1 custo do aerogerador. Sob esse ponto de vista, quanto Tabela 2: Energia Gerada pelo CE&P-10K em kWh/ano no edifício maior o fator de capacidade, maior a viabilidade eco Das tabelas 1 e 21, verifica-se que a produ- nômica do projeto. Dessa forma, embora o modelo ção de energia anual do modelo UGE é de 11.771 CE&P tenha uma produção anual de energia maior que kWh/ano e de 24.189 kWh/ano para o modelo o modelo UGE, este último obteve um maior fator de CE&P. Considerando-se que a potência nominal, capacidade, tornando-se mais viável economicamente. dada na figura 4, é de 4 kW e 12 kW, respectivaEste trabalho apresentou e aplicou uma metomente, então o fator de capacidade estimado pela equação 7 do modelo UGE é de 34% e de 23% para dologia simplificada para estimar o uso do vento uro modelo CE&P. Por outro lado, ao se comparar a bano na autoprodução de energia elétrica em edifícios produção anual de energia dos aerogeradores por altos por meio de ferramentas computacionais acessíkWh nominal instalado, obtém-se um valor médio veis via internet e relativamente de fácil manuseio. anual de 340 Wh/kWh para o modelo UGE, enO estudo de caso foi desenvolvido para um quanto para o modelo CE&P tem-se o valor de 230 edifício alto, situado na orla marítima do bairro de Wh/kWh. Considerando-se que o custo de um aerogerador apresente uma relação direta com sua Boa Viagem (Recife, Pernambuco), com a finalidapotência nominal, o modelo UGE seria mais viável. de de demonstrar a aplicabilidade do procedimen1 Ver anexo (pág. 36) Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios to. O fator de capacidade, da forma como é apresentado neste trabalho, representa um parâmetro da relação benefício/custo do aerogerador. Sob esse ponto de vista, quanto maior o fator de capacidade, maior a viabilidade econômica do projeto. Dessa forma, embora o modelo CE&P tenha uma produção anual de energia maior que o modelo UGE, este último obteve um maior fator de capacidade, tornando-se mais viável economicamente. 34 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Referências AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL. ANEEL. BIG - Banco de Informações de Geração, 2010. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/capacidadebrasil/capacidadebrasil.asp. Acesso em: 15. 09. 2011. ARAÚJO, A. M.; MELO, G. M.; MEDEIROS, A. L. R. de; SANTOS, M. J. dos . Simulación de la Producción de Energía Eléctrica con Aerogeneradores de Pequeño Tamaño. Información Tecnológica (Impresa), v. 20, p. 37-44, 2009. ARAÚJO, A. M. 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Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Vento urbano para autoprodução de energia elétrica em edifícios Anexo Tabela 1 – Energia elétrica produzida pelo UGE-4K em kWh/ano no edifício UGE-4K Potência (W) 36 Energia (kWh) Tabela 2 - Energia Gerada pelo CE&P-10K em kWh/ano no edifício CE&P–10K Potência (W) Energia (kWh) 0 0 0 0 0 0 0 0 118 0 63 0 250 182 188 137 420 418 376 375,2 656 770 753 883,9 984 1.206 1.380 1.690,7 1.416 1.625 2.320 2.663,3 1.888 1.833 3.700 3.592,4 2.400 1.784 5.519 4.103,1 2.885 1.487 7.337 3.783,3 3.357 1.086 9.344 3.023,6 3.869 710 10.975 2.013,7 4.223 69 11.790 1.106,1 3.934 25 11.790 508,9 3.869 8 11.539 205,7 3.843 0 11.539 76 3.843 0 11.539 25,1 3.843 0 11.539 0 3.843 0 11.539 0 3.843 0 11.539 0,4 3.843 0 11.539 0,1 3.843 0 11.539 0 3.843 0 11.539 0 3.843 0 11.539 0 3.843 0 10.945 0 Total 11.771 Total 24.189 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 27–36, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora1 CRUZ, Valmira Maria de Amariz Coelho2; SIMONIAN ,Michele3; SILVA, Frederico Fonseca4 Resumo 37 Esta proposta de trabalho discorre sobre a importância da utilização das TIC como ferramentas imprescindíveis para a eficácia do desenvolvimento de uma gestão participativa. Neste estudo, são abordados, de forma teórica, empírica e analítica, os conceitos, os tipos, as finalidades, as formas e a frequência de uso das TIC existentes no espaço escolar, dando especial importância da contribuição destas no resultado do processo ensino e aprendizagem. A instituição em foco, utilizada para esta pesquisa, é uma Escola de Referência em Ensino Médio, situada no município de Camaragibe, estado de Pernambuco. Após o resultado da pesquisa, ficou evidenciada a importância das novas tecnologias no processo educativo, muito embora nos mostre que, entre os docentes, 80% deles não tiveram aulas de informática nem a oportunidade de estudar o emprego das novas tecnologias no ensino. Apesar dos dados apresentados, foi observada uma quebra gradativa da resistência ao uso pedagógico dos recursos tecnológicos em sala de aula, evidenciada pelo fato de 53,3% dos docentes considerarem decisivo e importante o uso das tecnologias nesse novo mundo informatizado. No que concerne à pesquisa direcionada ao educando, os resultados evidenciaram que inexiste para a grande maioria o manuseio do computador dentro do recinto escolar. Evidenciou-se também que o principal recurso utilizado é a Internet, destacando-se o site de busca e o de relacionamento, este com a adesão de 75,85% dos entrevistados. Convém destacar com especial atenção que, apesar de todo o avanço tecnológico existente atualmente e de todo empenho da gestão em pauta, 6% do universo de educandos entrevistados não sabem usar o computador, juntando-se estes à grande massa populacional de educandos brasileiros “info-excluídos”. Sendo assim, sugerimos um direcionamento das políticas públicas de ensino no sentido de viabilizar recursos para a aquisição, a manutenção e o manuseio das tecnologias físicas das escolas. Faz-se necessário, também, que os gestores das escolas públicas promovam, possibilitem, facilitem e efetivem o uso das TIC por todos os que compõem o universo escolar. Palavras-chave: TIC; Desenvolvimento; Gestão. Abstract This proposal of work discourses on the importance of the use of the TIC as essential tools for the effectiveness of the development of a participativa management. In this study he is boarded of theoretical form, empirically and analytically the concepts, types, purposes, forms and frequency of use of the existing TIC in the pertaining to school space, giving special importance to the contribution of same in the result of the process education and learning. The institution in focus, used for this research, is a School of Reference in Average Education, situated in the city of Camaragibe, state of Pernambuco. After the result of the research, was evidenced the importance of the new technologies in the educative process, much even so in shows them that it enters professors 80% of them had not had computer science lessons nor the chance to study the job of the new technologies in education. Although the presented data, were observed a gradual breaking of the resistance to the pedagogical use of the technological resources in classroom evidenced for the fact of 53,3% of the professors to consider decisive and important the use of the technologies, in this new informatizado world. With respect to the research directed to educating, the results had evidenced that it inexists for the great majority, the manuscript of the computer inside of the pertaining to school enclosure. He was also evidenced, that the main used resource is the Internet being distinguished the site of search and of relationship the this with the adhesion of 75,85% of the interviewed ones. It agrees to detach with special attention that although all existing technological advance currently and of all persistence of the management in guideline, 6% of the universe of interviewed educandos do not know to use the computer, joining themselves these to the great population mass of “info-excluded” Brazilian educandos. Being thus, we suggest an aiming of the public politics of education in the direction to make possible resources for the acquisition, maintenance and manuscript of the physical technologies of the schools. One becomes necessary, also that the managers of the public schools promote, they make possible, they facilitate and they accomplish the use of the TIC for that they compose the pertaining to school universe. keywords TIC; Development; Management. Parte da monografia do primeiro autor. 1 Acadêmica do Curso de Pós-Graduação Lato sensu para Gestores dos Sistemas Estaduais de Ensino, pelo IFPR - Instituto do Paraná, formada em Licenciatura Plena em Letras, pela FFPP - Faculdade de Formação de Professores de Petrolina (Petrolina - PE) e Especialista em Gestão Escolar pela UFRPE - Universidade Federal Rural de Pernambuco. Email: valmiracruz@yahoo. com.br. 3 Graduada em Pedagogia e em Organização do Trabalho Pedagógico e Mestre em Educação pela Universidade Federal do Paraná. Especialista em Modalidades de Intervenção no Processo de Aprendizagem pela PUC – PR. Atualmente é professora com dedicação exclusiva no IFPR, atuando na coordenação de Design Instrucional. Email: [email protected]. 4 Engenheiro Agrônomo, doutor em Irrigação e Meio Ambiente, Professor e Pesquisador do IFPR - Instituto Federal do Paraná. Email: [email protected]. 2 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora 1 | Introdução As novas tecnologias da informação e da comunicação (TIC) são ferramentas indispensáveis ao desenvolvimento de uma boa gestão. São, na opinião de especialistas e professores, primordiais no atual processo de globalização, em que a comunicação entre as várias partes do mundo se processa ao toque de uma tecla, pelo som da voz ou, até mesmo, mediante o reconhecimento da rotina do usuário. 38 pacite, profissionalmente, indivíduos emancipados, pensantes e tecnicamente preparados para atuarem nas diversas esferas deste mundo moderno. A instituição em foco é uma Unidade Estadual de Ensino de Referência, situada em Camaragibe (PE). De grande porte, funciona nesse molde há cerca de dois anos, possuindo Biblioteca, sala de tecnologia, laboratórios e demais dependências. Seu quadro funcional é composto de 15 (quinze) professores, 01 (um) educador de apoio, 02(dois) técnicos administrativos, 04 (quatro) assistentes administrativos, 07 (sete) auxiliares de serviços gerais e 06 (seis) merendeiras. Possui 398 educandos que estudam no período das 07h30 às 17h30. Quando bem utilizadas em uma Unidade de Ensino, essas tecnologias facilitam o desenvolvimento e o gerenciamento das tarefas do Diretor ou Coordenador, promovendo a agilidade nos trabalhos, a clareza nas informações, a otimização do tempo impetrado na realização das atividades e uma aprendizagem mais dinâmica e interativa dos O estudo em pauta visa demonstrar a atueducandos. ação da gestão pedagógica da escola pesquisada e fornecer subsídios que possam direcionar o uso Hoje é quase impossível se desenvolver das tecnologias educacionais. qualquer atividade, sem que se faça uso da tecnologia. Em uma gestão escolar participativa, como é Dessa forma, o objetivo do presente estudo o caso da gestão a que está submetida à escola en- consiste em promover e sistematizar a operaciofocada neste trabalho, o grande desafio reside na nalização do uso das TIC nos diversos setores da correta operacionalização das tecnologias existen- escola, objetivando a interação e a concretização tes nos diversos setores que compõem a Institui- de ações transformadoras no desenvolvimento da ção Escola. gestão escolar. No atual processo de modernização do país, de incríveis mudanças nas relações pessoais e na transformação do mercado de trabalho, a qualidade da educação, fator que incide diretamente, na formação docente e discente, deve ser (re)pensada, principalmente no que concerne ao ensino técnico profissional. Nesse entendimento, Carvalho (2003) enfatiza uma educação direcionada aos trabalhadores que contemple: “[...] a valorização da escola pública, da necessidade de garantir o acesso dos trabalhadores à educação formal, [...] como forma privilegiada de assegurar ao trabalhador um conjunto de conhecimentos tecnológicos, científicos, filosóficos, etc. que lhe possibilite uma melhor inserção no mercado de trabalho, mas, sobretudo, a constituição de uma cidadania efetiva que o instrumentalize para a compreensão crítica e transformadora do mundo do trabalho” (CARVALHO, 2003, p. 164). 2 | Fundamentação Teórica Na atualidade, não se concebe uma gestão escolar sem o uso das TIC. A velocidade no repasse e processamento das informações é surpreendente, e a tecnologia educacional, nesse contexto, vem ganhando seu espaço. Assim, várias são as concepções da “máquina”, termo como a tecnologia é popularmente conhecida (KENSKI, 2012). Ainda na opinião da autora: “A evolução social do homem confunde-se com as tecnologias desenvolvidas e empregadas em cada época. [...]. As idades da pedra, do ferro e [...], correspondem ao momento histórico-social em que foram criadas “novas tecnologias”. [...]. O avanço científico da humanidade amplia o conhecimento sobre esses recursos e cria permanentemente “novas tecnologias” [...]. O homem transita culturalmente mediado pelas tecnologias que lhe são contemporâneas” (KENSKI, 2012, p. 20 - 21). Fica claro, portanto, que a escola deve ofere- Segundo Rosenau e Simonian (2011), de acordo cer uma Educação Profissional Tecnológica que ca- Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 com pesquisa realizada por Brito (2006), a qual tomou por base os estudos de Sancho (2001, apud Tajra, 2001.), as tecnologias dividem-se em 3 grupos, tais como: Tecnologias físicas, Tecnologias organizadoras e Tecnologias simbólicas. 39 Ainda na opinião de Sancho (2001), existem vários outros conceitos de tecnologias, destacando-se, dentre todas a Tecnologia educacional. Convém salientar que, no entender de Lévy (1993, apud KENSKI, 2012), existem tipos variados de tecnologias - como o computador – que transcendem a simples função do equipamento, como é o caso das chamadas “tecnologias da inteligência”, cuja interação, por meio da linguagem oral, escrita e digital com o usuário, permite o acesso e a facilidade de comunicação, a troca rápida de informações, a aquisição de novos conceitos e a quebra de paradigmas, a construção de novos conhecimentos e o aprimoramento dos que já se possuem. Ressaltando que as “novas tecnologias de comunicação e informação” são aquelas que podem ser utilizadas, com sucesso, no ensino formal, Kenski (2012) afirma: “As novas tecnologias de informação e comunicação, caracterizadas como midiáticas, são, portanto, mais do que simples suportes. Elas interferem em nosso modo de pensar, sentir, agir, de nos relacionarmos socialmente e adquirirmos conhecimentos. Criam uma nova cultura e um novo modelo de sociedade”. Segundo Rosenau e Simonian (2011), as tecnologias educacionais foram conceituadas como “recursos que usamos com nossos alunos para proporcionar conhecimento, que vão desde a nossa exposição oral, dialogada ao uso do computador que está ligado ao mundo do conhecimento”. A tecnologia educacional abrange a área do conhecimento na qual a tecnologia se submete aos objetivos educacionais. Proporciona, de acordo com o contexto no qual a escola está inserida e de acordo com a necessidade do professor, do educando e da escola, a utilização de novas estratégias, novas técnicas e o correto manuseio das ferramentas tecnológicas com vistas à facilitação do aprendizado. 2 Entenda-se como ferramentas tecnológicas - isso desde os primórdios da escola - a lousa, o giz, os livros, a TV, o retroprojetor, o vídeo, o rádio, o computador conectado à internet, os softwares de criação de sites, a TV a cabo, jogos eletrônicos, entre outros. 2.1 | Função social da escola e as TIC A escola é uma instituição social, que, pela aprendizagem, deve promover no educando o desenvolvimento do seu potencial cognitivo, físico, social, afetivo e humanitário, possibilitando, assim, a formação de indivíduos pensantes, atuantes e interativos na sociedade na qual estão inseridos. Essa, no entanto, não é a realidade das escolas do Brasil. Para que, de fato, tenhamos uma verdadeira escola, esta deve vivenciar uma metamorfose estrutural, no que concerne o relacionamento pessoal e profissional - diálogo, comunicação, dissipação de conflitos -; deve promover experiências com vistas à aquisição de uma cidadania ativa e empreendedora, respeitando as limitações e capacidades individuais. A escola ideal deve ser um espaço, que possibilite a realização dos sonhos de milhares de jovens e adolescentes e, para tanto, deve ressignificar o uso desse espaço, adequando-o às novas culturas e (re) elaborando suas práticas. Deve ser como um organismo vivo, e todos os seus integrantes precisam estar comprometidos na busca dos objetivos desejados. Enfim, deve ter a autonomia necessária para ensinar aos jovens a conquistarem os seus direitos. Segundo Rosenau e Simoniam (2011), Litwin1 (2001) defende que “a função da escola não é transmitir e, sim, reconstruir o conhecimento experiencial, como a maneira de entender a tensão entre os processos de socialização em termos de transmissão da cultura hegemônica da comunidade social e o aparecimento de propostas críticas para a formação do indivíduo.” Em se considerando a escola tradicional e a escola dessa nova era tecnológica, percebe-se como características da escola tradicional que esta operava com tempo determinado, por determinado período e com o objetivo de apenas transmitir conceitos LITWIN, E. (Org.) Tecnologia Educacional: política, histórias e propostas. Porto Alegre: Artes Médicas, 2001. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora e informações que deveriam ser reproduzidas pelos educandos, semestral ou bimestralmente, para o recebimento de um certificado de conclusão. Entretanto, a escola de hoje, cuja maioria dos jovens educandos já manuseia algumas das tecnologias existentes, deve ser mais flexível, interativa, dialógica, centrada, segundo Saviani (2002), na prática social. 40 sultados Educacionais, Gestão de Pessoas, Gestão de Recursos e Serviços. Todas essas gestões têm como suporte o uso incondicional das tecnologias físicas, organizadoras e simbólicas (ROSENAU; SIMONIAN, 2011, p. 18 - 19). Quando o gestor de uma instituição escolar afirma desenvolver seus trabalhos, sejam eles pedagógicos administrativos ou orçamentários, com base em uma Gestão Participativa, significa dizer que exerce uma gestão de mobilização de talentos e de esforços conjunto, em que a análise das situações é norteada pela discussão, pela deliberação, pelo planejamento, pela solução e pelo encaminhamento de problemas (LÜCK et al., 2005, p. 17). As tecnologias são transformadoras e fazem parte do nosso cotidiano, provocando um profundo impacto em nossas vidas. Se antes havia a necessidade do deslocamento físico para a aquisição do saber, hoje o saber viaja a uma velocidade surpreendente, para qualquer que seja o local onde o educando se encontre. Dessa forma, surgem as escolas virtuais modalidade de ensino a distância - que possibilita Retornando às tecnologias, observa-se que, uma interação que transcende a proximidade física. em se tratando das tecnologias físicas, o acervo da escola ora observada, por área de funcionamen A utilização das inovações tecnológicas na to, consta de: Sala da Direção: 01 computador, 01 sociedade contemporânea tem contribuído para impressora, 01 telefone fax, 01 aparelho de som que o gestor e os professores reformulem o perfil da e 02 telefones; Secretaria: 03 computadores, 01 sua prática gestora e pedagógica e suscitem nos alu- impressora, 01 telefone e 01 TV; Sala de Apoio nos o interesse pelo seu papel no processo da apren- Pedagógico: 02 máquinas de xérox, 04 computadizagem. dores, 02 aparelhos de som, 02 TV, 11 tabletes e 11 aparelhos “gestor móvel”; Biblioteca: 03 com Assim, cumpre ressaltar a importância do putadores, 01 projetor de slides, 01 caixa acústica papel da escola no sentido de orientar os educandos e 01 tela de projeção; Laboratório de Informática: quanto à forma de pesquisar, julgar, usar e proces- 10 computadores; Sala dos Professores: 01 TV, 01 sar as informações recebidas, inserindo-as no seu computador, 01 aparelho de som e 01 impressocotidiano para a melhoria de sua qualidade de vida. ra. Outros materiais de uso geral compõem este As velozes transformações tecnológicas da atuali- acervo: Filmadora, máquina fotográfica, microdade impõem novos ritmos e dimensões à tarefa de fone, violão, guitarra, bumbo, pandeiro, teclado, ensinar e aprender (KENSKI, 2012, p. 30). Convém mesa de som e caixa amplificadora. Essas tecnoloressaltar a afirmação de Corrêa (2001): “Devemos gias, quando adequadamente utilizadas, facilitam construir uma nova articulação entre tecnologia e e viabilizam tanto o trabalho do gestor quanto o educação, [...]. Ou seja, compreender a tecnologia de todos aqueles que façam o uso correto desses para além do mero artefato, recuperando sua di- artefatos. mensão humana e social. Lembrando que as tecnologias que favorecem o acesso à informação e aos No que se refere às tecnologias organizacanais de comunicação dependem de uma propos- doras, a escola observada possui um sistema de ta educativa que as utilize enquanto mediação para relacionamento aberto, tanto interna quanto exuma determinada prática educativa”. ternamente por meio do uso da Internet, do Blog Institucional e da atualização diária do SIEPE . 2.2 | O gestor e as inovações tecnológicas No que concerne à prática de uma gestão que utiliza as inovações tecnológicas, a escola observada desenvolve uma Gestão Participativa que abrange: Gestão Pedagógica, Gestão de Re2 SIEPE - Sistema Informatizado da Educação de Pernambuco Em se tratando das tecnologias simbólicas, a escola em pauta mantém um elo de comunicação entre seus diversos segmentos e a comunidade por meio da linguagem oral (também através da rádio comunitária), escrita e virtual. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 2.3 | Gestão Pedagógica e o uso das tecnologias 41 educando. Para tal feito, as tecnologias educacionais se fazem presentes e ativas nos diversos ambientes da escola, proporcionando uma Sabe-se que a educação é o passaporte aprendizagem interativa por meio do aprender para que o homem, consciente de seus direitos a ser, a conviver, a fazer e a conhecer. e deveres, usufrua de uma sociedade justa, igualitária. Para que isso de fato aconteça, faz-se ne Sabe-se que em nível de funcionamento cessário que a escola, no real cumprimento do escolar, os serviços executados na esfera admiseu papel, promova a integração entre alunos, nistrativa complementam aqueles que são reaprofessores e o universo científico e tecnológico. lizados na esfera pedagógica. No entanto, para que ambos se coadunem, é necessário que se Com esse entendimento, Corrêa (2001) efetivem em consonância com o que exige a atuafirma: “Devemos construir uma nova articual realidade tecnologicamente globalizada. Uma lação entre tecnologia e educação, aquilo que Gestão Pedagógica exige da escola, na pessoa chamaríamos de uma visão crítica, [...]. Ou seja, dos que dela fazem parte: abertura, transparêncompreender a tecnologia para além do mero cia, autonomia e liderança. Essas características artefato, recuperando sua dimensão humana e devem ser repassadas para toda a sociedade social. Ressalta, ainda, que as tecnologias que por meio de espaços virtuais, como a Internet. favorecem o acesso à informação e aos canais de comunicação não são por si mesmas educati2.4 | Gestão de Resultados vas, visto que, para isso, dependem de uma proEducacionais e as tecnologias posta educativa que as utilize enquanto media A instrumentalização da escola, observação para uma determinada prática educativa”. da mediante o uso das TIC, sistematiza, dinamiza, otimiza e torna transparente todo o processo Na concepção de Moran (1998), a utiliburocrático dessa instituição. Seus resultados zação das novas mídias no ensino sugere um educacionais são processados na forma tranovo modelo na relação convencional entre o dicional, por meio das cadernetas, planilhas, professor e o educando. Dessa forma, entendemapa de notas, boletins individuais, desempe-se que o relacionamento do educando X profesnho interno e externo dos educandos no ENEM sor deve ser mais interativo, aberto, dinâmico, (Exame Nacional do Ensino Médio), e, como reempreendedor, transformador e construtor do ferência na prática de gestão, têm-se os resultaconhecimento. Na opinião de Sancho e Hernandos do Índice de Desenvolvimento da Educação dez (2006), devemos considerar as tecnologias Básica (IDEB) (Índice de Desenvolvimento da definitivas e ativas dentro do processo educaEducação de Pernambuco (IDEPE), do Sistema cional, muito embora elas não estejam acessíde Avaliação da Educação Básica (SAEB), do veis à grande massa populacional. Sistema de Avaliação do Ensino de Pernambuco (SAEPE) e Prova Brasil, que são informatizados Nessa linha de entendimento, vale sapor meio do uso dos computadores da escola, lientar que as TIC agregadas aos processos edudos tabletes dos professores conectados ao SIEcacionais da escola pesquisada têm especial PE e do Monitoramento das metas por meio da relevância no que concerne ao efetivo desenvolGIDE5. vimento de uma pedagogia baseada nos quatro 2.5 | Gestão de Pessoas: a administração pilares da Educação . e as tecnologias Sendo essa Unidade Educacional uma escola de Referência em Ensino Médio, o objetivo de todo seu processo educacional está voltado para o desenvolvimento de competências no Compreendendo que os partícipes da instituição escolar detêm o papel de transformadores, a prática de gestão direcionada a esses indivíduos contempla, utiliza e viabiliza o Os quatro pilares da Educação são conceitos de fundamento da educação, baseado no Relatório para a UNESCO da Comissão Internacional sobre Educação para o Século XXI, coordenada por Jacques Delors. Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Quatro_Pilares_da_Educa%C3%A7%C3%A3o. Acesso em: 28 de jun. de 2012. 5 Gestão Integrada da Escola. 4 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora 42 uso de todos os recursos tecnológicos existen- para compor o orçamento de investimento da tes na escola. escola, assegurando, assim, o suporte da gestão financeira às estratégias e aos planos de ação. Assim, com a utilização correta dos re- Convém destacar que todo o processo orçamencursos tecnológicos, pode-se promover a união tário, desde a tomada de preços, a aquisição do das esferas administrativa e pedagógica por bem e a prestação de contas, tanto para o Esmeio da formação de um banco de dados com tado quanto para a União, é realizado com a informações de todos os que compõem a escola, utilização dos recursos tecnológicos - telefone, diminuindo a quantidade de papéis em circula- fax, computador, internet, celular. Salienta-se, ção, minimizando o preenchimento, por escrito, também, que a gestão econômico-financeira da de formulários e automatizando o controle da escola é realizada pela equipe gestora, em confrequência de alunos, professores e funcioná- junto com o Conselho Escolar. rios; do conteúdo programático por disciplina; dos resultados educacionais; da merenda esco- Apesar de a escola tomada como parâlar e da atualização diária do SIEPE. metro neste trabalho apresentar o uso das TIC de maneira “satisfatória” em todas as suas su Existem programas direcionados para gestões, o grande desafio na gestão das TIC é o guardar as informações de todos os que com- embate ao uso destas por parte de uma parcela põem os diversos segmentos da escola, além ínfima - mas bastante significativa para o prode bibliotecas virtuais e banco de informações cesso ensino aprendizagem - de profissionais. para as atividades de professores e alunos. Não há mais como retirar da cena o computador, embora existam casos de resistência já cô É importante frisar que, para o funcio- micos (STOLL , 1999, apud DEMO, 2005, p. 69). namento desses processos, é necessário que a gestora da escola em pauta promova e viabilize, periodicamente, para os funcionários adminis2 | Resultados e discussões trativos e pedagógicos cursos de capacitação e Por meio da aplicação de um questionáatualização de utilização das TIC nas diversas rio, composto de onze questões, direcionado áreas. aos professores e alunos da instituição escolar enfocada no presente trabalho, buscou-se veri2.6 | Gestão de recursos ficar o conhecimento, a importância, os meios e e serviços as formas de utilização das Novas Tecnologias Em se referindo ao controle dos recursos Educacionais, dentro e fora do ambiente escolar financeiros, direcionados à instituição, as tec- bem como o nível da relação existente entre o nologias atuais permitem um rigoroso contro- professor, o educando e a gestão escolar. le, tanto da receita quanto da despesa realizada Para tanto, foi necessário traçar um perpela instituição escolar num determinado perí- fil comportamental, metodológico e cognitivo, odo de tempo. tanto do educando quanto do professor, corro Na elaboração do PPP e por meio do Pla- borado pelas informações fornecidas sobre o nejamento Estratégico e do Plano de Aplicação manuseio e uso das tecnologias e pelos sujeitos da instituição tomada como referência. Nesse em questão. trabalho, é apresentado o quantitativo de reA pesquisa, endereçada aos quinze procursos financeiros recebidos pela escola e, após serem levantadas as necessidades no âmbito fessores da instituição, retrata o uso e manupessoal, formativo, tecnológico, de aquisição de seio das Novas Tecnologias existentes na esequipamentos e de reforma e construção da es- cola, conforme se pode verificar nos gráficos a cola, esses recursos financeiros serão alocados seguir: 6 7 PPP - Projeto Político Pedagógico. STOLL, C. (1999). High tech heretic: why computers don’t belong in the classroom end other reflections by a computer contrarian. New York, Doubleday. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gráfico 1: Professores que possuem notebook. Quanto à operacionalização das tecnologias da informação e comunicação, os entrevistados assim procedem: 60% Frequentemente usam os mecanismos de busca da Internet para preparar seus trabalhos pedagógicos. Gráfico 5: Professores que usam sites de busca para seus trabalhos pedagógicos Deste total, 66,6% dos professores fazem uso do notebook em sala de aula. Gráfico 2: Professores que utilizam o notebook em sala de aula. 43 Convém salientar, ainda, que desses quinze profissionais docentes entrevistados, doze, ou seja, 80% não receberam aulas de informática sobre o uso e manuseio das NTIC. 53,3% dos professores frequentemente utilizam os mecanismos de busca na internet para aprimorar seus conhecimentos. Gráfico 6: Período em que os professores usam sites de busca para aprimorar seus conhecimentos Gráfico 3: Professores que não tiveram aulas de informática. Nove deles (60%) não tiveram, conforme demonstrado abaixo, a oportunidade de estudar o emprego das novas tecnologias aplicadas à educação pedagógica. 6,6% dos entrevistados retiram dúvidas nas salas de bate-papo. Gráfico 7: Professores que tiram dúvidas em salas de bate-papo Gráfico 4: Emprego de TIC na educação. Convém destacar que 20% dos docentes afirmaram que nunca prepararam slides usando ferramenta eletrônica, como PowerPoint. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora Gráfico 8: Professores que nunca usaram ferramenta eletrônica no preparo de slides Porém apenas 40% dos docentes entrevistados mantêm em dia os dados sobre seus alunos no tablete oferecido pelo governo e conectado ao SIEPE. Gráfico 12: Importância das TIC para o professor Porém 66,6% dos professores se consideram aptos a usar o laboratório de informática. Gráfico 9: Professores aptos a usar o laboratório de informática 44 Do total de docentes entrevistados, apenas um (6,6%) se acha despreparado para mediar o uso das TIC. O corpo discente da escola cujo universo pesquisado totalizou 120 educandos, em sua maioria, conhece os recursos básicos do computador, utilizando-o em casa, embora 5,83% não saibam usar o computador. Em termos de conhecimento, eles dominam mais o Word que o Excel. Gráfico 13: Educandos que não sabem usar o computador Gráfico 10: Professor despreparado para mediar o uso das TIC Dentro desse contexto, Demo (2001b) afirma: a Internet será ferramenta diária. Por fim, 86,6% dos docentes declararam que a escola em pauta oferece condições para que as tecnologias sejam um recurso da aprendizagem. Destes, 53,3% consideram-nas decisivas e indispensáveis no futuro do aluno e Importantes na vida do professor. Gráfico 11: Importância das TIC no futuro do aluno Convém salientar que 35% desses educandos aprenderam a usar o computador por meio de cursos extraescolar; 42,5% utilizam-no diariamente, para digitar seus trabalhos escolares, porém a grande maioria (98,3%) usa frequentemente a Internet como fonte de pesquisa para a realização desses trabalhos. Gráfico 14: Educandos que usam o computador todo dia Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 A pesquisa revela que os educandos entrevistados acessam sites de busca (80%) e de relacionamento na Internet (75,8%), conforme demonstra o gráfico abaixo: Gráfico 15: O que os educandos costumam acessar na Web 45 ensino em um dinâmico processo que estimula o educando e o professor à pesquisa, à análise e à apreensão de conhecimentos, o que antes não lhes era ofertado. A utilização das NTIC já faz parte da maioria das escolas brasileiras. Entretanto, a grande parcela de escolas que não possuem esses recursos ocupa um espaço significativo para o que se propõem os objetivos da política pública do país. A pesquisa, endereçada aos quinze professores da instituição, retrata o uso e manu 44% dos educandos fazem uso do MSN, seio das Novas Tecnologias existentes na esde e-mails e de jogos. Convém salientar que cola, conforme se pode verificar nos gráficos a 98,3%, desses educandos consideram impor- seguir: tante o uso do computador para auxiliar no aprendizado escolar, enquanto 0,83% afirma não fazer diferença para o aprendizado o uso do computador. Gráfico 16: Importância do computador 2 | Tecendo considerações A pesquisa realizada em uma escola de referência no estado de Pernambuco evidenciou que a qualidade da gestão e do processo ensino-aprendizagem pode ser potencializada com o uso sistemático das NTIC no processo educativo. Na pesquisa direcionada ao educando, os resultados foram os seguintes: a grande maioria não manuseia o computador na escola; o recurso utilizado é a Internet, sites de busca e de relacionamento; 6% dos entrevistados não sabem usar o computador, compondo a grande massa de brasileiros “infoexcluídos”. A díade gestor escolar e TIC otimiza e transforma os processos administrativos e pedagógicos, modificando a tradicional prática de Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Gestão escolar e as TIC: uma díade transformadora Referências BEHRENS, M. A. MORAU, J.M. MASSETO, M. Novas tecnologias e mediação pedagógica. Campinas, São Paulo: Papirus, 2000. CARVALHO, O.F. Educação e Formação Profissional. Brasília: Plano, 2003. CORRÊA, J. “Devemos aplaudir a educação a distância?” Revista Pátio Pedagógico. São Paulo: ano V, n. 18, ago/out. 2001, p. 21-24. DEMO. P. (2001b). Conhecimento e aprendizagem na nova mídia. Brasília: Plano, 2001. ________ A Educação do Futuro e o Futuro da Educação. 2. ed. Campinas-SP: Autores Associados, 2005. KENSKI, V.M. Tecnologias e Ensino Presencial e a Distância. 9. ed. Campinas, São Paulo: Papirus, 2012. LÉVY, P. As tecnologias da inteligência. O futuro do pensamento da era da informática. Rio de Janeiro: Ed.34, 1993. LITWIN. 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Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 37–46, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da lama vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa COSTA, Maísa Gonçalves1; DE OLIVEIRA, Eveline Haiana Costa1; BARAÚNA, Osmar2; FERREIRA, Joelma Morais1; DE ABREU, César Augusto Moraes1, DA MOTTA, Maurício1 Resumo Os processos de remoção de íons metálicos, normalmente aplicados, não são viáveis devido à baixa eficiência operacional e aos elevados custos. O interesse pelo estudo da adsorção desses contaminantes tem aumentado em decorrência da utilização de adsorventes alternativos de baixo custo e, principalmente, à possibilidade de reutilização do adsorvente. Nesse aspecto, destacam-se resíduos industriais como a lama vermelha, obtida a partir da produção de alumina. Neste trabalho, estudou-se o processo de adsorção do Ni2+ pela lama vermelha. Por meio da técnica de planejamento fatorial, avaliou-se o efeito das variáveis influentes no processo. Realizou-se o estudo cinético a fim de se conhecer o tempo de equilíbrio da adsorção do adsorvente em estudo. Os resultados mostraram que a lama vermelha possui boa afinidade de remoção do Ni2+. Verificou-se, mediante o planejamento fatorial, que menores quantidades de massa e o aumento do tempo favoreceram uma maior remoção do Ni2+. O tempo de 30 minutos foi suficiente para atingir o equilíbrio. Palavras-chave: Adsorção; Lama vermelha; Níquel Abstract 47 The processes for removal of metal ions usually applied are not viable due to the low operating efficiency and high costs. The interest in studying the adsorption of these contaminants has increased due to the use of adsorbents alternative low cost and especially the possibility of reusing the adsorbent. In this respect, we highlight industrial wastes such as red mud, obtained from the production of alumina. In this work, we studied the adsorption of Ni2+ by red mud. Through the technique of factorial design evaluated the effect of variables affecting the process. We carried out the kinetic study in order to know the equilibration time of the adsorbent in the adsorption study. The results showed that the red mud has good affinity of Ni2+ removal. It has been found through experimental design, which smaller quantities of mass and increased time favored a higher Ni2 + removal. The time 30 minutes was sufficient to reach equilibrium. Keywords: Adsorption; Red Mud; Nickel. 1 Universidade Federal de Pernambuco - Departamento de Engenharia Química, Rua Prof. Artur de Sá, s/n Cidade Universitária – CEP: 50740-521 – Recife – PE/Brasil. Tel: (81) 2126-7268 – Fax: (81) 2126-7278 — Email: costamaisa@ yahoo.com.br, [email protected], [email protected], [email protected] 2 ITEP – Instituto de Tecnologia de Pernambuco – Av. Prof. Luiz Freire, 700 – Cidade Universitária CEP: 50740-540 – Recife – PE/Brasil. PABX: (81) 3272-4399 – FAX: (81) 3271-4744 — Email: [email protected] Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da Lama Vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa 1 | Introdução Nos últimos anos, a contaminação com íons metálicos em efluentes líquidos se tornou um grave problema de saúde pública, além de afetar a qualidade do meio ambiente (MURUGESAN et al., 2012). O crescimento das atividades industriais é uma das contribuições para o aumento significativo dessa contaminação. Íons metálicos, como Pb2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, estão entre os poluentes mais comuns encontrados em efluentes industriais (GURGEL; GIL, 2009). 48 Entre as diferentes técnicas disponíveis para o tratamento de efluente contaminado com íons metálicos, as mais utilizadas são: coagulação/ floculação, troca iônica, osmose reversa e extração por solventes. Todavia estes processos demandam, geralmente, investimentos técnicos e econômicos, fatos que podem inviabilizar a sua aplicação por indústrias de pequeno e médio porte. Por outro lado, em aplicações de grande porte, muitas vezes, o tratamento não é suficiente para a remoção dos contaminantes dentro dos limites de descarte estabelecidos pelas regulamentações locais (CARVALHO, 2010). Em muitos casos, pequenas e médias indústrias não têm capacidade técnica e econômica para a implantação desses processos (MALANDRINO et al., 2006). Devido a essas razões, o processo de adsorção em sólidos adsorventes vem despertando um grande interesse na área ambiental, pelo fato de que esse processo permite remover eficientemente poluentes orgânicos e inorgânicos, dissolvidos em concentrações baixas em fluxos gasosos e líquidos. Entretanto, a capacidade de remoção do poluente está vinculada, basicamente, à área superficial disponível no sólido adsorvente (SOTO et al., 2011; FÉRIS, 2001). A adsorção é um método atrativo para a remoção de contaminantes de efluentes aquosos poluídos. Comparando-se com outros processos, a adsorção permite uma alta qualidade de efluente tratado e produz poluentes livres de efluentes, que são adequados para a reutilização. Além disso, é, algumas vezes, um processo reversível, podendo o material adsorvente ser regenerado, resultando, assim, em significativas reduções de custos (GIL et al., 2011). desenvolvidas à procura de novos adsorventes eficientes e de baixo custo para serem aplicados nos processos de tratamento de efluentes industriais (TAGLIAFERRO et al., 2011; EWECHAROENA et al. 2009). Nesse sentido, encontram-se os resíduos industriais, como a lama vermelha, obtida a partir da produção de alumina (Al2O3), durante a etapa de clarificação do processo Bayer. Ela apresenta características que indicam boas perspectivas de aplicações no tratamento das mais variadas matrizes ambientais. A Lama Vermelha é um tipo de resíduo industrial, produzido em grande quantidade, que provoca riscos ao meio ambiente devido à forma como é descartado e em função de sua elevada alcalinidade (COSTA, 2010; ZHOU et al., 2008). Os problemas ambientais, provenientes da disposição inadequada da lama vermelha, vão da contaminação das águas superficiais e subterrâneas, contaminação do solo, danos à flora e fauna, corrosão de equipamentos metálicos até o impacto visual sobre extensas áreas. A eliminação e gestão da lama vermelha é uma questão desafiadora para a indústria de alumina (YUE et al., 2010). Diante do exposto, este trabalho objetivou estudar a utilização da lama vermelha (resíduo industrial) como adsorvente para a remoção do íon metálico níquel em soluções aquosas, mediante o processo de adsorção. Buscou-se, assim, estudar os efeitos das variáveis: massa, tipo de ativação do adsorvente, tempo de contato e pH, realizando um planejamento experimental fatorial 24, além do estudo cinético do processo de adsorção e caracterização do adsorvente. 2 | Materiais e processos 2.1 | Adsorvente O adsorvente utilizado neste estudo foi a lama vermelha, coletada após a digestão industrial da bauxita da planta industrial da Alumina do Norte S/A (Alunorte), localizada no município de Barcarena, no estado do Pará, região norte do Brasil. De acordo com Wang et al. (2008), a lama vermelha, quando in natura, não apresenta bom rendimento como adsorvente. Entretanto, proHá um grande número de pesquisas sendo cessos de ativação, como tratamentos ácidos, com Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 águas ricas em íons de Mg2+, tratamento térmico, verificação da expansão basal (d001), a difração de ou ainda, pela combinação desses métodos, confe- raios-X foi realizada entre 2� = 2° e 2� = 75º. rem à lama vermelha características que a tornam 2.2.2 | Avaliação da superfície um adsorvente mais eficiente. específica e volume de poros Para a realização dos experimentos, o adsorvente foi submetido a processos de ativação. Foram utilizados dois métodos de ativação da lama vermelha, abaixo descritos: a) Método de ativação da lama vermelha 1 (MA1): esse método se constituiu na calcinação de uma amostra de 100 g de lama vermelha à temperatura de 400°C para promover a esfoliação do material, aumentando, assim, a área de contato e possibilitando maior capacidade de adsorção. 49 b) Método de ativação da lama vermelha 2 (MA2): esse método é um pré-tratamento ácido, que consistiu na fervura de 100g de lama vermelha em 2L de ácido clorídrico (HCl) 20% em uma manta de aquecimento, seguido de filtração, lavagem com água destilada, secagem a 100°C e calcinação a 400°C. As superfícies específicas das amostras de lama vermelha foram avaliadas por meio do método Braunauer-Emmett-Teller, utilizando-se um analisador de área superficial específica (BET), marca Micrometrics, modelo ASAP 2010. Método de adsorção gasosa baseado na determinação da quantidade de N2, requerido para formar uma camada monomolecular sobre a superfície do adsorvente, a uma temperatura constante. A relação matemática que representa a isoterma de adsorção é apresentada na Equação 1: P V = f P0 T Sendo: V = Volume adsorvido P/P0 = Pressão relativa P0 = Pressão de saturação (1) A equação do Método BET utilizada foi aplicada em sua forma linear, de acordo com a Equação 2: 2.2 | Caracterização da Lama Vermelha P 1 C −1 P (2) = + Vads = Objetivando uma melhor compreensão do P0 C.Vm C.Vm P0 processo, realizou-se um estudo de caracterização da lama vermelha, incluindo as seguintes análises Sendo: instrumentais: P e Vads: Pressão de equilíbrio e volume total adsorvido P0: Pressão de saturação de vapor de gás N2 na 2.2.1 | Caracterização da Lama temperatura da isoterma Vermelha Vm: Volume correspondente à monocamada A análise mineralógica por difração de raios C: Constante relacionada com a entalpia de adsorX foi realizada por um equipamento da marca Ri- ção gaku, modelo Ultima pelo método do pó, o qual M: Volume molecular do N2 requer prévia preparação da amostra com passagem em peneira ABNT nº 200, para, em seguida, Efetuando a linearização do método da isoterma ser colocada em uma lâmina de vidro. A amostra in de BET, obtém-se o volume correspondente à monatura foi submetida ao tratamento com glicerina, nocamada do material. por gotejamento nas bordas da lâmina de vidro escavada, onde a amostra foi previamente colocada. 2.2.3 | Microscopia eletrônica Em seguida, a amostra permaneceu em contato, de varredura (MEV) Esse sistema com detectores de elétrons sedurante 72 horas, com a glicerina, em um desseca- dor. Tendo em vista que para esse caso interessa a cundários (SEM) e elétrons primários retroespaRevista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da Lama Vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa lhados (BSE), sistema de microssonda de energia dispersada (EDS), foi utilizado para a identificação de elementos químicos constituintes na lama vermelha. Mediante a análise dos raios-X (EDS), é possível obter informações qualitativas e quantitativas da composição da amostra na região submicrométrica de incidência do feixe de elétrons. Esse procedimento facilita a identificação de precipitados e, mesmo, de variações de composição química dentro de um grão. Os experimentos foram realizados em batelada, sendo as amostras de 100 mL colocadas em erlenmayers, em uma mesa agitadora com uma velocidade constante de 400 rpm. As concentrações finais dos efluentes sintéticos foram determinadas com o auxílio de um espectrofotômetro de absorção atômica por chama, no modelo Variam 240FS. A quantidade de íon metálico (mg) adsorvido por massa do adsorvente (g) foi calculada, utilizando-se a Equação 3. Os ensaios experimentais foram realizados a partir de soluções aquosas com concentrações iniciais, preparadas com padrão TritisolR de níquel a 1000mg, sob a forma de cloretos (Merck). onde: Ci é a concentração inicial do íon metálico (mg/L); Cf é a concentração final do íon metálico, (mg/ L); M é a massa do adsorvente (g), e V é o volume (L). 2.3 | Soluções aquosas 2.4 | Estudo das variáveis no processo de adsorção do Ni2+ pela lama vermelha 50 A quantidade adsorvida de íons metálicos por determinado adsorvente depende de vários fatores e de condições de processo. Para esse estudo, a adsorção do níquel pela lama vermelha foi avaliada por meio da influência de algumas variáveis, como: massa do adsorvente (M), tempo (T), ativação do adsorvente (A) e pH (P), tendo, no entanto, se utilizado, nessa etapa, um planejamento experimental de dois níveis para cada fator, ou seja, um valor máximo (+) e outro mínimo (-), com o objetivo de determinar, de forma qualitativa e quantitativa, a influência de cada fator sobre a variável de saída: quantidade adsorvida de níquel por unidade de massa da lama vermelha (q). O planejamento elaborado foi de configuração 24. Devido ao fato de a ativação da lama vermelha ser uma variável qualitativa, os experimentos foram realizados em duplicata, totalizando 32 corridas experimentais. A Tabela 1 sumariza os parâmetros estudados e seus respectivos níveis. Tabela 1: Níveis das variáveis do planejamento fatorial completo 24 para a adsorção do níquel pela lama vermelha Variáveis Codificação Massa do adsorvente M A T P Ativação da lama vermelha Tempo de contato pH Níveis Inferior (-) Superior (+) 0,5 MA1 3 horas 4 1,5. MA2 9 horas 10 q = (Ci − Cf) x V M (3) 2.5 | Cinética do processo adsortido O estudo cinético do processo de remoção de níquel pela lama vermelha foi realizado com o propósito de se observar a evolução do processo até o sistema atingir o equilíbrio. Nos ensaios experimentais, fixou-se a massa do adsorvente em 1g e prepararam-se as soluções aquosas de 100 mL, com concentrações de 1, 3 e 5 mg.L-1. Em seguida, foram colocadas na mesa agitadora com velocidade constante de 400 rpm. Em intervalos de tempo pré-determinados, foram retiradas alíquotas da solução. Estas foram filtradas em papel qualitativo, para se evitarem interferências de partículas de lama vermelha nas análises. As determinações das concentrações finais do íon metálico após 10, 20, 30, 45, 60, 90, 120 e 180 minutos de contato entre o material adsorvente e o fluido contendo o adsorbato foram realizadas por espectrofotometria de absorção atômica. A quantidade de níquel adsorvido foi calculada utilizando-se a Equação 3. 3 | Resultado e discussão 3.1 | Caracterização da Lama Vermelha 3.1.1 | Avaliação da superfície específica e volume de poros Como pode se observar nas Figuras 1 e 2, a calcinação provocou uma pequena redução da área superficial e do volume dos poros. Entretan- Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 to, esse tratamento é necessário para estabilizar a lama e evitar a sua lixiviação. Ressalta-se que, durante a calcinação, a água intersticial é eliminada, contribuindo para a redução da área superficial e do volume dos poros. Com a adsorção do íon metálico, a área superficial sofreu um aumento, como era de se esperar, pois a inserção de íons metálicos em matrizes sólidas aumenta a capacidade de adsorção, além da inserção da água na matriz do adsorvente. Figura 2: Isotermas de adsorção de Nitrogênio (análise BET) para a lama vermelha calcinada. Volume do Poro (cc/g) 51 Área Superficial (m2/g) Figura 1: Valores da área superficial (a) e do volume do poro (b) da lama vermelha in natura após tratamento térmico e com o íon metálico níquel adsorvido. 3,00E + 02 2,50E + 02 2,00E + 02 3.1.2 | Análise mineralógica da Lama Vermelha por difração de raios X 1,50E + 02 1,00E + 02 5,00E + 01 0,00E + 00 Lama "in natura" Lama calcinada Lama com metal 1,20E - 01 1,00E - 01 8,00E - 02 6,00E - 02 4,00E - 02 2,00E - 02 0,00E + 00 Lama "in natura" Lama calcinada Lama com metal De acordo com Sing et al. (1985), a isoterma da lama vermelha calcinada (adsorvente utilizado no estudo), Figura 2, é do tipo IV. A histerese entre a adsorção e a dessorção é provocada por condensação capilar que ocorre nos mesoporos. Ainda segundo esse autor, as isotermas do tipo IV são características de adsorventes mesoporosos industriais. Por meio dos difratogramas de raios X (Figuras 3 e 4), podem-se avaliar possíveis modificações na estrutura do adsorvente, durante o processo de tratamento (ativação) e de adsorção. De acordo com os resultados, a inclusão do íon metálico provocou um aumento na área superficial e no volume de poros, ou seja, ao remover o Ni2+ , o adsorvente aumentou a sua capacidade de adsorção. Todavia, de acordo com a Figura 3 que apresenta os difratogramas da lama in natura e calcinada, não há alteração significativa na estrutura do adsorvente, uma vez que os difratogramas não apresentam muitas diferenças entre si. Todavia, ao se observar a Figura 4, houve um aumento na intensidade da difração entre 10 e 40. Figura 3: Difratograma de raios- X da lama vermelha calcinada ( ) e in natura ( ) Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da Lama Vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa servar a variação do tamanho das partículas e a superfície de cada uma. Por meio da Figura 5, pode-se observar uma grande variedade de diâmetro das partículas. Analisando-se as Figuras 5a e 5b, observa-se que não há, aparentemente, uma variação da distribuição de tamanho das partículas. Todavia, ao se analisarem as Figuras 5c e 5d, observam-se agregados maiores, possivelmente devido à água presente no ácido e na solução do íon. Ressalta-se que para se obter uma classificação significativa na distribuição de tamanho e sua evolução em função dos tra3.1.3 | Microscopia eletrônica tamentos realizados, seriam necessários se ob de varredura (MEV) terem, ao menos, umas 100 imagens para cada Foram realizadas microfotografias com etapa e depois tratá-las por meio de um prograduas ampliações (500x e 5000x) para se ob- ma de processamento digital de imagem. Figura 4: Comparação dos Difratogramas de raios-X da lama vermelha calcinada a 400º C ( ) e após a adsorção do íon metálico níquel ( ). Figura 5: Microfotografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura com aumento de 500x, da lama vermelha in natura (a), calcinada (b), tratada com ácido (c) e com o íon níquel adsorvido (d). 52 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 53 No que tange à superfície do material (Figura 6), podem-se observar após a adsorção (Figura 6d) estruturas grandes e frágeis (pois mostram sinais de desagregação apenas pela agitação mecânica no interior do erlenmeyer na mesa agitadora) e de baixa porosidade, assim como a existência de pequenos agregados de elevada porosidade. 3.2 | Estudo das variáveis no processo de adsorção do Ni2+ pela Lama Vermelha Os resultados obtidos no planejamento experimental permitiram realizar uma regressão linear dos dados experimentais. Sua aplicação admite selecionar a combinação de níveis maximizados na obtenção da melhor resposta para cada situação e montar um modelo que é composto de variáveis independentes, analisadas significativamente. O modelo codificado da regressão com apenas os coeficientes estatisticamente significativos ao nível de 95% de confiança, dos dados experimentais, 2+ Com a utilização do planejamento experi- para o Ni está representado na Equação 4. mental fatorial, foi possível realizar um estudo mais q = 0,120 - 0,055 M – 0,01 P t (4) abrangente das variáveis independentes, de maneira O modelo linear de q apresentou um coeficiente mais organizada e com uma quantidade mínima de de correlação linear (R2) igual a 0,9. A validade desse moexperimentos. delo foi confirmada, analisando-se a variância dos resulta De acordo com os ensaios do planejamento dos (ANOVA) representada na Tabela 2, onde foi possível experimental realizado, tornou-se possível verificar verificar de acordo com o teste F que o modelo é estatistivalores de aproximadamente 0,20 mg.g-1, encontra- camente significativo ao nível de 95% de confiança e preditivo, pois o Fcalculado foi maior que o valor de Ftabelado. dos para a quantidade adsorvida de níquel. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da Lama Vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa A Tabela 2 também apresenta o coeficiente de correlação linear (R2) próximo da unidade e as porcentagens de variância explicada e explicável com valores próximos de 100%, os quais indicam que os dados experimentais se ajustam ao modelo. Segundo Barros Neto et al. (2001), quanto mais próximas de 100% , menos erros estarão sendo adicionados ao modelo devido à falta de ajuste, a erros experimentais e outros tipos de erros, fato esse claramente perceptível pelos valores baixos destes parâmetros encontrados. Tabela 2: Análise da variância para o ajuste do modelo linear (ANOVA) para o íon metálico níquel, a 95% de confiança. 54 Fonte de variação Soma Quadrática Regressão 0,109743 10 Resíduos 0,014673 16 Falta de ajuste 0,003343 5 Erro puro 0,011330 16 Total 0,124420 31 Fcalculado 11,97 Ftabelado 2,49 Fcalc / Ftab 4,8 % máx. explicada 88,21 % máx. explicável 90,89 Coeficiente de regressão 0,9 Grau de Liberdade A Figura 7 apresenta, de forma clara e rápida, os efeitos que são estatisticamente importantes, ou seja, quais as variáveis que realmente possuem uma influência significativa. As variáveis que possuem valores maiores que o valor p apresentam efeito principal do fator ou da interação significativa nas variáveis respostas. Dessa forma, a variável massa (1) e a interação entre as variáveis pH (3) e tempo (4) apresentaram valores situados à direita do ponto p, proporcionando efeitos significativos ao modelo do níquel. As observações Figura 7: Gráfico de Pareto dos efeitos das variáveis estudadas para a remoção do íon níquel pela lama vermelha. obtidas pelo diagrama de Pareto são comprovadas, analisando-se as superfícies de resposta obtidas para o parâmetro q. Na Figura 8, está representada a curva de superfície de resposta mais significativa. É possível observar que a interação entre as variáveis pH e tempo apresentou um efeito significativo, como já observado no gráfico de Pareto. O aumento da faixa de pH e do tempo resultou em um aumento na adsorção do íon de níquel, obtendo valores de aproximadamente 0,20 mg/g. Figura 8: Efeito do tempo e do pH sobre a quantidade adsorvida do íon metálico Níquel. De acordo com alguns resultados encontrados na literatura, é possível verificar que o resíduo industrial utilizado neste trabalho surge como um material promissor para remoção do íon Ni2+. Onundi et al (2010) estudaram a remoção do íon metálico níquel utilizando como adsorvente o carvão ativado a partir da casca de amêndoa da palma e obtiveram uma capacidade máxima de adsorção de 0,13 mg.g1 , trabalhando com soluções aquosas com concentrações iniciais de 0,8 mg.L-1. Valentini et al (2000) utilizaram cápsulas de quitosana para o estudo da remoção de níquel e verificaram uma capacidade de adsorção de 1,5 mg.g-1, trabalhando com pH 9 e partindo de soluções aquosas com 100 mg.L-1. 3.3 | Cinética do processo de adsorção Os parâmetros cinéticos são necessários para se determinarem as melhores condições operacionais em um processo contínuo de remoção de íons metálicos. Em relação às Figuras 9 e 10, elas correspondem aos resultados dos ensaios experimentais referentes ao estudo cinético da adsorção do Ni2+, utilizando-se soluções aquosas, ajustadas a pH 4 e 10 respectivamente. Nessa etapa, o efeito Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 do pH e da massa voltou a ser estudado, para ava- pH estudados (Tabelas 3). Os valores obtidos esliar a influência destes na cinética adsortiva. tão abaixo dos valores encontrados utilizando-se Figura 10: Cinética da adsorção de Níquel pela Lama Vermelha em pH 10 a lama vermelha da Bósnia (SMILJANICA et al., 2010), cujos valores para qmax foram de 21,8 mg.g1 . Além da diversidade da característica mineral do material do origem, ressalta-se que neste estudo foram realizados também pré-tratamentos de lavagem exaustivas, que elevam, o custo do processo. Tabela 3: valores dos parâmetros do modelo de Langmuir, obtidos a partir dos ensaios de equilíbrio de adsorção do Ni2+ na lama vermelha. ph 4,0 55 A partir dos resultados mostrados nas Figuras 9 e 10, observa-se que a adsorção do níquel aumenta com o tempo de contato e atinge o equilíbrio em um tempo de aproximadamente 30 min, nas três concentrações iniciais estudadas. Dessa forma, foi possível compreender. de fato, quando se atinge o momento em que a adsorção já não ocorre, evitando assim que haja desperdício de tempo durante futuros estudos. ph 10,0 qmax (mg.g-1) 5,701 6,544 Ke (L.mg-1) 0,016 0,014 4 | Conclusões Mediante as análises de caracterização da lama vermelha, verificou-se que calcinação provocou uma pequena redução da área superficial e do volume dos poros com relação à lama vermelha in natura, estabilizando-se a lama e evitando-se a sua lixiviação. Em relação à lama adsorvida, ocorreu aumento da área devido à inserção do íon metálico e da água na matriz do adsorvente. Observou-se também que não houve grande influência do pH, para ambos os valores de pH, A Lama Vermelha demonstrou possuir carace a eficiência permaneceu em torno de 97%. terísticas adsortivas, atuando de forma efetiva, com o íon níquel. É possível utilizá-la como alternativa para 3.4 | Equilíbrio de adsorção tratamento de efluentes contaminados com poluen A partir dos dados cinéticos, em equilíbrio, te, além de atribuir um valor agregado para esse tipo pôde-se obter a isoterma de equilíbrio, com um ex- de resíduo considerado passivo ambiental nas indúscelente ajuste (R2>0,99) para o modelo de Lang- trias de alumínio. muir (Figura 11). Mediante o estudo da cinética de adsorção, foi Figura 11: Isoterma de Langmuir em coordenadas lineares para o Níquel, utilizando 1,0g de lama vermelha em pH 4 ( ) e em pH 10 ( ) à uma possível verificar que a reação atinge seu equilíbrio temperatura de 25ºC. em um tempo de 30 minutos, independentemente da concentração inicial do Ni2+ na solução aquosa. Por meio da análise dos gráficos de Pareto e de superfície de resposta, foi possível verificar que a variável massa e apenas a interação entre as variáveis pH e tempo apresentaram efeitos significativos na quantidade adsorvida para o íon Níquel. Verificou-se, ainda, pelo planejamento experimental, que ,quando se trabalhou com menores quantidades de massa, independentemente da faixa de pH, obteve-se um aumento na remoção e, consequentemente, um O estudo de equilíbrio permitiu obter a ajuste pelo modelo de Langmuir, com uma capacidacapacidade máxima de adsorção de Ni2+ no dois de máxima de adsorção de Ni2+ de 6,54 mg.g-1. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Otimização e cinética do uso da Lama Vermelha no processo de adsorção do Ni2+ em solução aquosa Referências BARROS NETO, B.; SCARMINIO, I.S.; BRUNS, R.E. Como fazer experimentos: pesquisa e desenvolvimento na ciência e na indústria. Campinas SP: Unicamp, 2001. 401p. CARVALHO, T. E. M. 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Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 47–56, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil A.S., Ribeiro1, V.A., Santos1, M., Benachour2, D. C. P., de Melo1, D. E. S., Cavalcanti1 Resumo 57 Na região metropolitana do Recife, o gesso já contribui com cerca de 4% do volume de resíduos de construção civil, aproximando-se dos 50m³ diários, tendendo a aumentar. Visando reduzir o impacto ambiental causado pela indústria da construção civil, responsável pela geração de grandes quantidades de resíduos com impacto significativo ao meio ambiente, o Conselho Nacional do Meio Ambiente estabeleceu critérios para a gestão desses resíduos. Dentre esses resíduos, o gesso foi classificado por essa resolução como sendo um material com potencial tecnológico de reciclagem ou reutilização economicamente viável. No presente trabalho, foram realizados estudos da viabilidade técnica de se obter gesso beta a partir de resíduos provenientes de duas principais aplicações do mencionado gesso na construção civil: revestimento de alvenarias e instalação de forro. Foi realizado um estudo preliminar da calcinação do dihidratado, constituinte da gipsita e dos resíduos (revestimento e placa), em um forno rotativo contínuo, em escala piloto, de 5,45m de comprimento e 0,90m de diâmetro interno. Os ensaios experimentais de calcinação foram realizados, obedecendo-se a um Planejamento Fatorial Completo do tipo 33-1 e avaliando-se os efeitos de três fatores: velocidade de rotação do cilindro (3 RPM), temperatura de controle da combustão (500º C) e vazão de alimentação de sólidos (120 kg/h). Palavras-chave: Resíduo da construção civil; Calcinação; Forno rotativo contínuo; Gesso reciclado. Abstract In the metropolitan area of Recife, the gypsum already contributes about 4% of the volume of construction waste, approaching the 50 m³ daily, having a tendency to increase. In order to reduce the environmental impact caused by the construction industry, responsible for generating large amounts of waste with significant impact to the environment, the (CONAMA) National Environment Council established criteria for the management of such waste. Among these wastes, the gypsum plaster was classified, by this resolution, as a material with technological potential for recycling or reuse economically feasible. In the present work, we studied the feasibility of obtaining beta gypsum from waste from two main applications by gypsum in construction: masonry lining and installation of the lining. We performed a preliminary study of dehydrate calcining the constituent of coating gypsum and plasterboard waste (and plate coating) in a rotary kiln continuous pilot scale of 5.45 m long and 0.90m internal diameter. The assays were performed calcination according to a Planning Type Full Factorial 33-1, to evaluate the effects of three factors: speed of rotation of the cylinder (3 RPM), control temperature combustion (500 ° C) and flow feed solids (120 kg / h). Keywords: Construction waste; Calcination; Rotary continuously kiln; Recycled gypsum. Departamento de Engenharia Química – Universidade Federal de Pernambuco – Campus Universitário – Rua Profº Arthur de Sá S/N Cidade Universitária – CEP: 50740-521 – Recife – PE/Brasil. Tel: (81) 2126-7289 – Fax: (81) 2126-7289 — Email: abrahao@ yahoo.com.br; [email protected]; [email protected]; [email protected] 2 Departamento de Química – Universidade Católica de Pernambuco – CEP: 50000-000 – Recife – PE/Brasil. Tel: (81) 21194188 – Fax: (81) 2119-4188 — Email: [email protected] 1 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil 1 | Introdução Com a intensa industrialização, o advento de novas tecnologias, crescimento populacional e aumento de pessoas em centros urbanos e a diversificação do consumo de bens e serviços, os resíduos se transformaram em graves problemas urbanos com um gerenciamento oneroso e complexo, considerando-se volume e massa acumulados, principalmente após 1980. Os problemas se caracterizavam por escassez de área de deposição de resíduos causada pela ocupação e valorização de áreas urbanas, pelos altos custos sociais no gerenciamento de resíduos, pelos problemas de saneamento público e pela contaminação ambiental (JOHN, 1999; JOHN, 2000; BRITO, 1999; GÜNTHER, 2000; PINTO, 1999). 58 Embora seja possível e prioritário se reduzir a quantidade de resíduos gerados da produção até o pós-consumo, estes sempre serão gerados. O desenvolvimento sustentável requer uma redução do consumo de matérias primas naturais não renováveis, disciplinando ações necessárias, de forma a minimizar os impactos ambientais. O fechamento do ciclo produtivo, gerando novos produtos a partir da reciclagem de resíduos, é uma alternativa insubstituível. Assim, o desenvolvimento de tecnologias para a reciclagem de resíduo ambientalmente eficiente e segura, que resultem reciclagem em produtos com desempenho técnico adequado e que sejam economicamente competitivos nos diferentes mercados, é um desafio importante. A ideia de investir em pesquisas na área de reaproveitamento de reciclagem de resíduos é uma emergência global. Neste trabalho, procurou-se obter gesso a partir dos resíduos de suas aplicações na construção civil. Os produtos obtidos foram caracterizados e comparados ao gesso beta, oriundo da calcinação, mostrando ser possível a reciclagem desse material. 1 | Materiais e métodos • A gipsita utilizada foi proveniente de uma mina da empresa (SUPERGESSO S.A), localizada em Araripina/PE, que foi calcinada no DEQ (Departamento de Engenharia Química de PE). • Foram empregados resíduos oriundos de obras na cidade de Recife. Nas obras, foram obtidos os resíduos de revestimento, de placas de forro. • Foi usada água fornecida pelo Sistema de Abastecimento de Água do Departamento de Engenharia Química da UFPE. Apresentava cor transparente, sendo submetida a um processo de destilação, com qualidades ideais para o uso na construção civil. • No ensaio de consistência, foi usado o aditivo citrato de sódio a 20g/l. O material foi triturado mecanicamente, em um britador de mandíbula. A calcinação desses materiais foi realizada em um forno piloto, contínuo e rotativo, utilizando-se como fonte energética o gás natural. O forno para a calcinação desses produtos Figura1 está instalado no Departamento de Engenharia Química - DEQ da Universidade Federal de Pernambuco - UFPE. Figura 1: – Forno rotativo piloto para calcinação com Gás Natural. Fonte: DEQ/UFPE. 3 | Planejamento Experimental Para a identificação das condições ótimas na produção de gesso a partir da gipsita, resíduos de gesso de revestimento e placa, foi adotado um planejamento experimental, tendo como variáveis independentes de entrada do sistema: Temperatura de controle da combustão (TC), Velocidade de rotação do cilindro (N) e Vazão de alimentação de sólidos (Qs), e como variável dependente de saída o teor de hidratação do material sólido produzido Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 a partir das três matérias-primas iniciais, constituindo, assim, três variáveis de resposta. Um atenuante para o problema do rápido crescimento do número dos ensaios a serem efetuados, caso seja escolhido o planejamento fatorial completo de 3 níveis e 3 fatores com duas réplicas, é a adoção do planejamento fatorial fracionado 33-1 com adição de um ponto central (1pc) e duas réplicas, totalizando 30 ensaios. 59 sultando em superfícies de resposta e diagrama de Pareto, compreendendo a MSR e utilizando-se a rotação do cilindro do forno (N) e vazão (Qs) de alimentação com sólidos pré-determinados. Foram estudadas três variáveis respostas, a partir do grau de hidratação do semi-hidrato produzido: gesso gerado a partir da gipsita, gesso gerado a partir de resíduos de placas e gesso gerado a partir do resíduo de revestimento de gesso. Utilizou-se uma matriz de planejamento com 30 ensaios reali O desenvolvimento do Planejamento de Ex- zados (incluindo 01 ponto central + 02 réplicas) e perimentos seguiu as etapas abaixo: os resultados obtidos para três variáveis respostas (grau de hidratação). Esses resultados são apre• Caracterização do problema; sentados na Tabela 61. • Escolha dos fatores de influência e níveis; • Seleção das variáveis de resposta; Nas Tabelas 7, 8 e 91, estão indicados os • Determinação de um modelo de planejamen- efeitos de cada variável e suas interações (lineares to de experimento; e quadráticas). Observa-se que todos os termos fo• Condução do experimento; ram estatisticamente significativos ao nível de 5% • Análise dos dados. (p-valor<0,05), com exceção da interação linear x quadrática entre a temperatura de controle da Os níveis e fatores estabelecidos no Plane- combustão (Tc) e a velocidade de rotação (N). jamento Fatorial Completo estão apresentados nas Tabelas 4 e 51. As Figuras 2, 3 e 4 apresentam o Diagrama de Pareto dos efeitos e das interações padroniza4 | Resultados e discussão dos (p-valor igual a 0,05), em que os efeitos que se A seguir, serão apresentados e discutidos os localizam à direita da linha tracejada são signifiresultados obtidos da simulação numérica da com- cativos. Dessa forma, pode-se visualizar facilmente bustão do gás natural no forno rotativo contínuo em que a interação linear entre a temperatura (Tc) e escala piloto, utilizado na produção de gesso beta. a velocidade de rotação (N) é o efeito mais significativo. Em concordância com as Tabelas 7, 8 e 9, Será, também, apresentados os resultados observa-se que apenas a interação entre os efeitos dos estudos experimentais da calcinação da gipsi- Tc (L) x N (Q) mostrou-se não ser significativa. ta pura e dos resíduos de gesso de revestimento e placa, com quantificação por meio de um planejamento fatorial completo do efeito da temperatura Figura 2: – Diagrama de Pareto para a variável resposta: grau de hidratação para o hemidrado oriundo de gipsita (G.H hemi-hidrato-gipsita). de controle da combustão, velocidade de rotação do forno e vazão de alimentação de sólidos. A análise dos resultados foi efetuada por meio de superfície de resposta (MSR), diagrama de Pareto e análise de variância (ANOVA), utilizando-se o programa computacional Statistica 7.0 e adotando-se como variável de resposta o grau de hidratação. 4.1 | Processo da calcinação da gipsita e dos resíduos de gesso de revestimento e placa Os resultados foram avaliados por meio da análise de variância (ANOVA) Tabelas 1, 2 e 31, re1 Ver anexos (pág. 66) Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Figura 3: – Diagrama de Pareto para a variável resposta: grau de hidratação para o hemidrado oriundo de placa de gesso (G.H hemi-hidrato-placa.). primeiramente, operando com baixas temperaturas de controle (iguais ou menores que 450 ⁰C) e baixa velocidade de rotação (iguais ou menores que 2,2 RPM) e, posteriormente, funcionando com maiores temperaturas (acima de 450 ⁰C) e velocidades de rotação maiores (acima de 2,2 RPM). Figura 5: –Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H (%) do Hemi-hidrato Beta, em função de Tc versus N. Condições: Qs=110 kg/h. Figura 4: – Diagrama de Pareto para a variável resposta: grau de hidratação para o hemidrado oriundo de revestimento de gesso (G.H hemihidrato-rev.). Figura 6: – Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Hemi-hidratado Placa, em função de Tc versus N. Condições: QS=110kg/h 60 Através das superfícies de resposta e curvas de contorno, geradas pelos modelos (Equações 1, 2 e 3), podem-se obter as condições otimizadas de calcinação de dihidrato (gipsita, placa e revestimento), para se produzir Hemidrato beta, variando-se os parâmetros Tc e N, com vazão de alimentação de sólidos constante (Qs = 110 kg/h). GHhemidrato-gipsita = 45,78 + 58,36*10-3 Tc - 22,38*10-5 Tc2 - 38,54*N + 2,282*N2 + 47,04*10-3 Tc*N + 30,67*10-4 Tc*N2 (1) GHhemidrato-placa = 50,24 + 34,54*10-3 Tc 19,98*10-5 Tc2 - 38,94*N + 2,456*N2 + 50,11*10-3 Tc*N + 22,6710-4 Tc*N2 (2) Figura 7: – Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Hemi-hidratado Revestimento, em função de Tc versus N. Condições: QS=110kg/h GHhemidrato-revest. = 49,37 + 36,52*10-3 Tc 20,11*10-5 Tc2 - 40,61*N + 3,216*N2 + 54,51*10-3 Tc*N + 4*10-4 Tc*N2 (3) As superfícies de respostas e curvas de contorno, apresentadas nas Figuras 5, 6 e 7, foram obtidas com vazão de alimentação de sólidos constante (Qs = 110 kg/h). Observou-se que os maiores valores obtidos para a variável resposta foram encontrados em duas regiões: Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Verificam-se, também, dois efeitos importantes: aumentando-se a velocidade de rotação, reduz-se o tempo de residência e aumenta-se o grau de mistura/contato do material no interior do forno. Dessa forma, verifica-se que menores valores para o grau de hidratação serão obtidos com menores tempos de residência e maior grau de mistura/contato do material. Através das superfícies de resposta e curvas de contorno geradas pelos modelos (Equações 4, 5 e 6), podem-se obter as condições otimizadas de calcinação de dihidrato (gipsita, gesso de revestimento e placa) para produzir hemidrato beta, variando os parâmetros Tc e Qs, com velocidade média de N=2 RPM. Figura 10: –Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Gesso de Revestimento, em função de Tc versus N. Condições: QS=110kg/h GHhemidrato-gipsita = - 175,20 + 58,37*10 Tc - 22,38*10 Tc2 + 2,578 Qs - 11,96*10-3Qs2 (4) GHhemidrato-placa=-162,98 + 34,54*10-3 Tc - 19,98*10-5 Tc2 + 2,435 Qs -11,29*10-3 Qs2 (5) 5 61 Figura 9: –Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Gesso de Revestimento, em função de Tc versus QS. Condições: N = 2,00 RPM. -3 - GHhemidrato-revest=- 158,85 + 36,52*10-3 Tc - 20,11*10-5 Tc2 + 2,358 Qs -10,96*10-3 Qs2 (6) As superfícies de respostas e curvas de contorno, apresentadas nas Figuras 8, 9 e 10, foram obtidas com velocidade de rotação constante (N=2rpm). Observa-se que os maiores valores obtidos para a variável resposta encontram-se entre as temperaturas 420 e 460 ⁰C e entre as vazões 104 e 112 kg/h. Condições: 2,00 RPM. Figura 8: – Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação do gesso em função de Tc e Qs a N =2,00 RPM. Por meio das superfícies de resposta e curvas de contorno geradas pelos modelos (Equações 7, 8 e 9), podem-se obter as condições otimizadas de calcinação de dihidrato (gipsita, placa e revestimento) para produzir hemidrato beta, variando-se os parâmetros N e Qs, com temperatura de controle de combustão constante (Tc = 450 ⁰C). GHhemidrato-gipsita = - 111,17 - 17,37 N + 3,662 N2 + 2,578 Qs - 11,96*10-3 Qs2 (7) GHhemidrato-placa = -105,87 - 16,39 N + 3,476 N2 + 2,435*Qs - 11,29*10-3 Qs2 (8) GHhemidrato-revest. = - 101,72 - 16,08 N + 3,216 N2 +2,358 Qs -10,96*10-3 Qs2 (9) As superfícies de respostas e curvas de contorno, apresentadas nas Figuras 11, 12 e 13, foram obtidas com a temperatura de controle da combustão constante (Tc = 450 ⁰C). Observa-se que os Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil maiores valores obtidos para a variável resposta encontram-se em duas regiões: na primeira, operando com mínima velocidade de rotação e vazão de alimentação de sólidos num intervalo de 104 a 110 kg/h e, na segunda, com altas velocidades de rotação e num intervalo de 100 a 116 kg/h. Nas Figuras 14, 15 e 16, são apresentados valores comparativos do modelo Grau de Hidratação. Figura 14: –Valores experimentais versus valores previstos pelo modelo do Grau de Hidratação - Condições: Qs=110 kg/h, Tc= 450 °C, 2,00 RPM. Figura 11: –Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação do gesso de revestimento em função de Tc e Qs a N=2,00 RPM. Figura 12: –Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Gesso de Revestimento em função de Tc versus QS. Condições: N = 2,00 RPM. Figura 15: –Valores experimentais versus valores previstos pelo modelo do Grau de Hidratação. Condições: Qs=110 kg/h, Tc= 450 °C, 2,00 RPM. 62 Figura 13 – Superfície de resposta e curva de contorno para o Grau de Hidratação, G.H. (%) do Gesso de Revestimento, em função de Tc versus QS. Condições: N = 2,00 RPM. Figura 16: –Valores experimentais versus valores previstos pelo modelo do Grau de Hidratação. Condições: Qs=110 kg/h, Tc= 450 °C, 2,00 RPM Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Os modelos de previsão, obtidos para a calcinação, servem para explicar o Grau de Hidratação (%) em função de velocidade de rotação do cilindro, temperatura de controle da combustão e vazão de alimentação de sólidos apresentarem coeficiente de determinação, (R2) satisfatórios. Os gessos obtidos dos resíduos de decoração e de molde face os resultados dos testes aqui analisados não satisfizeram a resistência mínima requerida pela NBR 13207[ABNT, 1994], que é de 8,40 Mpa (85,66kgf/cm²). A resistência foi próxima da metade daquela dos gessos de resíduo de revestimento e forro. Obteve-se a maior resistên Variações da ordem de 98,11% para o semi- cia com os resíduos de forro. -hidrato obtido da calcinação da gipsita, 99,24% para o hemidrado obtido do resíduo de placas e 98,11% de 4.3 | Resistência à aderência semi-hidrato do resíduo de revestimento são explica A resistência à aderência foi determinada sodas por esses modelos. Adicionalmente os coeficienbre substratos de base em alvenaria de tijolo cerâmico, tes de ajuste de 95,40%; 98,86 e 97,40 confirmam a medindo 1m2 de superfície, revestidos com uma base validade dos referidos modelos. de 7mm de camada superficial de gesso beta, resíduo Figura 17: –Resistência à Flexão revestimento e resíduo placa sem acabamento e antes do final de pega do gesso, Figura 19, 20 e 21. Figura 19: – Resistência à tração argamassa 44 42 40 0,40 38 36 CURA SECA AO AR 34 32 NBR 12775 > 30 (kgf/cm²) 30 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 FATOR AGUA/RESIDUOS-RESIDUOS REV. E PLACA A 100% GESSO BETA RESIDUO REV. A 100% RESIDUO PLACA A 100% C.A - Camada de Argamassa A.S - Argamass Superficial 0,35 0,30 0,25 NBR 13528 = 0,20 Mpa 0,20 0,15 0,10 0,05 Os resultados das resistências à flexão estão apresentados na Figura 17. Nota-se que todos 0,00 0 1 2 3 4 5 os resultados dos resíduos com relação à água/ CORPOS DE PROVA (CP) DO GESSO BETA Romp. 80% C.A 20% A.S Romp. 10% A.S e 90% C.A gesso 0,70 aproximam-se do valor mínimo espeRomp. 100% C.A Romp. 100% C.A cificado pela NBR12775[ABNT, 1992], que é de 3,0 MPa (30,0 kgf/cm². O melhor desempenho dos Foram aplicados os corpos de prova com dois resíduos foi do gesso obtido a partir dos resí25cm2 de área projetada em uma base metálica duos de revestimento (3,22 MPa). para fixação no substrato. Os ensaios foram realizados com um valor da consistência de 0,70 e um 4.2 | Resistência a compressão tempo de secagem de 7 dias. Na Figura 18, os resultados de resistência à Figura 20: – Resistência à tração gesso revestimento compressão são apresentados. 0,40 RESISTENCIA A TRACAO ( Mpa) Figura 18: – Resistência à Compressão RESISTENCIA A COMPRESSAO (kg/cm²) 63 46 RESISTENCIA A TRACAO ( Mpa) RESISTENCIA A FLEXAO (kg/cm²) 48 100 95 90 85 NBR 12775 = 85,66 kgf/cm² 80 75 CURA SECA AO AR 70 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 FATOR AGUA/ E RESIDUOS 0,80 GESSO BETA RESIDUO REV. A 100% RESIDUO PLACA A 100% 0,35 0,30 0,25 NBR 13528 = 0,20 Mpa 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 1 2 3 4 CORPOS DE PROVA (CP) DO RES. REV. A 100% Romp. 10% A.S e 90% C.A Romp. 100% C.A Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 5 Romp. 70% C.A e 30% A.S Romp. 100 % C.A Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil 5 | Conclusão Figura 21: – Resistência à Tração Gesso Placa RESISTENCIA A TRACAO (Mpa) 0,40 0,35 0,30 0,25 NBR 13 528 = 0,20 Mpa 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 1 2 3 4 CORPOS DE PROVA (CP) DO RES. PLACA Romp. 100% C.A Romp. 60% e 40% A.S 5 Romp. 100% C.A Rpmp. 10% A.S e 90% C.A 4.4 | Dureza A dureza Shore C obtida nos testes está indicada na Figura 22. 90 85 DUREZA SHORE (C) 64 Figura 22 – Dureza 80 75 70 65 60 NORMA CENT/TC 241 >60 55 50 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 FATOR AGUA/ RESIDUO - RESIDUO REV. E PLACA A 100% O trabalho aqui desenvolvido mostrou que: • Os dois tipos de gesso reciclado satisfizeram a resistência à flexão exigida pela NBR 12775 [1992]; • A resistência à compressão foi satisfatória quando se utilizaram resíduos de placa e de revestimento; • Os valores da dureza superficial encontram-se acima do valor 60, o mínimo estabelecido pela norma CENT/TC 241 para uma relação água/pó de gesso inferior a 0,70, independentemente da origem do hemidrato. Para o gesso oriundo da calcinação da gipsita, o valor da dureza ainda responde ao valor normatizado, mesmo para uma consistência maior de 0,80; • Impõe-se a realização de testes em escala industrial como um passo decisivo que irá definir a tecnologia adequada para permitir a utilização do resíduo de gesso como material de construção, em consonância com a Resolução 307/02 do Conselho Nacional do Meio Ambiente – CONAMA; • Há possibilidade de incorporação dos rejeitos na produção industrial do gesso, o que trará uma contribuição à indústria no que se refere à questão tanto econômica quanto financeira; ao meio ambiente, no que tange à minimização de impactos, provocados pelos rejeitos, e à mineração, pela ampliação do período de vida útil das jazidas de gipsita. GESSO BETA RESIDUO REV. A 100% RESIDUO PLACA A 100% É possível se efetuar um comparativo entre as impressões registradas na superfície dos corpos de prova pelo durômetro SHORE C e os valores correspondentes das durezas propostas pela Norma CEN/ TC -241 (Comitê Europeu de Normalização/Comitê técnico). Segundo a ANFOR, CENT/TC 241, o valor da dureza deve ser superior a 60. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Referências ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12129: Gesso para construção ASOCIACIÓN MERCOSUR DE NORMALIZACIÓN. civil: determinação das propriedades mecânicas. NM 23 2000: Cimento portland e outros materiais em pó – Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 1991. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12130: Gesso para construção civil: determinação da água livre e de cristalização e teores de óxido de cálcio e anidrido sulfúrico. Rio de Janeiro, 1991. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS: NBR 12775: Placas lisas de gesso para forro – determinação das dimensões e propriedades físicas. Rio de Janeiro, 1992. 65 BRITO, J.A. Cidade versus entulho. In: SEMINÁRIO DE DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E A RECICLAGEM NA CONSTRUÇÃO CIVIL, 2. São Paulo, 1999. Anais. São Paulo, Comitê Técnico CT206 Meio Ambiente (IBRACON), 1999. p. 56-67. CONAMA - CONSELHO NACIONAL DO MEIO AMBIENTE. Resolução n. 307, de 5 de julho de 2002 - Estabelece diretrizes, critérios e procedimentos para a gestão dos resíduos da construção. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, 2002. ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13207: Gesso para construção ci- GUNTHER, W.M.R. Minimização de resíduos e educação ambiental. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE vil: Rio de Janeiro, 1994. RESÍDUOS SÓLIDOS E LIMPEZA PÚBLICA, 7. CuriABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS tiba, 2000. Anais. Curitiba, 2000. TÉCNICAS. NBR 13867: Revestimento interno de paredes e tetos com pasta de gesso – Material pre- JOHN, V.M.J. Panorama sobre a reciclagem de resíparo, aplicação e acabamento. Rio de Janeiro, 1997. duos na construção civil. In: SEMINÁRIO DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL E A RECICLAGEM ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS NA CONSTRUÇÃO CIVIL, 2., São Paulo, 1999. Anais. TÉCNICAS. NBR 13528: Revestimento de paredes São Paulo, IBRACON, 1999. p. 44-55. e tetos de argamassas inorgânicas - Determinação da resistência de aderência à tração. Rio de Janei- JOHN, V.M. Reciclagem de resíduos na construção civil – contribuição à metodologia de pesquisa e ro, 1995. desenvolvimento. São Paulo, 2000. 102p. Tese (liABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS vre docência) – Escola Politécnica, Universidade TÉCNICAS. NBR 5734: Peneiras para ensaio com de São Paulo. telas de tecido metálico. Rio de Janeiro, 1989. PINTO, T.P. Metodologia para a gestão diferenciaAFNOR - ASSOCIATION FRANÇAISE DE NORMA- da de resíduos sólidos da construção urbana. São LISATION. CEN/TC 241/ WG2/TG 1 – N 31 F MAI Paulo, 1999. 189p. Tese (Doutorado) – Escola Politécnica, Universidade de São Paulo. 1994. Plâtres et produits à base de plâtre. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos 66 Tabela 1 – de Variância (ANOVA): Hemidrato beta. Fontes de Variação Graus de Liberdade (GL) Soma Quad (SQ) Média Quad (MQ) Fcalc. p-valor R2 Adj. Tc (L) 1 1,485 1,485 324,605 0,000 - - Tc (Q) 1 2,113 2,113 461,811 0,000 - - N (L) 1 4,014 4,014 877,429 0,000 - - N (Q) 1 5,658 5,658 1236,858 0,000 - - Qs (L) 1 2,475 2,475 2,475 0,000 - - Qs (Q) 1 5,513 5,513 5,513 0,000 - - Tc (L) x N (L) 1 16,415 16,415 16,415 0,000 - - Tc (L) x N (Q) 1 0,003 0,00294 0,00294 0,432 - - Resíduo 21 0,096 0,00457 0,00457 - - - Total 29 33,449 - - - 98,11 97,40 Tabela 2 – Análise de Variância (ANOVA): Hemidrato placa. Fontes de Variação Graus de Liberdade (GL) Soma Quad (SQ) Média Quad (MQ) Fcalc. p-valor R2 Adj. Tc (L) 1 1,328 1,328 115,789 0,000 - - Tc (Q) 1 1,684 1684 146,758 0,000 - - N (L) 1 4,341 4,341 378,403 0,000 - - N (Q) 1 5,096 5,096 444,176 0,000 - - Qs (L) 1 2,122 2,122 184,945 0,000 - - Qs (Q) 1 4,916 4,916 428,441 0,000 - - Tc (L) x N (L) 1 15,928 15,928 1388,262 0,000 - - Tc (L) x N (Q) 1 0,002 0,002 0,140 0,712 - - Resíduo 21 0,241 0,011 - - - - Total 29 31,864 - - - 99,24 98,96 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos 67 Tabela 3 – Análise de Variância (ANOVA): Hemidrato revestimento Fontes de Variação Graus de Liberdade (GL) Soma Quad (SQ) Média Quad (MQ) Fcalc. p-valor R2 Adj. Tc (L) 1 1,428 1,428 53,539 0,000 - - Tc (Q) 1 1,706 1,706 63,971 0,000 - - N (L) 1 3,645 3,645 136,655 0,000 - - N (Q) 1 4,864 4,864 182,362 0,000 - - Qs (L) 1 2,496 2,496 93,593 0,000 - - Qs (Q) 1 4,630 4,630 173,565 0,000 - - Tc (L) x N (L) 1 13,473 13,473 505,102 0,000 - - Tc (L) x N (Q) 1 0,000 0,000 0,002 0,966 - - Resíduo 21 0,560 0,027 - - - - Total 29 29,688 - - - 98,11 97,40 Tabela 4 – Fatores e níveis adotados para o planejamento experimental empregado Níveis Fatores -1 0 1 (X1) - Temperatura de controle da combustão (ºC) 400 450 500 (X2) - Velocidade de rotação do cilindro (RPM) 2 2,5 3 (X3) - Vazão de alimentação de sólidos (kg/h) 100 110 120 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos Tabela 5 – Matriz do planejamento com os 30 ensaios realizados (incluindo 01 ponto central + 02 réplicas). 68 Réplicas TC (ºC) N (RPM) Qs (kg/h) 1 400 2 100 1 400 3 120 1 400 3 110 1 450 2 120 1 450 3 110 1 450 3 100 1 500 2 110 1 500 3 100 1 500 3 120 1 450 3 110 2 400 2 100 2 400 3 120 2 400 3 110 2 450 2 120 2 450 3 110 2 450 3 100 2 500 2 110 2 500 3 100 2 500 3 120 2 450 3 110 3 400 2 100 3 400 3 120 3 400 3 110 3 450 2 120 3 450 3 110 3 450 3 100 3 500 2 110 3 500 3 100 3 500 3 120 3 450 3 110 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos Tabela 6 – Matriz do Planejamento Experimental Fatorial Completo (Resultados obtidos para três variáveis respostas grau de hidratação). 69 Réplicas TC (ºC) N (RPM) Qs (kg/h) 1 400 2 1 400 1 G.H G.H G.H hemidrato gipsita hemidrato placa hemidrato placa 100 7,25 6,98 7,25 3 120 4,20 4,30 4,20 400 3 110 5,88 5,70 5,88 1 450 2 120 4,90 4,90 4,70 1 450 3 110 6,10 6,10 5,98 1 450 3 100 6,89 6,80 6,58 1 500 2 110 4,22 4,10 4,22 1 500 3 100 4,63 4,73 4,63 1 500 3 120 6,57 6,77 6,57 1 450 3 110 6,18 6,18 6,10 2 400 2 100 7,28 7,28 6,98 2 400 3 120 4,23 4,23 4,25 2 400 3 110 5,81 5,79 5,81 2 450 2 120 4,90 4,89 4,90 2 450 3 110 6,20 6,01 6,20 2 450 3 100 6,91 6,78 6,91 2 500 2 110 4,24 4,12 4,24 2 500 3 100 4,65 4,55 4,65 2 500 3 120 6,59 6,59 5,97 2 450 3 110 6,21 6,21 6,12 3 400 2 100 7,19 7,19 7,05 3 400 3 120 4,25 4,35 4,25 3 400 3 110 5,52 5,62 5,52 3 450 2 120 4,95 4,85 4,95 3 450 3 110 6,23 6,23 5,99 3 450 3 100 6,93 6,92 6,92 3 500 2 110 4,27 4,37 4,37 3 500 3 100 4,67 4,77 4,87 3 500 3 120 6,60 6,55 6,60 3 450 3 110 6,24 5,97 6,05 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos Tabela 7 – Estimativa dos efeitos e teste de hipóteses para a variável resposta grau de hidratação - gesso oriundo de gipsita. 70 Fatores Efeitos Erro Padrão tcalc.(21) p-valor Média 5,634 0,013 445,360 0,000 Tc (L) -0,574 0,032 -18,017 0,000 Tc (Q) 0,559 0,026 21,490 0,000 N (L) 0,944 0,032 29,621 0,000 N (Q) -0,916 0,026 -35,169 0,000 Qs (L) -1,049 0,045 -23,262 0,000 Qs (Q) 1,196 0,034 34,716 0,000 Tc (L) x N (L) 3,119 0,052 59,903 0,000 Tc (L) x N (Q) -0,038 0,048 -0,802 0,432 Tabela 8 – Estimativa dos efeitos e teste de hipóteses para a variável resposta grau de hidratação - gesso oriundo de placa de gesso. Fatores Efeitos Erro Padrão tcalc.(21) p-valor Média 5,574 0,031 182,474 0,000 Tc (L) -0,563 0,077 -7,317 0,000 Tc (Q) 0,503 0,063 7,998 0,000 N (L) 0,900 0,077 11,690 0,000 N (Q) -0,849 0,063 -13,504 0,000 Qs (L) -1,053 0,109 -9,674 0,000 Qs (Q) 1,096 0,083 13,174 0,000 Tc (L) x N (L) 2,826 0,126 22,474 0,000 Tc (L) x N (Q) -0,005 0,115 -0,043 0,966 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Potencial alternativo na reciclagem de resíduos de gesso da construção civil Anexos Tabela 9 – Estimativa dos efeitos e teste de hipóteses para a variável resposta grau de hidratação - gesso oriundo de revestimento Fatores Efeitos Erro Padrão tcalc.(21) p-valor Média 5,610 0,020 280,057 0,000 Tc (L) -0,543 0,050 -10,761 0,000 Tc (Q) 0,499 0,041 12,114 0,000 N (L) 0,982 0,050 19,453 0,000 N (Q) -0,869 0,041 -21,075 0,000 Qs (L) -0,971 0,071 -13,599 0,000 Qs (Q) 1,129 0,055 20,699 0,000 Tc (L) x N (L) 3,072 0,082 37,259 0,000 Tc (L) x N (Q) -0,028 0,076 -0,374 0,712 71 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 57–71, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso SIQUEIRA FILHO, Aníbal Veras1, SHINOHARA, Armando Hideki2 Resumo No presente trabalho, descrevem-se procedimentos para o entendimento do surgimento das manchas amareladas em placas pré-moldadas de gesso, produzidas por diferentes fabricantes do Polo Gesseiro do Araripe, pós-pintura, empregando-se o sistema de pintura indicado pelos fabricantes de tintas. As placas com e sem manchas foram caracterizadas por fluorescência de Raios X, e o processo de aparecimento das manchas foi baseado no mecanismo de eflorescência. Os resultados do presente trabalho sugerem que alguns tipos de desmoldantes líquidos, largamente empregados na fabricação de pré-moldados de gesso, são as principais causas de surgimento do amarelamento pós-pintura. Portanto, para minimizar o aparecimento dessas manchas amareladas pós-pintura nas placas de pré-moldadas de gesso, foi testado, com sucesso, no presente trabalho, o uso de revestimento de Teflon® no molde de teste. Palavras-chave: Gesso; Pré-moldados; Manchas amareladas. Abstract 72 In the present manuscript works for the agreement of the sprouting of the yellowish spots in daily pay-molded gypsum plates had been carried through, produced for different manufacturers of the gypsum industry of Araripe, after-painting using the painting system indicated for the manufacturers of inks. The plates with and without spots had been characterized by fluorescence of rays-x. And the process of appearance of the spots was based on the efflorescence mechanism. The results of the present work suggest that some types of no-adherent liquid wide used in the manufacture of daily pay-molded of gypsum are the main causes for the sprouting of the yellowing after-painting. Therefore, to minimize the sprouting of the yellowish spots after-painting in the daily pay-molded plates of gypsum, was successfully tested in the present in the test mold, that will be able to Teflon®. Keywords: Gypsum; Pay-molded; Yellowish spots. Associação Instituto de Tecnologia de Pernambuco, Recife - PE Tel: 981) 3183 4297 E-mail: [email protected] 2 Universidade Federal de Pernambuco - Recife – PE/Brasil. Tel: (81) 2126-7268 – Fax: (81) 21267278 — Email: [email protected] 1 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso 1 | Introdução gipsita, utilizada na produção de pré-moldados de gesso, primeiramente é extraída das jazidas, que é rocha sedimentar com a pureza em torno de 98%. A gipsita é um mineral abundante na natureza As impurezas são minerais, tais como pirita (FeS), e, como tal, existem jazidas espalhadas por muitos pa- halita (NaCl), anidrita (CaSO ), calcita (CaCO ), do3 íses do mundo. Sua composição química é um sulfato lomita [CaMg(CO ) ], enxofre4 (S) e quartzo (SiO ), 3 2 2 de cálcio hidratado, cuja fórmula é CaSO4 * 2H2O. os quais foram incorporados durante o processo geológico de formação (PINHO, 2003). Industrialmente, a gipsita é moída e desidrata-se parcialmente quando calcinada a temperaturas O mecanismo do amarelamento do gesso se entre 120oC e 180oC (PINHO, 2003), originando um dá pelo arraste de impurezas pertinentes à matéhemi-hidrato conhecido comercialmente como gesso ria-prima ou a outras impurezas oriundas da con(CaSO4 * 0,5H2O). A denominação gipsita é reconheci- taminação da gipsita/gesso no processo produdamente a mais adequada ao mineral em estado na- tivo, no processo de produção dos pré-moldados tural, enquanto gesso é o termo mais apropriado para pela incorporação dos desmoldantes e durante a designar o produto calcinado. execução das vedações originadas do elemento fi- 1.1 | Considerações sobre a Gipsita e Gesso 73 broso (buchas de cisal e outras) e, até mesmo, pe O gesso encontra a sua maior aplicação na in- los tirantes de sustentação (arame galvanizado), dústria da construção civil (revestimento de paredes, conduzidas pelo diluente da tinta, o qual, ao evaplacas, blocos, painéis, etc.). porar, traz as impurezas consigo até a superfície. O processo de aplicação e pintura, recomendado Os blocos são elementos de vedações verticais, pelos fabricantes para a placa de gesso, segue as empregados na construção de paredes e divisórias in- etapas abaixo: ternas, não portantes (que não recebem cargas) e utilizados em todos os tipos de construção: residenciais, • Nivelar a superfície das paredes e dos tetos comerciais e industriais. com pré-moldados de gesso. Unir com filetes As chapas ou painéis acartonados consistem, em linhas gerais, de uma camada de gesso entre duas lâminas de papel cartão. No processo de fabricação das placas de gesso, logo após as etapas de calcinação e moagem, tem-se a etapa de hidratação da pasta, em que ocorre uma reação química entre o material anidro e a água, regenerando o dihidrato (equação (1.1) e ocasionando a solidificação da pasta para a formação da placa em forma. Eq. 1.1 Tem-se a estrutura cristalina composta da seguinte maneira: Gesso - CaSO4 ortorrômbico e Anidrite - CaSO4.2H2O monoclínico, que é o sulfato de maior importância no meio sedimentar. Forma-se somente em meio sedimentar, por evaporação da água. 1.1 | Problemática de Amarelamento No Brasil, essencialmente, a matéria-prima de cola duas placas que apresentem desencontros das partes, as quais precisam ser raspadas com desempeno de aço; • Aplicar um vedante e esperar a sua secagem completa, verificando se a umidade da placa é inferior a 4%; • Lixar toda a parede ou teto levemente, até torná-la fosca e uniforme, a fim de se obter uma impregnação por igual; • Limpar com um pano úmido, fortemente, de cima para baixo, a fim de retirar todo o pó ou outro tipo de elemento solto na superfície; • Aplicar um fundo aglutinador de partículas com rolo, pincel ou sistema airless, conforme indicação do fabricante, em uma demão, para aglutinar partículas soltas e propiciar uma boa aderência entre o substrato e o sistema de pintura; • Quando o aglutinador de partículas soltas estiver totalmente seco, deve-se aplicar a massa corrida em finas camadas e sucessivas, com intervalos de 2 horas, até a regularização da superfície; • Passadas 4 horas da aplicação, a superfície já deverá estar seca para ser levemente lixada até ficar plana, fosca e uniforme. O líquido selador Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 deve ser aplicado logo em seguida e, então, a superfície estará pronta para ser pintada com a tinta e a cor desejadas; • Quando se apresenta o amarelamento após a pintura, deve-se aplicar fundo sintético nivelador ou esmalte sintético fosco, por serem ricos em determinado tipo de carga, que propicia dificuldade na migração de contaminantes para a superfície da tinta, lixar, remover o pó e pintar toda a superfície novamente. Considerando-se as várias etapas requeridas pelo sistema de pintura no gesso, quando apresenta o amarelamento, em termos de custo, torna-se bastante elevado, se comparado a outros sistemas. Pode-se, ainda, precisar repetir essa operação outras vezes, até bloquear o fenômeno, aleatoriamente. Schwartz at al. (2001) citam como consequência do fato que são depostos os componentes solúveis em água, como emulsificadores e sais, aos limites de partícula anteriores como uma fase intersticial denominada de formação do filme. Por conseguinte, em micrógrafos de elétron, é possível ainda discernir umas redes hexagonais, que se assemelham a um favo de mel e são formados pelas partículas (Figura 1.1). Os componentes hidrófilos na fase intersticial justificam os filmes de dispersão em pinturas com emulsão serem mais sensíveis à água que filmes ou camadas baseadas em polímeros de solução. Como as tintas decorativas não são impermeáveis, não retêm substâncias solúveis quando da evaporação do diluente (Figura 1.2). Figura 1.1: – Microscopia de elétron da estrutura de filme de dispersão acrílica. (Preparação de monocamada, ampliação 40 000 : 1) Electron microscopy of the structure of film of acrylic dispersion. (Preparation of single, extending 40 000: 1) 74 Fonte: SCHWARTZ, M.; BAUMSTARK, R., 2001 Figura 1.2: – Esquema do fenômeno de eflorescência em pré-moldado de gesso (solubilização de solúveis) Schedule of the phenomenon of bloom in pre-shaped gypsum (solubilization of soluble). Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso 2 | Material e métodos 2.1 | Material Os materiais usados nos experimentos são os abaixo listados: • placas de pré-moldados de gesso (600mm x 600mm); tinta: Coralgesso; rolo de lã de pelo baixo; lixa; furadeira com broca serra copo; talhadeira; backer; giz; espectrômetro de fluorescência de Raios X (RIX-3000 Rigaku), equipado com tubo de Rh, instalado no Departamento de Geociência da UFPE; microscópio eletrônico de varredura JEOL, modelo JSM 5600 LV. Coralgesso diluído em água a 20%, como tinta de acabamento. Foram retiradas amostras das quatro placas citadas abaixo que amarelaram depois de pintadas, tanto de partes amareladas quanto de partes não amareladas. Foram enviadas para análise química de Fluorescência de Raios X, tais quais: Placa Código 068 (Figuras 2.1); Placa Código 069 (Figuras 2.2); Placa Código 071 (Figuras 2.3) e Placa Código 072. (Figuras 2.4) Figura 2.1: – Placa 068 pós-pintura. Board 068 post-painting 2.2 | Pintura dos pré-moldados de gesso 2.2.1 | Coleta 75 A coleta das amostras para ensaios foi realizada por intermédio do SENAI – ARARIPINA (PE), em 10 empresas gesseiras do Polo do Araripe, que realizam a fabricação das placas, usando diferentes processos, sem controle de qualidade, principalmente da água e desmoldante, conforme Tabela I: Figura 2.2: – Placa 069 pós-pintura. Board 069 post-painting Tabela 1 – Amostras enviadas pelo SENAI (PE) Sample sent by SENAI (PE) Empresa Água Desmoldantes Código 055 caminhão -pipa caminhão-pipa caminhão-pipa caminhão-pipa Querosene + água + detergente de cor branca Código 061 Código 062 Código 063 Querose + estearina Querose + estearina Querose + estearina Fonte: SENAI 2.2.2 | Sistema de pintura As placas coletadas foram pintadas em uma sala à temperatura ambiente, em torno de 29ºC, e umidade relativa do ar em torno de 85%, com duas demãos de Coralgesso Coral Dulux, produto especificado por Tintas Coral Ltda., para provocar ancoragem em superfície de gesso. Esta é bastante pulverulenta, além de exercer a função de revestimento, necessária à pintura. O processo realizado foi o seguinte: • lixou-se a placa para promover ancoragem; • removeu-se o pó; • aplicou-se a primeira demão do Coralgesso diluído em água a 50%, para atuar como aglutinador de partículas soltas e propiciar tanto a selagem como a aderência para a camada de acabamento; • 24 horas depois, aplicou-se a segunda demão de Figura 2.3: – Placa 069 pós-pintura. Board 069 post-painting Figura 2.4: – Placa 069 pós-pintura. Board 069 post-painting Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 2.3 | Análises de amostras mediante Técnica Avançada de Caracterização de Materiais 2.3.1 | Fluorescência de Raiox X e Microscopia Eletrônica de Varredura 76 As amostras das regiões amareladas e não amareladas foram finamente pulverizadas e separadas em três alíquotas. Uma alíquota de cada amostra foi levada à mufla a 800ºC por 2 horas, para a determinação de perda ao fogo. Uma outra alíquota foi usada para determinação de Fe2+ via úmida, e a terceira alíquota foi prensada a 25 ton de pressão. As amostras prensadas foram analisadas qualitativamente, para todos os elementos pesados e para alguns leves e, semiquantitativamente, para os elementos encontrados na varredura qualitativa. Foi utilizado um espectrômetro de fluorescência de Raios X(RIX-3000 Rigaku), equipado com tubo de Rh, instalado no Departamento de Geociência da UFPE. Para a determinação de Fe2+, levou-se em consideração o valor de Fe2O3 total, obtido na análise semiquantitativa por FXR. Paralelamente foram feitas análises da microestrutura de amostra da placa pré-moldada de gesso, utilizando-se um microscópio eletrônico de varredura JEOL, modelo JSM 5600 LV. 3 | Resultados e discussão 3.1 | Resultados pós-pintura das placas pré-moldadas de gesso Durante o processo de pintura das placas, observou-se a condição de amarelamento destas após a secagem. Das dez placas que não apresentavam amarelamento antes do processo de pintura, quatro amarelaram, e seis não sofreram alteração após o processo de pintura. Como as amostras escolhidas eram provenientes de empresas que não apresentavam qualquer controle de qualidade e faziam uso de desmoldantes inadequados, esperávamos que houvesse o amarelamento de maneira aleatória, o que, de fato, ocorreu. O amarelamento aconteceu logo após a primeira demão de tinta com menos de 24 horas, tendo amarelado novamente, após 48 horas da segunda demão de tinta. Observou-se, também, que o amarelamento nas placas foi aparentemente aleatório entre os fabricantes participantes, visto que a placa referente ao Código 069, que tem querosene + estearina (tampão diesel + vela) como desmoldante foi a que amarelou com mais intensidade, em toda a sua superfície, levando à interpretação de que o tipo do desmoldante é um dos contaminantes responsáveis pelo amarelamento. Observou-se também que esse mecanismo é de difícil dedução devido às inúmeras variáveis de causas que se apresentam nesse material, tais como impurezas na matéria-prima ou adicionadas ao processo por meio de absorção e capilaridade de maneira não homogênea, em razão de o material ser bastante higroscópico. 3.2 | Análises da técnica de caracterização utilizadas nas regiões amareladas e não amareladas Foi possível se acompanharem os resultados obtidos pela técnica de caracterização de fluorescência de Raios X. Devido à coloração amarelada, a pirita pode ser um dos contaminantes no surgimento do amarelamento, pois sais de ferro, ao oxidarem, podem formar compostos, como goetita (�-FeOOH) e hematita (Fe2O3) (RITSEMA; GROENENBERG, 1973). Pesquisas feitas em construções históricas, caracterizadas por uma coloração amarelada em Parma (Itália), revelaram a presença de goetita (�-FeOOH) e hematita (Fe2O3) (SCARDOVA et al., 2006). Os resultados da técnica de fluorescência de Raios X estão apresentados na Tabela II de maneira qualitativa, indicando tanto os elementos pesados como os leves, anteriormente informados no item 2.3.1, e de maneira semiquantitativa para os revelados na análise qualitativa. Na comparação dos resultados, é importante salientar as concentrações baixas do FeO tanto nas regiões amareladas quanto nas não amareladas, embora, em estudos realizados em obras de arte confeccionadas em gesso (ZAFIROPULOS et al., 2002) e em construções históricas italianas (SCARDOVA et al., 2006), já tenham sido encontrados registros sobre a influência da contaminação do fer- Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso 77 ro, o que pode resultar tanto no aparecimento da goetita (�-FeOOH) quanto no da hematita (Fe2O3). Outro fator relevante na análise da técnica de fluorescência de Raios X é a presença tanto do Mg quanto do Na nas regiões amareladas, embora esses sais não se repitam na amostra não amarelada. No entanto, a origem do aparecimento desses sais na cadeia produtiva dos forros de pré-moldados de gesso pode ser revelada ainda na etapa da mineração, pois os dois sais são considerados como impurezas contidas no minério da gipsita. Na região onde se tem o fenômeno do amarelamento, uma região onde a tinta foi aplicada no pré-moldado, existe a presença desses sais, o que poderia levar à interpretação de que seja a presença de Mg e Na a causadora do fenômeno do amarelamento. Entretanto, esse cenário é quimicamente difícil, visto que os sais raramente possuem coloração amarelada. Apesar disso, esses sais podem agregar impurezas ou reações que levem a essa coloração. Uemoto (1988) cita que o termo eflorescência significa “a formação de depósito salino na superfície”, composto, principalmente, por sais de metais alcalinos e alcalino-terrosos, que podem ser solúveis ou parcialmente solúveis em água. Tabela 2 – Fluorescência de Raios X Fluorescence of Rays-X CaO SO3 SiO2 Al2O3 TiO2 MgO K2O Na2O SrO FeO P2O5 NiO Nb2O5 MnO Perda de fogo Total 33,63 32,05 2,84 2,21 2,08 1,41 0,28 0,25 0,12 0,1 0,02 0,01 0,00 0,00 32,61 36,08 2,11 1,68 1,68 0,58 0,24 0,22 0,12 0,09 0,02 0,00 0,01 0,00 31,99 42,05 1,1 0,53 2,56 ND 0,1 ND 0,15 0,09 0,02 0,00 0,01 0,01 24,82 24,51 21,4 100,07 100,07 100,07 Fonte: SENAI 3.3 | Mecanismos do amarelamento do gesso 3.3.1 | Extração de Solúveis / Eflorescência O mecanismo de eflorescência já é tratado na nomenclatura em superfícies revestidas com argamassa, que facilita compreender esse comportamento no gesso. Assim, far-se-á uma descrição desses mecanismos em argamassa para se compreender, por analogia, no gesso. A argamassa é constituída por diferentes tipos de compostos hidratados do cimento. Os mais importantes são os silicatos hidratados C-S-H, que podem aparecer como estruturas fibrosas, hidróxido de cálcio Ca(OH)2, que cristaliza em grandes placas hexagonais superpostas, e a etringita (sulfoaluminato de cálcio), que cristaliza no início da pega, sob a forma de agulhas, semelhante ao que ocorre no concreto. A porosidade total da pasta de cimento Portland varia entre 25% e 30% em volume para uma relação água/cimento de 0,5. Essa porosidade é decomposta em dois tipos de cavidades ou vazios: poros entre os cristais C-S-H, de alguns nanômetros de comprimento, poros capilares entre os compostos hidratados, bolhas e fissuras com tamanho variando entre 100nm e alguns mm (MORANVILLE-REGOURD, 1992). Segundo Angeleri et al. (1983), quando o gesso é hidratado, uma cadeia de cristais aciculares é formada. O tamanho e o formato dos cristais influenciam bastante as propriedades mecânicas do gesso. A morfologia dos cristais depende das condições de hidratação. Com a variação dos parâmetros em cada etapa (dissolução, nucleação, crescimento), diferentes microestruturas podem ser obtidas. A variação das condições de hidratação muda o tamanho e a forma dos cristais (SOARES, 2005). Cristais grandes e irregulares reduzem a densidade do gesso por apresentarem maior porosidade. Cristais pequenos e com morfologia prismática permitem maior compactação, aumentando a densidade. Segundo Angeleri (1983), as características do gesso são fortemente influenciadas pela presença de partículas de sulfato de cálcio dihidratado (gipsita), que agem como germes cristalinos, nucleando e aumentando a velocidade de re-hidratação. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Ainda segundo Angeleri (1983), quanto maior for a quantidade de pontos de nucleação, o crescimento se dá de forma rápida, havendo, assim, uma maior quantidade de pequenos cristais por volume. A presença de porosidade na microestrutura das placas de gesso está relacionada, em geral, à natureza da cristalização, uma vez que quanto maior for a quantidade de água, maior será a quantidade de vazios (poros) deixados pela água evaporada na secagem, propiciando maiores vasos capilares. 78 Para que se proceda ao estudo da presença de umidade em fachadas, segundo SATO (1997), vem se realizando a simulação de uma chuva típica intensa sobre parede exposta à temperatura constante e sem a ação do vento. Segundo essa autora, o resultado da análise qualitativa dos resultados dessa simulação aponta que a presença de vazios nos elementos de alvenaria resulta em maior acúmulo de água na face exposta à umidade. Nesse caso, a dissipação de água deverá ser feita por evaporação, processo mais difícil e lento que a umidificação no interior do componente. Nas regiões onde a parede é maciça, a continuidade de massa serve como canal de difusão, permitindo a remoção da água da superfície. Assim, essa difusão também ocorre por capilaridade em superfícies de gesso, conforme a experiência realizada com um giz de base imersa em água com corante, conforme fotos indicadas nas Figuras 3.1a, 3.1b. Na experiência acima, observa-se que a umidade percorre as extremidades e se eleva por capilaridade, até uma determinada altura, levando consigo o corante, que é solúvel em água, confirmando, assim, a tendência de uma solubilização direcionada às extremidades. Esse fenômeno também pode ser visto nas fotos indicadas nas Figuras 3.2a, 3.2b, 3.2c, 3.2d, demonstrando a oxidação de um componente Figura 3.1 – Giz depois de imerso. Chalk after immersed. ferroso pré-existente em uma laje de concreto que foi revestida com emboço de gesso, em que a própria água da pasta de gesso solubiliza o óxido de ferro proveniente desse componente, levando por evaporação para a superfície deste. Figura 3.2 a – Coleta da amostra de oxido de ferro. Collect of the sample of oxido iron. Figura 3.2 b – Componente ferroso oxidado. Component oxidized iron. Figura 3.2 c – Óxido na superfície amostra On the surface oxide sample Figura 3.2 d – Óxido na face interna amostra. On the inner surface oxide sample Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso Shirakawa et al. (1995) descrevem algumas causas extrínsecas ao material, que podem aumentar o teor de água disponível, conforme as condições do substrato: • umidade ascendente por capilaridade; • umidade de infiltração por fachada ou telhado; • umidade acidental (vazamento de águas potáveis e servidas); • umidade relativa do ar em torno de 80%, ou superior a esse valor; • umidade de condensação de vapores em ambientes fechados. Acrescentar-se-ia também que a umidade levada pelo diluente da tinta é uma das causas desse mecanismo no gesso. 79 O fenômeno ocorre porque tanto a argamassa como o gesso apresentam vazios e canais em seu interior, devido, principalmente, à presença da água destinada a promover a trabalhabilidade desejada aos materiais e necessária às reações de hidratação do cimento e do gesso. Em função desses vazios no interior da argamassa ou do gesso, pode ocorrer o fluxo da água por capilaridade, como visto na Figura 3.1 ou por pressão, podendo introduzir substâncias agressivas, presentes no substrato, na rede capilar ou dissolver e transportar sais solúveis, presentes no material. O fluxo descrito está intimamente relacionado às propriedades absorção e permeabilidade das argamassas e do gesso. Pode-se ainda observar, através da microscopia eletrônica de varredura (Figura 3.3), Figura 3.3 – Microestrutura do gesso-alfa com 10% (a) e 70% (b) de gipsita, e do gesso-beta com 10% (c) e 50% (d) de gipsita adicionada. Microestrutura of gypsum -alpha with 10% (a) and 70% (b) of crude gypsum, and the gypsum -beta with 10% (c) and 50% (d) of crude gypsum added. que a gipsita é constituída de cristais largos e com formato irregular, facilitando o fenômeno acima. Segundo Uemoto (1988), nas edificações, o termo eflorescência significa “a formação de depósito salino na superfície de alvenaria, como resultado da exposição a intempéries”. Quimicamente, a eflorescência é composta, principalmente, por sais de metais-alcalinos e alcalinos-terrosos, que podem ser solúveis ou parcialmente solúveis em água. Ainda segundo Uemoto (1988), na eflorescência, denominada de depósito, os sais podem ser provenientes de tijolos, de cimentos, da reação química entre os compostos do tijolo com o cimento, da água utilizada no amassamento, dos agregados e de substâncias contidas em solos adensados ou contaminados por produtos químicos e da poluição atmosférica. No gesso, acrescentam-se impurezas em sua composição química e substâncias solúveis de desmoldantes. Existem tratamentos especiais que podem ser empregados na eliminação desses sais, na fase de produção do componente cerâmico, como o tratamento com carbonato ou hidróxido de bário, que é introduzido na massa de fabricação do biscoito. Porém, em decorrência do seu alto custo, raramente é empregado. Outra solução é a queima dos componentes a temperaturas sempre superiores a 1100ºC, que permite a dissociação dos sais, fazendo com que sua parte leve seja queimada e a pesada seja incorporada à malha cristalina, estabilizando-se. Tendo em vista que os atuais processos de produção dos componentes cerâmicos envolvem sempre temperaturas superiores a esta, reduz-se a probabilidade da presença de sais solúveis nesses componentes. Entretanto, a gipsita é calcinada à temperatura bem abaixo, na ordem de 140ºC a 160ºC, podendo elevar a probabilidade da presença de sais solúveis na própria matéria-prima. Entretanto, quando o gesso é fabricado e aplicado, existem outras fontes contaminantes, como: os componentes de alvenaria; a argamassa da camada de regularização e de fixação; a pasta ou argamassa empregadas no rejuntamento; os arames de fixação das placas de gesso; a bucha de agave utilizada junto da pasta de gesso para fixação das placas; a água (utilizada na construção, Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 proveniente dos vários tipos de umidade, ou empre- Das propriedades do Teflon®, a que denota gada na massa de rejunte) e o desmoldante usado na maior importância para este trabalho é a sua alta anfabricação das placas. tiaderência. Na atualidade, ao se revestirem as réguas de alumínio e as tampas das placas de gesso, não existe Para Bauer (1996), as eflorescências po- aderência a estas, dispensando, portanto, o uso de desdem alterar a aparência da superfície sobre a qual moldantes hoje utilizados na indústria gesseira, conforse depositam, e, em determinados casos, seus sais me experiência mostrada a seguir (Figuras 3.4a e b). constituintes podem ser agressivos, causando desagregação profunda, como no caso de compostos Foi aplicada a pasta de gesso em uma forma expansivos. No caso do gesso, quando se comporta, de alumínio, revestida com Teflon® em condições norapenas, de maneira a alterar a aparência da superfí- mais de fabricação. Após a secagem, o gesso foi remocie, apresenta o amarelamento. Entretanto, quando vido, sem apresentar qualquer aderência ao Teflon®. uma parede de blocos de cimento é revestida com gesso e, de alguma maneira, há infiltração, esses blo- Figura 3.4 a – Forma de alumínio revestido com Teflon®. Form of aluminum coated with Teflon®. cos são revelados no gesso por meio da extração de solúveis neles pré-existentes. 3.4 | Estudo de eliminação de desmoldante líquido 80 Podemos utilizar o Teflon® como Antiaderente, já que ele é a designação corrente de um polímero, que é um produto formado de compostos químicos de elevada massa molecular, resultante de reações de polimerização. Os polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). O número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é denominado grau de polimerização. Esse polímero, chamado de Politetrafluoretileno (PTFE) e descoberto acidentalmente por Roy J. Plunkett (1910–1994), para a empresa DuPont, em 1938, foi apresentado comercialmente, em 1946. O PTFE é um polímero similar ao polietileno, no qual os átomos de hidrogênio estão substituídos por flúor. Figura 3.4 b – Placa de gesso retirada do molde. Board of gypsum removed from the mold. A fórmula química do monômero é CF2=CF2, e a do polímero, -(CF2-CF2)n-. Às vezes, utiliza-se o nome Teflon® para denominar a resina PFA (perfluoroalcóxido). A principal qualidade desse material é a de ser uma substância praticamente inerte, que não reage com outras substâncias químicas, exceto em situações muito especiais. Isso se deve, basicamente, à proteção 4 | Conclusão dos átomos de flúor sobre a cadeia carbônica. Essa carência de reatividade permite que sua toxidade seja O mecanismo do surgimento de manchas amapraticamente nula, sendo, também, o material de mais reladas pós-pintura em placas de gesso, uma das patobaixo coeficiente de atrito conhecido. logias do sistema de pintura, ainda é de difícil compreensão devido ao fato de sua ocorrência ser eventual e Ele é usado como uma fina camada, que ao envolvimento de vários parâmetros desde a sua fareveste panelas e outros utensílios. Seu ponto de bricação até a aplicação da tinta. Apesar de o presente fusão é 327°C, mas suas propriedades degradam trabalho ainda estar inacabado, a partir de resultados acima de 260°C. obtidos, apresentam-se as seguintes conclusões: Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 81 • Através de imagens de microscopia eletrônica de varredura, observou-se que a estrutura das placas de gesso é formada por cristais de gipsita de formato acicular, com diâmetros de alguns micrômetros e com comprimento de dezenas de micrômetros. Observou-se, também, que há uma grande quantidade de vazios entre os cristais, o que permite ser a densidade resultante do material substancialmente baixa, tornando as placas de gesso bastante leves, razão pela qual é largamente empregada no rebaixamento do forro. Quanto à resistência mecânica das placas de gesso, é alcançada devido aos entrelaçamentos desses cristais aciculares; • Em função da existência de uma alta porosidade nas placas de gesso, observada por microscopia eletrônica de varredura e tipo de estrutura, o ensaio sobre a capacidade de percolação da tinta numa amostra de giz de gesso demonstrou que não somente a parte líquida da tinta percola para o interior da estrutura do material por fenômeno de capilaridade mas também há o transporte simultâneo da parte sólida da tinta, inclusive os pigmentos que determinam a coloração da tinta; • Das dez placas de gesso de tonalidade branca, as quais foram provenientes de dez fabricantes distintos de placa de gesso, que utilizam os mais variados tipos de desmoldantes, quatro placas apresentaram manchas amareladas pós-pintura. Comparando-se a tonalidade das cores amareladas das manchas nas placas com a mancha de cor amarelada que surgiu após o revestimento da argamassa de gesso sobre ferro oxidado, observou-se que a tonalidade de amarelo é bem distinta. Enquanto a cor das manchas amareladas pós-pintura é mais tênue, tendendo para amarelo claro, a cor da mancha amarelada devido ao óxido de ferro é tonalidade de amarelo escuro para laranja escuro. No ponto de contato com o óxido de ferro, é praticamente de cor negra devido à alta concentração de óxido de ferro. Ademais, a mancha amarelada pós-pintura limita-se somente à camada externa do revestimento da tinta, enquanto que o óxido de ferro propaga-se de geometria cônica a partir do ponto de contato com o óxido de ferro até o lado oposto da camada do emboço de gesso. A análise química das manchas amareladas pós-pintura por espectrofotômetro de fluorescência de Raios X, embora tenha detectado uma diferença na concentração de elementos de magnésio e sódio, não detectou diferença significativa na concentração de ferro, quando comparada com amostras da região não amarelada. Portanto, a substância causadora da coloração amarelada das manchas pós-pintura é distinta da do óxido de ferro. Assim, as substâncias causadoras de manchas amarelas são atribuídas aos desmoldantes orgânicos líquidos à base de querosene, estearina, diesel, vela, aplicados nos moldes de fabricação das placas de gesso; • Sobre o detalhamento do mecanismo de aparecimento de manchas amareladas em placas de gesso, uma explicação pode ser dada da seguinte forma: Quando a argamassa de gesso é vertida para o molde, que recebeu um revestimento de desmoldante líquido, uma parte do desmoldante passa a integrar-se à argamassa de gesso hidratado, que se encontra ainda na fase fluida. Do ponto de vista de crescimento de cristais, sabe-se que geralmente impurezas, como as substâncias orgânicas que compõem o desmoldante, são expulsas dos cristais de gipsita, possivelmente ficando aderidas na superfície externa dos microcristais aciculares de gipsita. No processo de secagem, uma parte do desmoldante que ficou aderida na superfície do cristal evapora-se devido a sua alta taxa de volatização. Com a aplicação da tinta sobre a superfície da placa de gesso, uma fração da tinta, incluindo-se a parte líquida e sólida, é absorvida por capilaridade para o interior da placa de gesso em razão da alta porosidade. No processo de secagem da tinta, à medida que a evaporação da parte líquida se processa pela superfície externa, suspeita-se que as substâncias orgânicas do desmoldante remanescentes na superfície do cristal dissolvam-se para a parte líquida da tinta. Estas são transportadas para a superfície da placa, que entra em contato com o filme da tinta, denominada tinta imobiliária, que são emulsões à base de substância acrílica e/ou vinílica em fase de secagem. Pelo fato de o filme ser composto de substâncias orgânicas, deve ocorrer uma interação físico-química, causando o amarelamento quando as placas de gesso são pintadas com tinta branca. Considerando que o desmoldante seja um dos principais fatores causadores de manchas amareladas pós-pintura das placas de gesso, o desenvolvimento de um processo de fabricação de placas de gesso que possa eliminar o uso total do desmoldante líquido, por exemplo, o uso de materiais antiaderentes nos moldes, assim como revestimento de materiais como Teflon®, poderá contribuir para a redução do aparecimento de manchas amareladas pós-pintura nas placas de gesso. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Estudo da patologia do amarelamento em pré-moldados de gesso Referências 82 ANGELERI, F. B.; CARDOSO, S. R. F.; SANTOS, P. S. As gipsitas brasileiras e sua aplicação como gesso na indústria cerâmica. Parte III – Cerâmica, v. 29, n.163, p. 93-112, 1983. historical buildings in Parma (Italy) and surroundings by micro-raman techinique. Disponível em: <www.fis.unipr.it/beni/gialloarticolo.html>. Acesso em: 9 de maio 2006. SATO, N. M. N.; JOHN, V. M.; UEMOTO, K. L. Umidade e crescimento de microrganismos em fachadas. In: SEMINÁRIO INTERNACIONAL DE DURABILIDADE DE MATERIAIS, COMPONENTES E ESTRUTURAS, 3., 1995, São Paulo. Anais... São Paulo, EPUSP, 1997. p. 63-68. UEMOTO, K. L. Patologia: danos causados por eflorescências. São Paulo: Pini, IPT, 1988. p. 561564. (Coletânea de trabalhos da Div. de Edificações do IPT). MORANVILLE-REGOURD, M. Microstructure of SCHWARTZ, M.; BAUMSTARK, R. 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Pyrite oxida- -Alfa produzido pelo processo hidrotérmico e tion, carbonate weathring, and gypsum formation calcinação a seco e sua influência nas propriedain a drained potential acid sulphate soil. Países des mecânicas pós-hidratação. 2005. Dissertação Baixos: Soil Sci. Soc. Am. Journal, 1973, n. 57, p. (Mestrado) – Universidade Federal de Pernambuco, Recife, 2005. 968-976. ZAFÍROPULOS, V. et al. Yelloing effect and discoloration of pigments: experimental and theorical SCARDOVA, S.; LOTTICI, P.; BERSANI, D.; ANTI- studies. Journal of Cultural Heritage, v. 4, p. 249NIOLI, G. A study of the external coloration of 256, 2003. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 72–82, jun, 2013 Revista Pernambucana de Tecnologia | Vol. 1, Nº 1 | Junho de 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente PIRES SOBRINHO, Carlos Welligton de Azevedo1,2 Resumo Alvenaria resistente é técnica construtiva, que utiliza componentes de vedação (blocos de pouca largura e de baixa resistência) na função estrutural. Bastante utilizada na construção de prédios de até quatro pavimentos na região metropolitana do Recife (RMR), denominados de prédios-caixão, apresenta problemas graves de estabilidade, sendo constatadas ruínas parciais e até globais em mais de 12 edificações, nos últimos 20 anos. Alguns desses sinistros provocaram vítimas fatais. Este artigo apresenta uma metodologia desenvolvida pelo ITEP na elaboração de laudos técnicos e no desenvolvimento de projeto de recuperação para esse tipo de edificação. O método aqui apresentado utiliza o modelo probabilista dos estados-limites e a expertise da equipe do ITEP que vem desenvolvendo trabalhos sobre o tema desde 1999. Palavras-chave: Alvenaria não estrutural; Reforçada em alvenaria; Análise técnica; Metodologia de avaliação; Laudo técnico. Abstract 83 Resistant masonry is a building technique which main feature is to use non-structural ceramic and concrete bricks to support loads beyond its own weight. More than five thousand residential building until four-storey were built in Recife Metropolitan Region using such technique and several collapsed spontaneously in last 25 years. Twelve others were demolished because it was not possible to execute retrofit works due to their fragility and a hundred of others buildings are not allowed the occupation. The paper analyzes the hole played by mortar coating on the behavior of small ceramic brick walls subjected to compressive loading. Walls made with several types, mixes and thickness of mortar coating were studied in order one could formulate the understanding of the influence of such factors. Additionally, the effect of using welded meshes anchored with steel connectors embedded in the mortar coating was also studied. Tests were performed in a servo-controlled machine to make possible to capture the complete behavior of the specimen during all loading process, including post-peak behavior. Obtained results showed a trend in increasing loading capacity of tested walls with the increase of mortar quality and thickness. It was also observed changes on the overall behavior of the walls when tested with welded meshes embedded in the mortar coating. Keywords: Masonry nonstructural; Reinforced masonry; Technical analysis; Evaluation methodology; Technical report. ITEP — Instituto de Tecnologia de Pernambuco – Av. Prof. Luiz Freire, 700 – Cidade Universitária CEP: 50740-540, Recife, PE/Brasil. PABX: (81) 3272-4399, FAX: (81) 3271-4744 2 Escola Politécnica de Pernambuco, Rua Benfica, 455, CEP: 50750–410, Recife, PE/Brasil. Email: [email protected] 1 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente 1 | Introdução Os acidentes com edifícios construídos em alvenaria resistente, relatados por OLIVEIRA&PIRES SOBRINHO (DAMSTRUC 2005), mostram a fragilidade desse tipo de edificação. Estudos realizados pelos autores PIRES SOBRINHO et al. (IBRACON 2009) concluíram que existem cerca de 5300 edifícios construídos em alvenaria resistente, nos cinco mais populosos municípios que constituem a Região Metropolitana do Recife(RMR). Destes, 233 apresentam grau de risco muito alto, segundo metodologia desenvolvida no ITEP, em PIRES SOBRINHO(ISSM 2008). 84 ao longo dos últimos 20 anos, no desenvolvimento de uma metodologia para caracterização e determinação de grau de risco em edifícios de alvenaria resistente, na participação do desenvolvimento de um projeto de pesquisa FINEP-HABITARE para desenvolvimento de modelos para recuperação de edifícios em alvenaria resistente, na participação do autor no desenvolvimento da Lei Estadual 13341(ALEPE 2009) e na participação/desenvolvimento de mais de 14 artigos em seminários nacionais e internacionais sobre o tema específico. A maioria desses artigos podem ser acessados em: http://www.itep.br/index.php?option=com_ content&view=article&id=1379&Itemid=676 2 | Metodologia para laudos Programas governamentais foram formatados para recuperar os edifícios avaliados com grau de risco e projetos de recuperação muito alto, estando em fase de licitação, o que coloca, 2.1 | Caracterização técnica na pauta de discussão, os modelos e as técnicas para das edificações investigação, visando ao desenvolvimento de projetos Os edifícios construídos em alvenaria resisde recuperação para esse tipo de edificação. tente necessitam ter uma caracterização técnica es Este artigo apresenta uma metodologia espe- pecífica, já que não seguem um padrão construtivo cífica e inédita para investigação e desenvolvimento definido. A figura 01 mostra, em croqui emblemáde laudos e de projeto de recuperação para esse tipo tico, os vários tipos de elementos e componentes de edificação, tendo como base expertise do ITEP, con- construtivos, encontrados nos edifícios investigasolidada na realização de investigações e no desenvol- dos pelo ITEP, na etapa de caracterização e definição vimento de laudos técnicos em mais 70 edifícios e pro- de grau de risco desse tipo de edifícios, na Região jetos de recuperação estrutural de outros 25 edifícios Metropolitana do Recife PIRES SOBRINHO (2009). Figura 01: Croqui emblemático de edifício em alvenaria resistente Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Revista Pernambucana de Tecnologia | Vol. 1, Nº 1 | Junho de 2013 Essa caracterização exige investigação do tipo e das características do embasamento (laje radier, alvenarias corridas, blocos/vigas, vigas TÊ invertidas e outras), tipo e características das alvenarias da superestrutura (altura, espessura, tipo de bloco, revestiFigura 02: Grandes Encontros Ambientais. mentos), tipo e características das lajes e estruturação das escadas, existência de pilaretes, vergas, contravergas e cintas de estruturação. A composição fotográfica apresentada na figura 02 mostra a utilização de trenas e furadeira nesse processo de investigação. Complementarmente, pode-se utilizar pacômetro com fins de identificar a presença de armadura nos elementos de concreto armado, como mostrado na figura 03. Figura 03: Inspeção de elementos estruturais de concreto armado com pacômetro 85 Consulta ao banco de dados gerados na etapa de caracterização e determinação de grau de risco potencial ao desabamento nos cinco municípios da região metropolitana do Recife poderá facilitar esse trabalho de caracterização. Há necessidade de se realizar um levantamento de documentações complementares, tais como: sondagens, projetos arquitetônico, estrutural e instalações, tendo como objetivo facilitar o processo investigativo e, na ausência destes, proceder ao levantamento arquitetônico e à realização de sondagens. Com base nessas informações, é possível desenvolver um plano de trabalho sistematizado para a condução dos trabalhos investigativos. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente 2.2 | Caracterização das alterações internas e externas e das manifestações patológicas existentes 86 tos forem em alvenaria, proceder à retirada de, no mínimo, seis prismas (amostras do embasamento com dimensões mínimas de 50cmx50cm) representativas do embasamento, verificação de Ampliar as informações obtidas no levanta- indicativos de degradação e desenvolvimento de mento documental e na ausência de plantas e proce- croquis elucidativos dos elementos da fundação. der a um levantamento arquitetônico da edificação. A A figura 04 mostra aspectos de retirada partir dessas informações, é possível iniciar as inves- de amostras e croqui de um embasamento em tigações das partes comuns do edifício e do interior de cada apartamento, objetivando identificar e carac- alvenaria. terizar as possíveis alterações internas (retirada ou A importância de avaliar a agressividacriação de paredes ou vedos) e identificar as mani- de das águas de subsolo aos elementos à base festações patológicas existentes. de cimento (argamassas, blocos pré-molda Levantar as possíveis causas que contribuí- dos e concretos) foi apresentado em PIRES ram para o aparecimento das manifestações patoló- SOBRINHO&MELO (ISSM 2002). Na alvenaria gicas identificadas, tais como: tipo e estado de con- em blocos cerâmicos, devem ser avaliados siservação dos revestimentos internos e das fachadas nais de degradação, manchas avermelhadas ou e coberta, estanqueidade e estado de conservação de partes amolecidas. Os efeitos degradantes em reservatórios, ascensão capilar, alterações internas componentes cerâmicos se devem à perda de ree ampliações, influência de raízes de árvores próxi- sistência por má calcinação do material e efeitos mas, tipo e estado de conservação do embasamento, da expansão por umidade MENESES et al. (rev. ausência de calçadas no contorno da edificação, exis- CERÂMICA 2006). tência e atividade de poços e cisternas, tipo e posicio Para a caracterização dos elementos das namento do sistema de esgotamento sanitário, etc. paredes da superestrutura, deve-se proceder à retirada de amostras representativas na forma de prismas de 50cmx50cm que envolvam blo2.3 | Investigação dos cos e argamassas, em quantidade não inferior elementos estruturais a seis, por tipo de alvenaria existente. Esse pro Investigação dos elementos de fundação cesso de retirada de prismas deve ser realizado com retirada de amostras representativas dos com equipamento de corte adequado, conforme tipos de embasamento. Se esses embasamen- apresentado na Figura 05. Figura 04: Aspectos da inspeção dos embasamentos da edificação Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Revista Pernambucana de Tecnologia | Vol. 1, Nº 1 | Junho de 2013 Figura 05: Procedimento de retirada de amostra da superestrutura 2.4 | Realização de ensaios 87 Ainda durante o processo de investigação e retirada de amostras, é possível realizar ensaios de determinação da resistência de aderência do revestimento das paredes de forma representativa e preferencialmente nas paredes que potencialmente recebem os maiores quinhões de carga das lajes. A figura 06 mostra aspectos do ensaio de aderência em paredes da edificação. Hoje se vive a era da normalização internacional, em que se criam padrões de normas para produção, industrialização e prestação de serviços. A história das normalizações iniciou-se com a criação International Electrotechnical Commission (IEC)6 , no início do século XX, tornando-se mais intensa a partir da criação da ISSO, em 1947, uma federação internacional formada por organismos de normalização internacionais. CAJAZEIRA & BARABIERE (2004:02). A ISO7 é uma organização com uma representatividade na questão da emissão de normas internacionais, envolvendo 148 países. Essa organização foi criada com o objetivo de coordenar e unificar os padrões técnicos, incluindo a normalização de padrões de gestão, com elevada repercussão sócio-econômica. Desde a sua criação até o ano de 2004, a ISO publicou mais de 13.700 normas internacionais, incluindo atividades tradicionais, como agricultura, construção, engenharia mecânica, dispositivos médicos, tecnologia da informação, etc. VALLS (2004:174). A partir de 1987, a ISO se adaptou por meio de pequenas modificações que serviram como base da BS 5750 8, adotada na Inglaterra, permitindo o acesso de produtos e serviços em outros países. O objetivo principal era garantir procedimentos uniformes e produtos/ serviços de boa qualidade e uma origem não duvidosa. Figura 06: Preparação e determinação da aderência de revestimentos às paredes Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Figura 7 - Aspectos de ensaio em CPs de alvenaria Fonte: Wasghinton Feitosa / 2010 2.5 | Análise da segurança estrutural 88 Na análise de segurança estrutural de uma edificação em alvenaria resistente, por esta não possuir norma específica, devem ser adotadas as recomendações da NBR 8681/2003 - Ações e segurança de estruturas-procedimento, associadas aos requisitos constantes nas normas NBR 6120 - Cargas nas edificações, NBR 15812/2010 - Alvenaria estrutural em blocos cerâmicos ou NBR 15961/2011 - Alvenaria estrutura em blocos de concreto. Nessa linha, utiliza-se o estado limite último na qual a análise de segurança é realizada, impondo-se a condição de que a solicitação de cálculo atuante na edificação (Sd) não supere as resistências de cálculo (Rd), segundo a expressão 1.1. Sd ≤ Rd Eq. 1.1 As solicitações atuantes (Sk) devem ser obtidas por meio da modelagem numérica, utilizando como insumos as características determinadas nos ensaios das amostras retiradas e as inferidas nos elementos levantados na edificação, além das sobrecargas de Norma. A esta deve ser aplicado um coeficiente de segurança (γf) recomendado por Norma. A NBR 8681/2003 recomenda para as cargas permanentes e variáveis γf =1,4 como situação mais desfavorável para edificações normais (sobrecarga maior que 5kN/m2).Considerando que a análise de segurança é aplicada a edificações existentes e que possuem até quatro pavimentos, podem ser desconsideradas ações oriundas de recalque, vento e outras ações na edificação. O valor representativo das resistências para esse tipo de análise deve considerar a resistência característica inferior, garantindo que apenas 5% das resistências das amostras sejam inferiores ao valor tomado como referência. Considerando um mínimo de seis amostras, é possível determinar a resistência característica dos prismas retirados, tanto da superestrutura quanto dos embasamentos pela metodologia. A expressão 1.3 apresenta a determinação da resistência característica estimada. fpk, est = 2 x fp(1) + fp(2) + ...fp(i-1) i-1 - fpi Eq. 1.3 Onde fpi representa a resistência à compressão das amostras e Sd = Sk * γ f fpk representa a resistência característica estimada. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Eq. 1.2 Revista Pernambucana de Tecnologia | Vol. 1, Nº 1 | Junho de 2013 89 A NBR 15812-2 considera que o valor de aderido até próximo da ruptura dos CPs e, nos tesfpk não deve ser inferior a Ф. fp1. tes de aderência, a média de 8/12 resultados superar 0,20 Mpa Para verificação no Estado Limite Último, a resistência de cálculo é obtida dividindo- Em todo caso, a verificação do atendimento do -se a resistência característica por um fator de requisito de pilar curto λ=h/t ≤ 24 deve ser atendida. ponderação γm. A NBR 8681 define esse fator como a combinação de três variabilidades, na Assim, a resistência de cálculo Rd para os forma γm = γ1 * γ2 * γ3 , onde: elementos da superestrutura é determinada pela expressão 1.5. • γ1 considera a variabilidade da resistência efetiva, transformando a resistência caEq. 1.5 Rd = fd . [ 1 - (λ/40)3] racterística num valor extremo de menor probabilidade de ocorrência; • γ2 considera as diferenças entre a resistência efetiva do material da estrutura e a resistência medida convencionalmente em corpos-de-prova padronizados; • γ3 considera as incertezas existentes na determinação das solicitações resistentes, seja em decorrência dos métodos construtivos, seja em virtude dos métodos de cálculo empre3 | Metodologia de gado. análise e reforço 3.1 | Análise dos resultados A determinação desses coeficientes de ponderação necessita de muitos estudos e ensaios. As duas normas de referência (NBR Para cada parede da superestrutura e 15812 e NBR 15961) convergem para o mesdo embasamento, a condição de estabilidade, mo coeficiente, estabelecendo o valor de γm em apresentada na equação 1.1, deve ser atendi2,0. da. Caso algum desses elementos não atenda essa condição, há necessidade de reforço A correlação entre a resistência de prisquanto à capacidade resistente. ma e a resistência da parede depende de alguns fatores, dentre eles a resistência dos blocos e O reforço para a elevação da capacidadas argamassas, variando, porém, em média, de resistente da superestrutura foi bastante em torno do valor de 0,7. estudado no desenvolvimento do projeto de pesquisa FINEP/HABITARE/MOREAR, OLI Com essas considerações, o valor da tenVEIRA (FINEP 2010). A metodologia de utisão resistente de cálculo fd é obtido pela exlização de reforço em telas de aço intertravapressão 1.4. das com conectores de aço mostrou eficácia comprovada em testes de laboratório, PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2009), sendo possí0,7 x fpk Eq. 1.4 fd = vel observar que o tipo de reforço recomen2,0 dado em projeto eleva em mais de 200% a resistência da alvenaria revestida. No cálculo da esbeltez, o revestimento aderido ou não deve considerar o comportamento da amostra nos ensaios de compressão e de aderência. Pode ser considerado aderido, quando, nos ensaios de compressão, o revestimento permanecer A figura 08 mostra aspectos da execução de experimentos do reforço, utilizando-se telas de aço intertravadas com conectores e recobertos com argamassa, destinadas às paredes da superestrutura. Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Figura 8 - Procedimento de reforço com tela argamassada, intertravada em paredes Esse tipo de reforço, além de elevar, sobremaneira, a capacidade resistente da parede, promove modificação do tipo de ruptura, transformando a ruptura brusca, sem aviso, para a ruptura quase dúctil. cantoneiras de aço (2”x2”x5/16”) intertravadas com conjuntos parafusos-porca funcionando como conectores, aplicadas nos encontros de paredes. Resultados estão apresentados no artigo de PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2010). Outro tipo de reforço também estudado no A figura 09 mostra o procedimento de execução projeto para a superestrutura foi a utilização de desse tipo de reforço. 90 Figura 9 - Procedimento de reforço com cantoneira intertravada Esse tipo de reforço poderá ser utilizado tanto passado entre pavimentos, VG quanto para propiciar para absorver parte das cargas atuantes e modificar a apenas a forma de ruína, se utilizado como quadro informa de ruína da superestrutura, se utilizado trans- terno, sem transpassamento (Ver figura 10). Figura 10 - Tipos de reforço com cantoneiras intertravadas Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Revista Pernambucana de Tecnologia | Vol. 1, Nº 1 | Junho de 2013 Para os embasamentos, estudos realizados no âmbito do Projeto FINEP/HABITARE/MOREAR avaliaram dois tipos de reforço, considerando o envelopamento das alvenarias do embasamento com placa concreto, uma com a utilização de cinta superior contínua, intertravada e outra, apenas com intertravamento discreto. Esses tipos de reforço em espécimes de embasamento em alvenaria contínua sobre sapata em viga TÊ invertida, apresentados na figura 11, foram testados em laboratório, e seus resultados estão apresentados no artigo de PIRES SOBRINHO et al. (CINPAR 2010). A utilização desse tipo de reforço não só pode ser dimensionada para elevar a capacidade resistente do embasamento como também para proteger seus componentes (blocos e argamassa) da ação de águas agressivas, algumas vezes presentes no solo de fundação. Figura 11 - Tipos de reforço em embasamento de alvenaria contínua 91 Revista Pernambucana de Tecnologia, Recife, v. 1, n. 1, p. 83–92, jun, 2013 Proposta de metodologia para a elaboração de laudos e projetos de recuperação estrutural de edifícios em alvenaria resistente Referências OLIVEIRA, R.A e PIRES SOBRINHO, C.W.A. Acidentes com Prédios em Alvenaria Resistente na Região Metropolitana do Recife. Anais do 4th International Conference on the Behavior of Damaged Structure. João Pessoa, PB, BR, 2005. PIRES SOBRINHO, C.W.A; TAVARES, S.A; SILVA, C.G.V; SANTANA, E.C; ANTUNES, S. Caracterização de Grau de Risco ao Desabamento para edificações em Alvenaria Resistente na Região Metropolitana do Recife. 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