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Introdução

O recuperador térmico de areia foi desenvolvido para as fundições “no-bake” (processo areia resina) com o objetivo de eliminar todo o resíduo de resina. O equipamento visa reduzir os custos provenientes com a compra de areia nova, frete, descarte da areia utilizada no processo e reduzindo indiretamente o passivo ambiental gerado pelas fundições no descarte de areia.

Controle de areia em fundições

Para manter o padrão de qualidade, toda fundição possui um minucioso controle dos parâmetros da areia.

É necessário controlá-los rigorosamente para garantir qualidade e evitar possíveis problemas com as peças fundidas.

Tais parâmetros estão especificados na tabela abaixo:

Parâmetro Sigla
UmidadeUmidade
Granulometria média (módulo)AFS
Forma do grãoArredondados, Subangulares e Angulares
EstruturaCompactos, Fissurados e Agrupados
Perda ao fogoPPC ou PI
AcidezpH
Demanda ácidaADV
Teor de finosFinos

Cada parâmetro relacionado acima é de fundamental importância no processo de moldagem e influencia diretamente nas características do molde, havendo a possibilidade de variação de suas configurações, conforme:

  1. Vida de banca;
  2. Resistência do molde;
  3. Acabamento de peça;
  4. Consumo de resina e de catalisador na moldagem;

A medição destes parâmetros é realizada frequentemente por profissionais qualificados e com experiência laboratorial, as amostras são coletadas em diversos estágios do processo e os ensaios são realizados de acordo com as normas laboratoriais.  

Os pontos de coleta para análise iniciam-se no recebimento de areia nova, garantindo sua qualidade para ser adicionada ao sistema. As amostras são coletadas na área de moldagem, para garantir a eficiência da mistura e testar a resistência dos moldes, e por fim, a qualidade da areia recuperada mecanicamente dentro da fundição é testada, certificando que a areia está com os parâmetros adequados para retornar para o sistema de moldagem.

Recuperação mecânica de areia

O processo de recuperação mecânica de areia é o mais utilizado pelas fundições brasileiras, já que possui baixo custo operacional e baixo custo de investimento.

Este sistema consiste em um conjunto de equipamentos, cujos moldes ou “torrões de areia” são processados. Normalmente utilizam-se equipamentos vibratórios para o processo

de destorroamento. Nesta etapa, além de transformar os torrões em areia, também é possível remover os finos existentes na areia com o uso de um sistema de exaustão, onde o pó é enviado para um filtro de mangas e o ar limpo retorna para o ambiente sem contaminação. No processo de destorroamento é possível remover partículas metálicas e selecionar, através de peneiras com malhas diferentes, a areia do refugo (descarte).

Este processo também possibilita a retirada de parte da resina restante do processo de moldagem, devido ao atrito entre os grãos.

Este processo de recuperação contribui diretamente para a redução de custos de uma fundição. Causada pela diminuição do consumo de areia nova na moldagem, e diminuição do montante de areia descartada mensalmente.
A redução do consumo de areia nova se dá através do uso da areia recuperada no sistema de moldagem, em proporções que podem variar de 0% a 100% de areia recuperada.
O grande fator levado em consideração para o sistema de recuperação é a quantidade de resina aglomerada no grão, chamado de perda por calcinação (PPC).

Mobirise

O sistema, quando em funcionamento, trabalha como um circuito fechado, onde há o descarte de finos (que gira normalmente em torno de 3% a 10% sobre peso da areia), e o sistema possui eficiência em retirar de 40% até 70% da resina aglomerada no grão.
Na imagem ao lado é possível notar o residual de resina aglomerado mesmo após a recuperação mecânica de areia. 




Considerando a existência do descarte de finos, é inevitável a inclusão de areia nova no circuito, isso acontece para manter o volume de areia no sistema. No entanto, como o recuperador mecânico não é capaz de remover toda a resina aglomerada nos grãos, o PPC aumenta de forma gradativa e constante de acordo com o número de passagens da areia pelo recuperador mecânico, como segue no gráfico ao lado. 


Mobirise


Mobirise

Com o aumento gradativo do PPC há um momento em que o sistema precisa ser abastecido, visando regularizar os parâmetros da areia e, em alguns casos alimentar a macharia com areia nova.
Segue ao lado um diagrama de balanço de areia que retrata esta situação. 

A adição de areia nova no circuito acima gira em torno de 37%, o que significa descarte de 37 toneladas e compra de 37 toneladas para manter o balanço do sistema.


Recuperação térmica de areia

O processo de recuperação térmica (também conhecido como “calcinação”), apesar de existente no mercado há muitos anos, ainda é pouco conhecido no Brasil. É o processo mais eficiente na remoção da resina aglomerada em grãos de areia. O funcionamento do equipamento baseia-se em provocar a queima da resina aglomerada, acontecendo entre as temperaturas de 640°C e 800°C. A areia deve permanecer dentro do recuperador durante um período de 15 minutos, garantindo a queima total da resina residual. Os equipamentos podem funcionar com gás GLP ou gás Natural.

Com baixo custo, a areia proveniente de fundições “no-bake” após passar pelo equipamento de recuperação térmica volta a possuir características de areia nova, com a vantagem de possuir grãos mais uniformes e já expandidos.

Na imagem abaixo é possível notar a eficiência do equipamento.


Mobirise

Com a inclusão do recuperador térmico em uma fundição, é possível reduzir o volume de areia nova a ser adicionado no sistema, como segue no balanço de areia abaixo:


Mobirise

Como é possível notar no exemplo acima, o recuperador térmico foi adicionado no sistema para reduzir o consumo de areia nova e processar a areia recuperada mecanicamente.

Apesar do consumo de areia nova ainda existir, o volume se torna inferior ao adicionado no processo de recuperação de areia mecânica. A adição de areia nova agora é utilizada somente para repor os finos que foram extraídos durante o processo de recuperação.

Conclusão

Em alguns casos, as fundições estão localizadas em locais distantes das fontes de matéria prima (areia nova) e do descarte (aterros controlados), com isso, o valor inerente sobre os fretes se tornam elevados, e os custos operacionais se elevam nesta mesma proporção.

Em alguns desses casos, o investimento com a instalação de sistemas de recuperação térmica trazem um retorno satisfatório em até 1,5 anos (um ano e meio), pois é possível eliminar grande parte da compra de areia nova, o descarte de areia em aterros controlados e os custos com transportes desse material. Algumas fundições, através da nova norma em conjunto com o órgão ambiental já estão construindo seus próprios aterros controlados, reduzindo diretamente o custo com descarte, mas mantendo o passivo ambiental sob suas responsabilidades e mantendo os custos de aquisição de areia nova. 
Os equipamentos já estão sendo vendidos no Brasil por diversas empresas. Podem ser encontrados com capacidades de 250 kg/h até 12.000 kg/h. Totalmente automático, não sendo necessário o uso de operador em alguns desses sistemas.

  • BEELEY, Peter. Foundry Technology. Butterworth-Heinemann, 2001.
  • BROWN, John R. Foseco Ferrous Foundryman´s Handbook. Butterworth-Heinemann, 2000.
  • BROWN, John R. Foseco Non-Ferrous Foundryman´s Handbook. Butterworth-Heinemann, 1999.

Autor

Luís Renato de Souza

Discente do 10º período do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista, Campus Ribeirão Preto.
luisrenato_s@hotmail.com