tese ricardo

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

INSTITUTO DE ENGENHARIA MECNICA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MECNICA

TESE DE DOUTORADO

Otimizao no Co-processamento de Resduos na Indstria do Cimento Envolvendo Custos, Qualidade

e Impacto Ambiental

Autor: Ricardo Carrasco Carpio

Orientador: Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva

Co-Orientador: Prof. Dr. Ariosto Bretanha Jorge

Itajub, Novembro de 2005




TESE DE DOUTORADO


e Impacto Ambiental




Curso: Doutorado em Engenharia Mecnica

rea de Concentrao: Converso de Energia

Tese submetida ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mecnica como parte

dos requisitos para obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia Mecnica.

Itajub, Novembro de 2005

MG Brasil




TESE DE DOUTORADO


e Impacto Ambiental




Composio da Banca Examinadora:

Prof. Dr. Jos Antnio Perrella Balestieri - FEG/UNESP

Prof. Dr. Leandro dos Santos Coelho PUC-PR

Prof. Dr. Sebastio Varella - IEM/UNIFEI

Prof. Dr. Gensio Jos Menon - IEM/UNIFEI

Prof. Dr. Nelson Manzanares Filho - IEM/UNIFEI

Prof. Dr. Ariosto Bretanha Jorge - IEM/UNIFEI (Co-Orientador)

Prof. Dr. Rogrio Jos da Silva - IEM/UNIFEI (Orientador)

Dedicatria

Dedico este trabalho a minha me (in memoriam).

Agradecimentos

A realizao de uma tese de doutorado apia-se em teorias, idias e tcnicas que so

aprendidas durante a formao para poder assim aprofundar no conhecimento de aspectos

pouco conhecidos e desenvolver, no melhor dos casos, novas metodologias. difcil avaliar

quanto tem realmente de aporte pessoal no resultado do trabalho. Mas sem dvida o mais

genuinamente prprio o esforo e dedicao investidos na realizao da tese. No entanto,

esse esforo e dedicao so compartilhados por todas aquelas pessoas que direta ou

indiretamente tm me apoiado durante estes anos.

Nesse sentido agradeo:

Universidade Federal de Itajub, pela oportunidade da realizao deste trabalho.

A toda minha famlia pelo incentivo e apoio minha deciso, pela palavra de nimo e

estimulo que muitas vezes foi o principal reforo para a realizao deste trabalho.

Aos professores Rogrio Jos da Silva e Ariosto Bretanha Jorge, pela atenciosa ajuda e

incentivo, transmitindo conhecimentos ao longo deste trabalho e apoiando sempre o

desenvolvimento desta tese de Doutorado.

Aos amigos Benjamim, Carlos, Ramiro, Francisco, Aldo e aos meus amigos

estrangeiros e brasileiros, pelo companheirismo e amizade durante esta jornada. Ao meu

amigo e colega Leandro Coelho pela ajuda na realizao deste trabalho. E a Vernica por sua

pacincia e compreenso.

Aos funcionrios da PRPPG, do DRA e da BIM pela ateno dispensada durante todo o

curso.

CAPES pelo apoio financeiro.

Meus sinceros agradecimentos

Ricardo Carrasco Carpio

Embora ningum possa voltar atrs

e fazer um novo comeo,

qualquer um pode comear agora

e fazer um novo fim

(Chico Xavier)

Resumo

CARPIO, R. C. (2005), Otimizao no Co-processamento de Resduos na Indstria do

Cimento Envolvendo Custos, Qualidade e Impacto Ambiental, Itajub, 194p. Tese

(Doutorado em Engenharia Mecnica) - Instituto de Engenharia Mecnica,

Universidade Federal de Itajub.

Esta tese apresenta um modelo de otimizao para o uso de resduos industriais como

combustveis alternativos considerando restries de qualidade, consumo especfico de calor,

emisses de poluentes, entre outras. O modelo leva em considerao os custos de matria-

prima, de combustveis e um outro fator importante que o custo do consumo de energia

eltrica requerida para moagem. Na modelagem foram utilizadas duas tcnicas de otimizao:

(i) a determinstica, atravs do mtodo de Programao Seqencial Quadrtica (SQP) em

combinao com o mtodo de Monte Carlo e (ii) as heursticas, atravs do Algoritmo

Gentico (AG) e Evoluo Diferencial (ED) aplicando funes de penalizao para validar os

resultados obtidos. Dos algoritmos utilizados, os Algoritmos Genticos no mostraram uma

soluo satisfatria, apresentando problemas de convergncia devido necessidade de

satisfazer todas as restries impostas. J para a SQP e a ED, os resultados foram satisfatrios

com uma pequena diferena entre os valores timos obtidos. O mtodo de ED demandou um

maior tempo computacional quando comparado com a SQP devido ao grande nmero de

avaliaes da funo objetivo, caracterstica inerente a ED. Os resultados obtidos atravs da

modelagem mostraram-se satisfatrios, sendo possvel calcular os nveis de substituio do

combustvel primrio pelo combustvel alternativo derivado dos resduos industriais, levando-

se em conta os limites aceitveis de emisses de poluentes, as normas de qualidade do

cimento assim como outros parmetros especficos da indstria de cimento.

Palavras Chave

Otimizao, Programao Sequencial Quadrtica, Algoritmo Gentico, Evoluo

Diferencial, Custos, Impacto Ambiental, Co-processamento de Resduos Industriais, Indstria

de Cimento.

Abstract

CARPIO, R. C. (2005), Optimization in the Co-Processing of Waste in the Cement Industry

Comprising Cost, Quality and Environmental Impact, Itajub, 194p. PhD. Thesis -

Instituto de Engenharia Mecnica, Universidade Federal de Itajub.

This PhD thesis presents an optimization model for the use of industrial waste as alternative

fuels taking into account targets such as quality, specific heat consumption, and pollutant

emissions constraints, among others. The model takes into account the raw material and fuel

cost, and also the electric power consumption cost requested for grinding which is another

important factor. In the modeling, two optimization techniques were used: (i) the

deterministic approach, through the Quadratic Sequential Programming (SQP) method in a

combination with Monte Carlos method and (ii) the heuristic approach, through the Genetic

Algorithm (GA) and Differential Evolution (DE) techniques applying penalty functions in

order to validate the obtained results. Among the employed algorithms, the GAs didn't show a

satisfactory solution, presenting convergence problems due to the need of satisfying all the

imposed restrictions. On the other hand, for the SQP and the DE algorithms, the results were

satisfactory with a small difference between the obtained optimum values. The DE method

demanded a larger computational time when compared with the SQP due to the great number

of objective function evaluations, an inherent characteristic of the DE. The results obtained

from the modelling were quite satisfactory, being possible to evaluate the levels of

substitution of the primary fuel for the alternative fuel derived from the industrial wastes,

taking into account the acceptable limits of pollutant emissions, the cement quality standards

as well as others parameters specific which are for the cement industry.

Keywords

Optimization, Sequential Quadratic Programming, Genetic Algorithms, Differential

Evoluton, Cost, Environmental Impact, Co-processing of Industrial Wastes, Cement Industry.

Universidade Federal de Itajub i

Sumrio

SUMRIO .......................................................................................................................... I

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................ IV

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................ VIII

SIMBOLOGIA ....................................................................................................................... XI

CAPTULO 1 INTRODUO ...............................................................................................1

1.1 Objetivos.....................................................................................................................6

1.2 Contribuio do Trabalho...........................................................................................7

1.3 Organizao do Trabalho............................................................................................7

CAPTULO 2 CARACTERISTICAS E PROCESSOS DE FABRICAO DO

CIMENTO.......................................................................................................9

2.1 Introduo...................................................................................................................9

2.2 Caractersticas e Propriedades do Cimento Portland..................................................9

2.2.1 Qualidade e Tipos de Cimentos Fabricados no Brasil..............................................11

2.2.2 Propriedades e Caractersticas Fsico-Qumicas do Cimento Portland ....................14

2.3 Processo da Fabricao do Cimento.........................................................................18

2.3.1 Reaes na Formao do Clnquer ...........................................................................26

2.3.2 Mdulos de Controle da Mistura ..............................................................................32

2.3.3 Composio Tpica dos Cimentos ............................................................................34

2.3.4 Constituio Mineralgica e Caractersticas do Clnquer ........................................36

CAPTULO 3 QUALIDADE NA INDSTRIA DO CIMENTO......................................38

3.1 Introduo.................................................................................................................38

Universidade Federal de Itajub ii

3.2 Efeitos da Composio do Clnquer e Superfcie Especfica na Resistncia do

Cimento ....................................................................................................................38

3.2.1 Efeito da Composio Qumica do Clnquer na Moagem e no Consumo de

Eletricidade...............................................................................................................45

3.2.2 Moagem do Cimento com Multicomponentes .........................................................48

3.3 Influncia dos Metais Pesados..................................................................................50

3.3.1 Comportamento dos Metais Pesados no Processo de Fabricao de Cimento.........50

3.3.2 Efeitos dos Metais Pesados na Estrutura do Clnquer e nas Propriedades do Cimento

..........................................................................................................................52

3.4 Influncia dos Mineralizadores ................................................................................56

CAPTULO 4 COMBUSTIVEIS NA INDSTRIA DO CIMENTO ................................61

4.1 Introduo.................................................................................................................61

4.2 Combustveis Convencionais na Indstria do Cimento............................................64

4.2.1 Carvo Mineral .........................................................................................................64

4.2.2 Coque de Petrleo.....................................................................................................67

4.3 Combustveis Alternativos na Indstria do Cimento................................................70

4.3.1 Classificao dos Resduos Segundo a Norma Brasileira ........................................70

4.3.2 Mudanas Prioritrias Quando se Queimam Combustveis Alternativos ................71

4.3.3 Borra Oleosa (leo Lubrificante Usado)..................................................................72

4.3.4 Pneus.........................................................................................................................74

4.3.5 Combustveis Alternativos da Agroindstria ...........................................................76

4.4 Resduos Perigosos ...................................................................................................78

CAPTULO 5 EMISSO DE POLUENTES ATMOSFRICOS NA INDSTRIA DO

CIMENTO.....................................................................................................81

5.1 Introduo.................................................................................................................81

5.2 Efeitos das Emisses de Poluentes ...........................................................................82

5.2.1 Efeito Global ............................................................................................................82

5.2.2 Efeito Regional .........................................................................................................83

5.2.3 Efeito Local ..............................................................................................................85

5.3 Anlises das Emisses de Poluentes.........................................................................85

5.3.1 Emisses de CO2 ......................................................................................................86

5.3.2 Emisses de SO2.......................................................................................................88

5.3.3 Emisses de NOx ......................................................................................................92

Universidade Federal de Itajub iii

5.3.4 Emisses de P .........................................................................................................96

5.3.5 Outras Emisses (Metais Pesados) ...........................................................................96

CAPTULO 6 OTIMIZAO NA INDSTRIA DO CIMENTO .................................102

6.1 Introduo...............................................................................................................102

6.2 Problema Geral de Otimizao...............................................................................103

6.3 Uma Forma de Classificao dos Mtodos ............................................................104

6.4 Tcnicas de Otimizao Utilizadas no Trabalho ....................................................105

6.4.1 Programao Sequencial Quadrtica (SQP) ...........................................................106

6.4.2 Algoritmo Gentico (AG).......................................................................................107

6.4.3 Simulao de Monte Carlo (MC) ...........................................................................110

6.4.4 Evoluo Diferencial (ED) .....................................................................................111

CAPTULO 7 MODELO DE OTIMIZAO NA INDSTRIA DO CIMENTO .......115

7.1 Introduo...............................................................................................................115

7.2 Construo do Modelo da Mistura das Matrias-Primas e Combustveis..............120

7.3 Construo do Modelo da Mistura da Superfcie Especfica quando so

Considerados outros Componentes Durante a Fase de Moagem ...........................128

7.4 Exemplo de Clculo ...............................................................................................131

7.5 Validao dos resultados ........................................................................................145

CAPTULO 8 CONCLUSES E RECOMENDAES .................................................148

8.1 Concluses..............................................................................................................148

8.2 Recomendaes para Trabalhos Futuros ................................................................150

APNDICE I CLCULO DA VAZO DOS GASES DA COMBUSTO PARA UM

PROCESSO DE VA SECA E DAS CONCENTRAES DOS METAIS

PESADOS NOS COMBUSTVEIS ..........................................................152

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...............................................................................161

Universidade Federal de Itajub iv

Lista de Figuras

Figura 2.1 Etapas do processo de fabricao do cimento Portland. ......................................... 10

Figura 2.2 Agulha de Le Chatelier .......................................................................................... 17

Figura 2.3 Identificao das etapas de fabricao do cimento . ............................................... 21

Figura 2.4 Esquema de um forno de via mida com resfriador de grelhas . ............................ 23

Figura 2.5 Esquema de uma instalao de um forno rotativo com pr-aquecedor de 4

estgios . .............................................................................................................. 24

Figura 2.6 Esquema de uma instalao de um forno rotativo com pr-calcinador e

resfriador de grelhas . .......................................................................................... 24

Figura 2.7 Relao da energia requerida versus a superfcie especifica . ................................ 26

Figura 2.8 Identificao das diferentes zonas para um processo de via mida . ...................... 28

Figura 2.9 Identificao das diferentes zonas para um processo de via seca . ......................... 30

Figura 2.10 Efeitos do mdulo de slica na clinquerizao...................................................... 33

Figura 2.11 Efeitos do mdulo de alumina na clinquerizao. ................................................ 33

Figura 3.1 Resistncia compresso do cimento medida e calculada . ................................... 40

Figura 3.2 FCH versus. Resistncia aos 28 dias ...................................................................... 41

Figura 3.3 Resistncia medida versus calculada aos 3 dias ..................................................... 42

Figura 3.4 Resistncia medida versus calculada aos 7 dias ..................................................... 42

Figura 3.5 Resistncia medida versus calculada aos 28 dias ................................................... 42

Figura 3.6 Efeito do SO3 e C3S na resistncia do cimento ...................................................... 44

Universidade Federal de Itajub v

Figura 3.7 Efeito do C3S e superfcie especifica (Blaine) na resistncia do cimento .............. 44

Figura 3.8 Efeito do SO3 e C3A na resistncia do cimento ..................................................... 45

Figura 3.9 Efeito do SO3 e C2S na resistncia do cimento ...................................................... 45

Figura 3.10 Relao entre o mdulo de slica e a energia requerida na moagem para

uma superfcie especfica. ................................................................................... 47

Figura 3.11 Relao entre o mdulo de alumina e a energia requerida na moagem

para uma superfcie especfica. ........................................................................... 47

Figura 3.12 Relao entre o total de lcalis e a energia requerida na moagem para

uma superfcie especfica. ................................................................................... 48

Figura 3.13 Processo simplificado da indstria de cimento. .................................................... 51

Figura 3.14 Porcentagem de cal livre a diferentes temperaturas para uma mistura com

e sem mineralizadores . ....................................................................................... 58

Figura 3.15 Relao entre o contedo a cal livre e a temperatura de queima da

mistura com mineralizadores . ............................................................................ 58

Figura 4.1 Combustveis utilizados na indstria do cimento. .................................................. 62

Figura 4.2 Consumo de energia em porcentagem no Setor Cimento Brasileiro

1987/2002 ........................................................................................................... 63

Figura 4.3 Classificao do Carvo Mineral. ........................................................................... 65

Figura 4.4 Gerao Global de Eletricidade em 2000 .............................................................. 65

Figura 4.5 Consumo Global de Energia em 2000 ................................................................... 66

Figura 4.6 Mercado do coque verde de petrleo no mundo em 1999 ..................................... 69

Figura 4.7 Recuperao de Material dos Pneus Usados . ......................................................... 75

Figura 4.8 Pneu radial de automvel . ...................................................................................... 76

Figura 5.1 Mecanismo do aquecimento global ........................................................................ 83

Figura 5.2 Mecanismo da acidificao, com efeito, atravs da chuva cida. ........................... 84

Figura 5.3 Emisses de CO2 em funo dos combustveis utilizados durante a

fabricao do cimento ........................................................................................ 87

Figura 5.4 Fluxograma para calcular as emisses de CO2 da matria-prima. .......................... 88

Universidade Federal de Itajub vi

Figura 5.5 Mecanismo de formao do SO2 ............................................................................ 89

Figura 5.6 Mecanismo de formao do NOx . ......................................................................... 93

Figura 6.1 Tcnicas de Otimizao. ....................................................................................... 104

Figura 6.2 Problema de otimizao com restries no lineares e restries lineares. .......... 106

Figura 6.3 Problema com funo objetivo quadrtica e restries lineares e funo

objetivo linear com restries lineares. ............................................................. 107

Figura 6.4. Esquema de um cromossomo .............................................................................. 108

Figura 6.5 Ciclo do Algoritmo Gentico. ............................................................................... 109

Figura 6.6 Processo de Cruzamento para D = 7 parmetros. ................................................. 113

Figura 6.7 Exemplo de como funciona a ED para uma funo simples................................. 114

Figura 7.1 Entrada de dados da planta e nmero de iteraes................................................ 132

Figura 7.2 Dados de entrada dos custos das matrias-primas e combustveis. ...................... 133

Figura 7.3 Dados de entrada da matria-prima 1 e metais pesados........................................ 134




Figura 7.7 Dados de entrada do combustvel 1 e metais pesados........................................... 136



Figura 7.10 Restries dos xidos, mdulos da mistura e metais pesados. ........................... 138

Figura 7.11 Resultado do custo do clnquer, emisses e consumo de combustvel. .............. 139

Figura 7.12 Resultado da composio dos xidos clnquer e mdulos de controle da

mistura. .............................................................................................................. 139

Figura 7.13 Volume dos gases emitidos durante o processo de combusto........................... 140

Figura 7.14 Mistura tima das matrias-primas e combustveis. ........................................... 141

Figura 7.15 Concentrao dos principais metais pesados do combustvel 1.......................... 142


Universidade Federal de Itajub vii


Figura 7.18 Resistncia compresso da pasta de cimento. .................................................. 144

Figura 7.19 Temperatura adibtica da Chama........................................................................ 144

Figura 7.20 Principais parmetros de controle do ED............................................................ 146

Universidade Federal de Itajub viii

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Principais tipos de cimentos Portland normalizados no Brasil............................... 15

Tabela 2.2 Caractersticas fsicas e mecnicas. ........................................................................ 16

Tabela 2.3 Limites mximos dos componentes qumicos. ....................................................... 18

Tabela 2.4 Caractersticas dos tipos de processo em fornos rotativos ..................................... 25

Tabela 2.5 Composio qumica das matrias-primas ............................................................ 27

Tabela 2.6 Componentes e constituintes do clnquer. .............................................................. 27

Tabela 2.7 Temperatura de reao dos compostos do clnquer. ............................................... 31

Tabela 2.8 Efeitos do FSC na farinha e no clnquer................................................................. 34

Tabela 2.9 Composio qumica mineralgica do cimento Portland . ..................................... 35

Tabela 2.10 Composio tpica dos compostos do clnquer .................................................... 35

Tabela 3.1 Variveis utilizadas na anlise de sensibilidade .................................................... 43

Tabela 3.2 Relao entre os parmetros qumicos e as constantes A e B ................................ 46

Tabela 3.3 Influncia da porcentagem dos componentes do cimento na obteno da

superfcie especfica . .......................................................................................... 49

Tabela 3.4 Limites dos componentes do cimento e superfcie especfica. ............................... 50

Tabela 3.5 Concentrao de metais pesados no cimento ......................................................... 53

Tabela 3.6 Efeitos dos metais no processo de clinquerizao ................................................. 56

Universidade Federal de Itajub ix

Tabela 3.7 Efeitos dos metais nas propriedades do cimento ................................................... 57

Tabela 4.1 Consumo de Combustvel em tonelada equivalente de petrleo (103 tEP)

no Setor Cimenteiro Brasileiro 1986/2002 ...................................................... 63

Tabela 4.2 Consumo de Combustvel em porcentagem no Setor Cimenteiro

Brasileiro 1986/2002 ....................................................................................... 63

Tabela 4.3 Principais Caractersticas dos Carves Brasileiros ................................................ 66

Tabela 4.4 Componentes das cinzas em amostras de carvo mineral . .................................... 67

Tabela 4.5 Anlise das cinzas do carvo Vapor do Leo ..................................................... 67

Tabela 4.6 Caractersticas do Coque verde de Petrleo da RPBC .......................................... 69

Tabela 4.7 Comparao do valor do calor disponvel a 700 oC para diferentes

combustveis ....................................................................................................... 72

Tabela 4.8 Composio qumica mdia de um pneu. ............................................................... 76

Tabela 4.9 Caractersticas de alguns resduos agrcolas .......................................................... 77

Tabela 4.10 Anlise da composio das cinzas de casca de arroz, carvo e coque . ............... 78

Tabela 4.11 Resduos perigosos gerados por algumas indstrias selecionadas . .................... 80

Tabela 5.1 Categoria do efeito ou impacto das emisses na indstria do cimento . ................ 82

Tabela 5.2 Formao e remoo do SO2 na zona de moagem e diferentes zonas do

forno ................................................................................................................... 92

Tabela 5.3 Emisses de SO2. .................................................................................................... 92

Tabela 5.4 Emisses de NOx ................................................................................................... 95

Tabela 5.5 Emisses de p para a atmosfera. ........................................................................... 96

Tabela 5.6 Riscos a sade devido s emisses na indstria de cimento................................... 97

Tabela 5.7 Efeitos dos metais na sade humana . .................................................................... 97

Tabela 5.8 Utilizao e fontes dos metais (elementos traos) ................................................. 98

Tabela 5.9 Porcentagem de reteno de metais pesados no clnquer e CKD......................... 100

Tabela 5.10 Limites Mximos de Emisso ............................................................................ 100

Tabela 5.11 Faixa de emisses nas indstrias de cimento europias . ................................... 101

Universidade Federal de Itajub x

Tabela 7.1 Composio qumica das matrias-primas do cru . .............................................. 120

Tabela 7.2 Composio dos combustveis primrios e alternativos utilizados. ..................... 121

Tabela 7.3 Limites do contedo do material e superfcie especfica...................................... 129

Tabela 7.4 Resultado da otimizao da funo objetivo, para diferentes valores do

fator de mutao (F) com a ED . ....................................................................... 145

Tabela 7.5 Resultado da otimizao do valor da funo objetivo, usando diferentes

mtodos de otimizao . .................................................................................... 146

Tabela 7.6 Resumo dos resultados de otimizao ................................................................. 147

Universidade Federal de Itajub xi

Simbologia

Smbolos Latinos

Smbolo Descrio Equao Pgina

A, B constantes que dependem da composio qumica 3.8 46

C porcentagem de cada componente 3.9 49

Ci coeficiente imposta para a violao de i-sima restrio 6.3 110

CR constante de cruzamento 6.7 113

D nmero de dimenses 6.7 113

F constante de mutao 6.5 112

FCH caracterstica qumica do cimento 3.4 41

NP tamanho da populao 6.4 112

p energia requerida 7.1 122

P energia consumida 3.8 46

ip custos das matrias-primas 7.1 122

R resistncia compresso 3.1 39

R2 coeficiente de determinao mltipla 3.5 41

S superfcie especfica (Blaine) 3.8 46

SD desvio padro 3.5 41

Sq vetor direo de busca no espao de projeto 6.1 107

Sw granulometria (superfcie) especfica 3.1 39

uji,G+1 vetor teste 6.6 112

vi,G+1 vetor mutante 6.5 112

Xo variveis do projeto 6.1 107

Universidade Federal de Itajub xii

x variveis do modelo 7.1 122

XAl2O3 porcentagem de xido de alumnio 2.5 35

XCaO porcentagem de xido de cal 2.5 35

XFe2O3 porcentagem de xido de ferro 2.5 35

xi,G vetor de gerao D-dimensional 6.4 112

XSiO2 porcentagem de xido de silcio 2.5 35

XSO3 porcentagem de tri-xido de enxofre 2.5 35

Smbolos Gregos


* escalar que define o passo 6.4 107 i valor da restrio i 6.3 110

ndices


3D trs dias 3.1 39

7D sete dias 3.2 39

28D vinte oito dias 3.3 39

K clnquer 3.9 49

Z pozolna 3.10 49

S escria 3.11 49

C cinzas volantes 3.12 49

q representa o nmero de iteraes 6.1 107

q-1 representa o nmero de iteraes menos um 6.1 107

321 r,r,r nmeros aleatrios 6.5 112

CAPTULO 1

INTRODUO

Ao longo das ltimas dcadas, o campo da otimizao vem apresentando uma maior

aplicao nas mais variadas reas das cincias. Um problema de otimizao tem a finalidade

de maximizar (ou minimizar) um determinado critrio (custo, lucro, tempo, emisses, etc),

sendo que as restries impostas levam a uma soluo dentro dos parmetros fixados, que seja

a melhor possvel.

Na indstria de cimento, a maioria de trabalhos que utilizam as mais variadas tcnicas

de otimizao est direcionada para estimar o desenvolvimento da resistncia do cimento ao

longo do tempo. Simuladores de plantas de cimento como ferramenta de treinamento tambm

so utilizadas por algumas indstrias.

Atualmente, a indstria de cimento tem procurado solues no que diz respeito aos

combustveis utilizados para a fabricao do clnquer1, eletricidade consumida no processo

de produo, ao controle das emisses de poluentes, a utilizao de adies ativas, e tudo isto,

sem perder a qualidade de seu principal produto final, que o cimento. Estas solues devem

atender aos requisitos de qualidade do produto s restries ambientais e permitir alcanar um

menor custo final de produo.

Com a finalidade de melhorar o processo e reduzir o impacto ambiental, sem perder a

qualidade, possvel utilizar tcnicas de otimizao visando determinar a melhor

configurao do sistema, melhorando ainda mais a eficincia da produo e possibilitando

menores custos. As tcnicas de otimizao tm como vantagens diminuir o tempo dedicado ao

projeto, possibilitando o tratamento simultneo de uma grande quantidade de variveis e

restries de difcil visualizao grfica, e possibilitando a obteno de solues com um

menor custo.

O forno rotativo da indstria de cimento consome grandes quantidades de combustveis

tais como carvo mineral, leo combustvel, gs natural e outros. Cerca de 80% da energia

1 Componente base de fabricao do cimento

Universidade Federal de Itajub 2

total consumida numa instalao de produo de cimento Portland referente produo de

clnquer (Carvalho Filho, 2001).

Devido ao alto consumo de calor no processo de fabricao de clnquer para a produo

de cimento, esta indstria sempre preocupou-se, ao longo de sua histria, com a utilizao de

combustveis de baixo custo sem perda de qualidade. Uma das alternativas encontradas para

se obter a economia de recursos energticos foi o co-processamento de resduos industriais e

urbanos, o que, por outro lado, veio a ser uma soluo para o tratamento e disposio desses

resduos. Esses resduos tanto substituem o combustvel primrio quanto fornecem matria-

prima para a produo do clnquer atravs de suas cinzas, que so incorporadas ao clnquer. O

processo consiste basicamente na substituio de uma parcela do combustvel tradicional por

um resduo. Considerando-se que os fornos operam em altas temperaturas, os mesmos podem

ser considerados ideais para a queima desses resduos, permitindo a destruio trmica destes

com alta eficincia (acima de 99,99% de eficincia de destruio).

A grande preocupao atual com a garantia da eficincia de destruio de resduos

perigosos no processo de queima de combustveis alternativos, para que os nveis de emisses

de poluentes sejam, pelo menos, considerados aceitveis e seguros do ponto de vista

ambiental.

A indstria cimenteira tem no co-processamento uma soluo que satisfaz as atuais

exigncias de controle ambiental (CONAMA, 1999a), pois proporciona, no momento da

destruio trmica dos resduos no sistema do forno, o aproveitamento trmico de seu poder

calorfico, substituindo parcialmente a queima de combustveis fsseis no renovveis,

constituindo uma forma adequada de destinao aos resduos industriais gerados. Alm disso,

os vrios componentes das matrias-primas reagem com as cinzas que se encontram nos

gases, permitindo a sua incorporao na forma de slidos no clnquer.

A utilizao de resduos como combustveis na produo de cimento no novidade.

Este processo amplamente utilizado na Europa e nos Estados Unidos e a cada dia vem sendo

mais utilizado no Brasil. Os primeiros testes de queima com resduos em fornos de

cimenteiras foram realizados, em 1970, nos Estados Unidos (Benoit e Hamel, 1993). Na

dcada de 1980, o co-processamento tornou-se uma opo para as entidades ambientalistas

reguladoras e para o pblico conscientizado quanto aos problemas do meio ambiente,

passando a ser uma alternativa preferida para a disposio final de certos tipos de resduos

perigosos gerados (Benoit e Hamel, 1993). Atualmente, nos Estados Unidos, a substituio de

combustveis tradicionais por meio do co-processamento tem permitido uma economia anual

equivalente a um milho de toneladas de carvo (Silcon, 2002). No Brasil foram co-


processados entre 1991 e 2003 aproximadamente 1,6 milhes de toneladas de resduos, e

atualmente a indstria cimenteira nacional tem a capacidade de poder co-processar mais de

1,5 milho t/a de resduos (FIMAI, 2004).

Segundo Hansen (2003) quando se utilizam resduos como combustveis nos fornos de

cimento importante conhecer cada um deles, bem como as alteraes que estes podem

ocasionar na qualidade, na operao do forno e nas emisses de poluentes. Tais alteraes

podem ser verificadas: na queda da temperatura de chama devido a existncia de maior

umidade em muitos combustveis residuais, na dificuldade de medies pela alimentao no

uniforme dos resduos em um determinado tempo da combusto, pelas modificaes no

processo de transferncia de calor devido queda da temperatura pelo excesso de ar utilizado,

e a dificuldade na ignio que alguns combustveis alternativos apresentam.

Cabe mencionar que os resduos que podem ser utilizados nos fornos de cimento devem

ter caractersticas orgnicas que permitam a substituio do uso de combustveis no

renovveis e respeitem a classificao de resduos da Norma Brasileira NBR 10.004 (1987).

Um outro fator a ser considerado durante a fabricao do cimento o consumo de

eletricidade. Cerca de 60% da energia eltrica requerida para produzir uma tonelada de

cimento consumida nos processos de moagem das matrias-primas e do clnquer. Isto

representa uma porcentagem significativa do custo total de produo do cimento. A energia

consumida nos moinhos est na faixa entre 16,5 a 63,5 kWh/t com uma mdia de 36 kWh/t

(Tokyay, 1999).

Cabe mencionar que a energia consumida uma funo da superfcie especfica

desejada na fabricao de um determinado tipo de cimento, e dos principais parmetros

qumicos do clnquer, tais como: Al2O3, cal livre, mdulo de slica, mdulo de alumina, fase

lquida, lcalis, entre outros, que afetam o consumo de energia durante a fase de moagem.

Alm disso, dependendo do tipo de cimento a ser fabricado durante o processo de

moagem, diferentes adies so misturadas conjuntamente com o clnquer com a finalidade de

obter o cimento desejado. Tsivilis et al. (1992) formularam correlaes usando uma mistura

do clnquer com outros componentes como: as escrias de alto-forno, os materiais

pozolnicos2 naturais e as cinzas volteis, com a finalidade de determinar a porcentagem de

participao de cada componente no cimento, assim como calcular a superfcie especfica

tima quando se realiza a mistura destes componentes.

2 Material de origem natural ou artificial ricos em slica.


Sabe-se que a qualidade um fator importante a ser considerado quando o cimento

fabricado. A resistncia compresso vista como uma propriedade de qualidade, sendo que

a resistncia tem uma relao direta com a composio qumica e o tamanho da partcula

(superfcie especfica). Por outro lado, existem tambm outros componentes que tm uma

influncia sobre a qualidade do cimento durante a fase de fabricao, como os metais pesados

e mineralizadores, contidos na matria-prima e nos combustveis.

Os metais pesados se encontram, em quantidades pequenas, nos combustveis utilizados

na indstria de cimento (carvo mineral, coque de petrleo, leo combustvel ou os resduos

utilizados como combustveis) e nas matrias-primas (calcrio, argila e areia). Alguns destes

metais, como ferro e alumnio, so componentes essenciais do cimento.

Devido alta temperatura de chama, em torno de 2000oC, os slidos alcanam

temperaturas mximas entre 1400oC a 1500oC o forno queima a parte orgnica, deixando os

compostos metlicos. Estes compostos metlicos reagem quimicamente com a argila, o

calcrio e com outras matrias-primas, formando uma estrutura cristalina resistente. Os metais

ficam ento permanentemente confinados a essa estrutura, tornando-se parte do clnquer. A

presena de metais pesados em nveis elevados, ao mesmo tempo em que podem trazer

benefcios qualidade de clnquer, podem tambm afetar a formao das fases cristalinas do

clnquer, e como conseqncia afetar a moagem e a resistncia do cimento. Se estas

concentraes aumentam alm de certos nveis, podem ter uma influncia significativa no

processo de produo de clnquer e nas propriedades do cimento. Cabe mencionar que nem

todos os metais pesados tm efeitos prejudiciais para o clnquer ou a sade.

Os mineralizadores so componentes minoritrios que estimulam a formao de silicato

triclcico ou alita (C3S). Caracterizam-se pelo efeito fundente e mineralizador no processo de

clinquerizao.

Define-se como fundente aquela substncia capaz de abaixar a temperatura na formao

da fase lquida, e mineralizadora aquela substncia que acelera a velocidade de um processo

de reao que tem lugar em estado slido, dentro da fase lquida ou na interfase slido-

lquido. Os mineralizadores utilizados na fabricao so de origem natural (sulfato de clcio,

fluoretos) ou industrial como silicofluoretos de sdio, que so utilizados com a finalidade de

realizar economia e superar os problemas pelo uso de combustveis com alto contedo de

cinzas.

Como descrito anteriormente, no sistema de produo de cimento consome-se uma

quantidade significativa de combustveis fsseis, como principal fonte de energia trmica e,

de forma secundria, para os diversos equipamentos auxiliares, tais como mquinas


escavadoras, veculos de transporte, grupos geradores etc. Tambm se consome eletricidade

para os sistemas de bsculas, moagem, esteiras transportadoras etc.

O consumo desses combustveis origina a emisso de gases atmosfera, como por

exemplo, dixido de carbono (CO2), xidos de nitrognio (NOx) e dixido de enxofre (SO2),

com seus efeitos correspondentes ao meio ambiente. Os diferentes tipos de efeitos no meio

ambiente, originados pela produo de cimento, esto associados ao tipo de impacto num

mbito geogrfico, podendo ser de atuao global (efeito estufa), regional (acidificao e

eutrofizao3) e local (contaminao do ar).

Estas emisses ambientais tm motivado o setor cimenteiro a realizar planejamentos

ambientais, dedicados a reduzir a gerao e as emisses de poluentes, e melhorar o processo

de produo do clnquer (Carvalho Filho, 2001). No Brasil, existem resolues por parte dos

rgos ambientais que regulam as emisses quando se realiza co-processamento de resduos

em fornos de clnquer como, por exemplo, a Resoluo no 264, de 26 de Agosto de 1999

(CONAMA, 1999a), alm de outras Resolues ou Deliberaes Normativas dos diferentes

Estados da Federao, que tratam do mesmo assunto.

Cabe mencionar que a maioria de trabalhos voltados para o setor cimenteiro tendem

resoluo de problemas especficos, quais sejam: na rea de resistncia, nos efeitos das

incorporaes de metais no clnquer, nas emisses de poluentes, dentre outros. Deve-se

atentar que a complexidade do processo de fabricao do cimento abrange uma variedade de

aspectos que devem ser considerados, tais como: a qualidade, o meio ambiente, os custos e a

reduo do consumo de combustveis fsseis.

Portanto, como conseqncia do co-processamento de resduos industriais e urbanos nos

fornos rotativos da indstria de cimento, surgiu a necessidade de um estudo mais

aprofundado, aplicando tcnicas de otimizao (clssicas e heursticas), com o objetivo de

garantir uma melhor estabilidade de operao do forno, a reduo no consumo de energia e a

minimizao dos impactos ambientais.

O presente trabalho visa contribuir para esse estudo, atravs do desenvolvimento de um

modelo matemtico aplicado a fornos rotativos da indstria de cimento, quando se realiza o

co-processamento de resduos industriais. Atravs desse modelo ser possvel avaliar os

efeitos dos resduos utilizados, na qualidade do clnquer, no meio ambiente no custo de

fabricao, no consumo de energia eltrica, entre outros. Isto possibilitar um entendimento

3 Elevado contedo de nitrognio nas reservas hidrolgicas e solos agrcolas, provocando desequilbrio do ecossistema.


da ocorrncia das reaes qumicas e um estudo das influncias dos principais parmetros

operacionais durante a operao do forno.

1.1 Objetivos Neste trabalho de tese tem-se como objetivo o desenvolvimento de um modelo

matemtico com base em algoritmos de otimizao, o qual possa auxiliar a indstria de

cimento nos controles das dosagens de matrias-primas, dos combustveis, do processo de

combusto, e de qualidade do produto, durante a fabricao do clnquer, quando se utilizam

resduos industriais, como combustveis alternativos.

Atravs desse modelo possvel avaliar os efeitos da utilizao de combustveis

alternativos na qualidade do clnquer, no meio ambiente e na sade humana, atravs das

emisses de poluentes e dos nveis de metais incorporados, e nos custos de fabricao do

clnquer.

Alm disso, o modelo leva em conta um outro fator importante, que o custo do

consumo de energia eltrica requerida para moagem, para uma determinada superfcie

especfica, sendo que esta estar em funo de outros componentes durante a fase de moagem,

tais como: material pozolnico, escria de alto-forno e cinzas volantes. Uma vez obtida a

composio tima do clnquer, esta modelada atravs de equacionamento estimando a

resistncia compresso para as diferentes idades do cimento, considerando os limites

estabelecidos pelas normas NBR 5737 (1992), NBR 5736 (1991), NBR 5735 (1991), entre

outras.

O modelo tem como base ferramentas de otimizao para modelar os vrios problemas

considerados (custos, qualidade, impacto ambiental), uma vez definidas as funes objetivo e

as correspondentes restries. Como restries a serem satisfeitas pelo modelo, pode-se citar

restries para a qualidade do cimento produzido e o controle das emisses, no sentido de que

estas fiquem abaixo dos limites impostos pela Legislao Ambiental, e para a presena de

metais pesados, juntamente com a queima de resduos industriais.

So implementados algoritmos de otimizao buscando mnimos globais, combinando-

se mtodos probabilsticos como Monte Carlo, tcnicas clssicas e heursticas, para obter-se a

melhor soluo ao problema. A seleo dos algoritmos de otimizao constitui um elemento

chave na formulao do problema, com a finalidade que o modelo funcione em condies

timas de operao.


1.2 Contribuio do Trabalho

Uma das principais contribuies do presente trabalho a apresentao de um modelo

matemtico aplicado indstria de cimento, abrangendo diversos aspectos, muitas vezes no

considerados, tais como custos, qualidade e impacto ambiental. Nesse modelo, atravs da

simulao, possvel obter informaes a respeito das emisses, consumo de combustvel,

composio do clnquer, entre outros parmetros, quando se utilizam resduos industriais no

processo.

Na maioria de casos quando se testa um novo resduo ou a mistura de resduos blend,

as indstrias de cimento realizam os denominados testes em branco e testes de queima para

observar o que acontece com os diversos parmetros citados anteriormente. Com a

modelagem permite-se predizer o comportamento destes parmetros sem ter que realizar uma

queima direta desses resduos no forno. evidente que a fabricao de cimento um processo

dinmico, complexo e de grande sensibilidade, mas a modelagem pode ajudar a compreender

em menor tempo, atravs do equacionamento, o que ocorre no interior de um forno rotativo da

indstria de cimento.

1.3 Organizao do Trabalho No Captulo 2 apresenta-se, do ponto de vista geral, as etapas do processo de fabricao

do cimento, seus principais constituintes mineralgicos, assim como uma breve discusso das

caractersticas fsico-qumicas e das propriedades do clnquer, apresentando as especificaes

tcnicas atravs das Normas Tcnicas Brasileiras, as quais serviro de base para a construo

do modelo.

No Captulo 3 so tratados os efeitos e a importncia da resistncia do cimento como

uma propriedade de qualidade, sendo que a resistncia tem uma relao direta com a

composio qumica e o tamanho da partcula (superfcie especfica). Por outro lado, existem

tambm outros componentes que tm uma influncia sobre a qualidade do cimento durante a

fase de fabricao, tais como os metais pesados e os mineralizadores contidos na matria-

prima e nos combustveis.

No Captulo 4 so apresentados os principais combustveis utilizados, atualmente, pela

indstria do cimento, assim como os combustveis alternativos, que podem ser utilizados

como combustveis substitutos dos convencionais. Foram levantadas as caractersticas bsicas

destes combustveis convencionais e alternativos, como tambm dos resduos perigosos, que

possam ser utilizados nos fornos de cimento.


No Captulo 5 so analisadas as principais emisses de poluentes tais como: dixido de

carbono (CO2), xidos de nitrognio (NOx), dixido de enxofre (SO2), e outras substncias,

como, por exemplo: material particulado (p), alguns metais pesados, compostos orgnicos

volteis, entre outros. Analisam-se o seu impacto no meio ambiente e na sade humana,

verificando os limites permitidos pelas instituies ambientais, na Europa, Estados Unidos e

no Brasil.

No Captulo 6 apresentada uma classificao das principais tcnicas de otimizao,

para logo mostrar, de uma forma simples, as tcnicas utilizadas, em funo da aplicao do

problema proposto. Cabe mencionar que se realiza uma combinao de tcnicas

probabilsticas atravs de Monte Carlo e mtodos determinsticos e heursticos como

ferramentas para modelar o presente trabalho de tese.

No Captulo 7 apresentado o modelo de otimizao e a validao do mesmo, quando

se realiza o co-processamento de resduos industriais na fabricao do cimento. O modelo

baseado na descrio dos limites restritivos apresentados nas captulos anteriores, porque so

eles que do suporte para a construo do modelo.

No Captulo 8 so apresentadas as concluses e algumas propostas para trabalhos

futuros.

No Apndice I descrito um exemplo de clculo da vazo dos gases produto da

combusto assim como o clculo da concentrao dos metais pesados no combustvel, sendo

estes clculos parte importante do modelo, que foram utilizados no Captulo 7.

A principal finalidade de calcular as concentraes verificar a porcentagem que pode

ficar retida na estrutura do clnquer e a porcentagem emitida ao meio ambiente, sendo que

estas concentraes emitidas devem ficar abaixo dos limites estabelecidos pela legislao

vigente, sem prejudicar a sade humana.

CAPTULO 2

CARACTERISTICAS E PROCESSOS

DE FABRICAO DO CIMENTO

2.1 Introduo

Atualmente, o cimento Portland o principal tipo de cimento utilizado em todo o

mundo, sendo sua produo a maior em quantidade, se comparada a outros produtos

produzidos pelo homem (Chatterjee, 1993). Segundo o BNDES (2005), a produo mundial

de cimento em 2004 foi em torno de 1,8 bilhes de t/ano, com destaque para a produo da

China, de cerca de 750 milhes de toneladas. A produo mundial de cimento supera a

produo mundial de ao bruto, que no mesmo ano de 2004, teve uma produo de 1,050

bilho de toneladas (IBS, 2005). No Brasil a produo de cimento foi de 40.000,00 milhes de

t/ano, sendo a oitava maior no mundo.

O cimento Portland composto de clnquer e adies. O clnquer o principal

componente e est presente em todos os tipos de cimento Portland. As adies podem variar

de um tipo de cimento para outro e so principalmente elas que definem os diferentes tipos de

cimento. Na Figura 2.1 se apresenta o processo de fabricao do cimento Portland, sendo cada

etapa descrita no item 2.3.

2.2 Caractersticas e Propriedades do Cimento Portland Uma das melhores formas de conhecer as caractersticas e propriedades dos diversos

tipos de cimento estudar sua composio.

O clnquer, componente base do cimento Portland, obtido a partir da moagem,

homogeneizao e posterior queima, em altas temperaturas ( 1450oC), no interior de um forno rotativo de cimento, a partir de uma mistura pulverizada, denominada de cru ou farinha,

proveniente da matria-prima composta de: calcrio, argila, areia, minrio de ferro, etc. Os

principais elementos qumicos que constituem o clnquer so a cal (CaO) e a slica (SiO2), que

reagem entre si formando silicatos de clcio, os quais so os principais componentes ativos do

cimento.


Figura 2.1 Etapas do processo de fabricao do cimento Portland.

As adies so outras matrias-primas que, misturadas ao clnquer na fase de moagem

permitem a fabricao dos diversos tipos de cimento Portland hoje disponveis no mercado.

Essas outras matrias-primas so o gesso, as escrias de alto-forno, os materiais pozolnicos

e os materiais carbonticos.

A adio de gesso ao clnquer tem a finalidade de controlar o tempo de endurecimento

ou pega, isto , o incio do endurecimento do clnquer quando este misturado com gua. Por

isso, o gesso uma adio presente em todos os tipos de cimento Portland. A quantidade

adicionada pequena: em geral, 3% de gesso para o total de clnquer, em massa (Duda,

1977).

As escrias de alto-forno so obtidas durante a produo de ferro-gusa nas indstrias

siderrgicas e se assemelham aos gros de areia. Antigamente, as escrias de alto-forno eram

consideradas como um material sem maior utilidade, at ser descoberto que elas tambm

tinham a propriedade de ligante hidrulico resistente, ou seja, que reagem em presena de

gua, desenvolvendo caractersticas aglomerantes de forma semelhante do clnquer. Os

nveis de substituio pelo clnquer variam entre 6% a 70% dependendo do tipo de cimento a

ser fabricado. Seu uso apresenta melhorias de algumas propriedades, como maior durabilidade

e maior resistncia final.

Os materiais pozolnicos ricos em slica podem ser de origem natural ou obtidos

artificialmente, como por exemplo: cinzas volantes (derivados da queima de carvo mineral


nas usinas termeltricas), argilas calcinadas, rochas vulcnicas, slica ativa ou matrias

orgnicas fossilizadas encontradas na natureza, entre outros. Os materiais pozolnicos,

modos em gros muito finos e misturados com o clnquer, passam a apresentar propriedades

de ligante hidrulico, da mesma forma que no caso da escria de alto-forno. Os nveis de

substituio por clnquer podem chegar at a 50%, dependendo do tipo de cimento e sua

aplicao, motivo pelo qual a adio de materiais pozolnicos ao clnquer modo com gesso

perfeitamente vivel at um determinado limite, sendo que uma das vantagens a de conferir

maior impermeabilidade aos concretos e s argamassas.

Os materiais carbonticos so rochas modas que apresentam carbonato de clcio

(CaCO3) em sua constituio, tais como o prprio calcrio. Quando presentes no cimento, so

conhecidos como fler calcrio. Sua adio no cimento torna os concretos e argamassas

mais trabalhveis (ABCP, 2002).

As adies como as escrias de alto-forno, os materiais pozolnicos e os materiais

carbonticos, acabaram unindo o til ao agradvel. Alm de melhorar certas caractersticas do

cimento, tais como a impermeabilidade, diminuio da porosidade, maior resistncia aos

sulfatos e reduo do calor de hidratao (reao cimento-gua, que libera uma certa

quantidade de calor e provoca o progressivo endurecimento da pasta de cimento), as adies

contriburam para diminuir o consumo de energia durante o processo de fabricao e para

aproveitar subprodutos poluidores, como as escrias de alto-forno e as cinzas volteis

(ABCP, 2002).

2.2.1 Qualidade e Tipos de Cimentos Fabricados no Brasil A determinao da qualidade e da quantidade das matrias-primas que vo constituir os

diferentes tipos de cimento Portland no pode ser feita atendendo simplesmente a vontade

unilateral de um produtor ou consumidor.

No Brasil, a Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT- prepara e divulga

normas tcnicas que so usadas no mercado como padro de referncia. A normalizao

adotada no Brasil d maior nfase s propriedades do cimento, diferentemente da

normalizao americana, que d maior nfase composio qumica (Silva, 1994). A

qualidade aferida pela Associao Brasileira de Cimento Portland (ABCP), entidade de

Utilidade Pblica Federal, com base nas normas da ABNT e nos princpios do Instituto

Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial (INMETRO).


Existem no Brasil vrios tipos de cimento Portland, diferentes entre si, principalmente

em funo de sua composio. Os principais tipos oferecidos no mercado, ou seja, os mais

empregados nas obras de construo civil, so descritos a seguir.

2.2.1.1 Cimento Portland Comum O cimento Portland comum adequado em construes em geral, quando no h

exposio a sulfatos, ao solo ou a guas subterrneas (ABCP, 2002). Constitudos

basicamente de clnquer e gesso, so designados pelas siglas:

CPI Cimento sem adies, no qual o teor de clnquer e gesso deve ser 100%; e

CPI-S Cimento com adies em teores de 1% a 5%.

Estas adies so materiais pozolnicos, recomendados para construes em geral com

as mesmas caractersticas do cimento CPI.

2.2.1.2 Cimento Portland Composto Este tipo de cimento gera calor de hidratao (reao cimento-gua, que libera uma

certa quantidade de calor e provoca o progressivo endurecimento da pasta de cimento), numa

velocidade menor do que o gerado pelo Cimento Portland Comum. Seu uso indicado para

obras com grande volume de concreto (Silva, 1994). Este cimento tambm apresenta melhor

resistncia ao ataque dos sulfatos contidos no solo. Atualmente, os cimentos Portland

compostos so os mais encontrados no mercado, respondendo por aproximadamente 75% da

produo brasileira, so utilizados na maioria das aplicaes usuais (ABCP, 2002). So

cimentos designados pelas siglas CPII, dando origem aos seguintes tipos:

CPII-E Cimento Portland Composto com Escria (com adio de escria granulada

de alto-forno). Recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor

moderadamente lento ou que possam ser atacadas por sulfatos (ABCP, 2002).

CPII-Z Cimento Portland Composto com Pozolna (com adio de material

pozolnico). Empregado em obras civis em geral, subterrneas, martimas e industriais.

O concreto feito com este produto mais impermevel e por isso mais durvel (ABCP,

2002).

CPII-F Cimento Portland Composto com Fler (com adio de material carbontico

fler calcrio). Para aplicaes gerais. Pode ser usado no preparo de argamassas de

assentamento, revestimento, argamassa armada, concretos simples, pisos e pavimentos

de concreto, solo-cimento, entre outros (ABCP, 2002).


2.2.1.3 Cimento Portland de Alto-Forno O consumo aprecivel de energia durante o processo de fabricao de cimento motivou

mundialmente a busca, pelo setor, de medidas para diminuio do consumo energtico. Uma

das alternativas de sucesso foi o uso de escrias granuladas de alto-forno. Este tipo de

cimento apresenta maior impermeabilidade e durabilidade, alm de baixo calor de hidratao,

assim como alta resistncia compresso, medida que o concreto avana em idade. um

cimento que pode ter aplicao geral em argamassas de assentamento, revestimento e outras.

Mas particularmente vantajoso em obras de concreto-massa, tais como: barragens, peas de

grandes dimenses, fundaes de mquinas, pilares, obras em ambientes agressivos, tubos e

canaletas para conduo de lquidos agressivos, esgotos e efluentes industriais, pilares de

pontes ou obras submersas, pavimentao de estradas e pistas de aeroportos (ABCP, 2002).

designado pela sigla CPIII que significa Cimento Portland de Alto-Forno (com adio de

escria granulada de alto-forno).

2.2.1.4 Cimento Portland Pozolnico O cimento pozolnico, de maneira similar ao cimento de alto-forno, apresenta menor

calor de hidratao em relao ao clnquer, o que favorece sua aplicao em peas de grandes

dimenses. O cimento com adio de matrias pozolnicas pode apresentar menor

desenvolvimento inicial de resistncia mas, na prtica, verifica-se que a resistncia mecnica

compresso superior do concreto com Cimento Portland Comum, medida que o

concreto avana em idade. especialmente indicado em obras expostas ao de gua

corrente e ambientes agressivos. O concreto feito com este produto se torna mais

impermevel e durvel (ABCP, 2002). designado pela sigla CPIV que denota Cimento

Portland Pozolnico (com adio de material pozolnico).

2.2.1.5 Cimento Portland de Alta Resistncia Inicial Este tipo de cimento tem a peculiaridade de atingir altas resistncias j nos primeiros

dias de aplicao. O desenvolvimento da alta resistncia inicial conseguido pela utilizao

de uma dosagem diferente de calcrio e argila na produo do clnquer, bem como pela

moagem mais fina do cimento, de modo que, ao reagir com gua, ele adquira elevadas

resistncias, com maior velocidade (ABCP, 2002). O cimento Portland de alta resistncia

recomendado em construes nas quais exista pressa em se remover as frmas do concreto,

como em elementos arquitetnicos pr-moldados e pr-fabricados. Mas este tipo de cimento


possui um inconveniente de apresentar maior calor de hidratao e maior quantidade de cal de

hidratao. designado pela sigla CPV-ARI.

2.2.1.6 Cimento Portland Resistente aos Sulfatos Os cimentos so considerados resistentes aos sulfatos, desde que se enquadrem em pelo

menos uma das seguintes condies:

- Teor de aluminato triclcico (C3A) do clnquer e teor de adies de carbonticos de

no mximo 8%.

- Cimentos do tipo alto-forno (CPIII), cujo teor de escria granulada seja igual ou

superior a 60%.

- Cimentos do tipo pozolnico (CPIV) que contiverem entre 25% e 40% de material

pozolnico, em massa.

- Cimentos que tiverem antecedentes de resultados de ensaios de longa durao ou de

obras que comprovem resistncia aos sulfatos (ABCP, 2002).

A caracterstica desse tipo de cimento que oferece resistncia aos meios agressivos

sulfatados, como redes de esgotos de guas servidas ou industriais, gua do mar e alguns tipos

de solos (ABCP, 2002). Este tipo de cimento designado pela sigla CPV-ARI RS.

Todos os tipos de cimentos mencionados anteriormente, dependendo do processo de

fabricao, das matrias-primas empregadas, bem como das adies feitas, so regidos pela

ABNT, que no somente define as caractersticas e propriedades mnimas que os cimentos

Portland devem apresentar como tambm os mtodos de ensaios empregados para verificar se

esses cimentos atendem s exigncias das respectivas normas. A Tabela 2.1 apresenta os

teores da composio e adies dos principais tipos de Cimentos Portland normalizados no

Brasil.

2.2.2 Propriedades e Caractersticas Fsico-Qumicas do Cimento Portland

Os cimentos Portland so especificados por suas propriedades fsico-qumicas. Estas

propriedades so: granulometria (finura), expansibilidade, tempo de pega, falsa pega,

resistncia compresso, calor de hidratao, perda ao fogo, xido de magnsio e massa

especfica. Na Tabela 2.2 so apresentadas as caractersticas fsicas e mecnicas e os limites

mximos dos componentes qumicos.

Granulometria (Finura): A granulometria (finura) e a composio qumica so

propriedades fundamentais do cimento, pois influem diretamente na resistncia e na

velocidade das reaes (Zhang e Napier-Munn, 1995). Sabe-se que a resistncia do cimento


compresso aumenta com a granulometria, ou superfcie especfica, que depende diretamente

da distribuio e tamanho das partculas no processo de moagem do cimento.

Tabela 2.1 Principais tipos de cimentos Portland normalizados no Brasil.

Composio em massa (%)

TIPOS Sigla Clnquer +

Gesso

Escria Alto-Forno

Material Pozolnico

Material Carbontico

Normas Tcnicas

CPI 100 - - - Cimento Portland

Comum CPI-S 95 - 99 1 5 1 - 5 1 - 5 NBR 5732

CPII-E 56 - 94 6 34 - 0 - 10

CPII-Z 76 94 - 6 - 14 0 10 Cimento Portland

Composto CPII-F 90 - 94 - - 6 - 10

NBR 11578

Cimento Portland de

Alto-Forno CPIII 25 - 65 35 - 70 - 0 - 5 NBR 5735

Cimento Portland

Pozolnico CPIV 45 - 85 - 15 - 50 0 - 5 NBR 5736

Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial CPV-ARI 95 - 100 - - 0 - 5 NBR 5733

Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial e

Resistente aos Sulfatos

CPV-ARI-

RS 95 - 100 - - 0 - 5 NBR 5737

Fonte: (NBR 5732, 1991) (NBR 5733, 1991) (NBR 5735, 1991) (NBR 5736, 1991) (NBR 5737, 1992).

A granulometria do cimento pode ser determinada atravs de peneira ou malha no 200

ou permemetro ao ar de Blaine (Almeida e Kattar, 1999). Este ensaio consiste em medir o

tempo necessrio para que uma dada quantidade de ar atravesse uma amostra de densidade

conhecida, determinando-se a superfcie especfica pela comparao dos resultados obtidos

com os determinados para uma amostra padro de superfcie conhecida (Silva, 1994). Os

limites para a finura e superfcie ou rea especifica so mostrados na Tabela 2.2.

Expansibilidade: Pode ocorrer aps a pega final, ou ao longo do tempo, provocando

fissuras devido queima do clnquer, teor de Magnsio ou se a porcentagem de cal livre

(CaO) for elevada (Almeida e Kattar, 1999). Estas expanses podem ser medidas pelas

agulhas de Le Chatelier (Figura 2.2), que so constitudas por uma forma cilndrica de chapa

de lato ou vidro, com 30 mm de altura e 30 mm de dimetro, com uma fenda aberta segundo

uma geratriz. O ensaio pode ser feito a frio ou quente, conforme as agulhas sejam imersas na

gua temperatura ambiente, ou em gua fervente. No primeiro caso, posta em evidncia a

influncia do MgO e, no segundo caso, a da cal livre.


Tabela 2.2 Caractersticas fsicas e mecnicas.

Finura Expanso Resistncia Compresso

TIPOS Sigla Classe de Resistencia.Resduo

75% m(%)

rea Especfica

(m2/kg)

Tempo de pega inicio

de pega (h)

A Quente (mm)

3 dias (MPa)

7 dias (MPa)

28 dias (MPa)

25 12 240 8 15 25 32 12 260 10 20 32 Cimento Portland

Comum

CPI

CPI-S 40 10 280 1 5

15 25 40 25 12 240 8 15 25 32 12 260 10 20 32 Cimento Portland

Composto

CPII-E

CPII-Z

CPII-F 40 10 280

1 5 15 25 40

25 8 15 25 32 10 20 32 Cimento Portland de

Alto-Forno CPIII

40

8 - 1 5 15 25 40

25 8 15 25 Cimento Portland Pozolnico

CPIV 32

8 - 1 5 10 20 32 Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial CPV-ARI - 6 300 1 5 14 24 32

Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial e

Resistente aos Sulfatos

CPV-ARI

RS - 6 300 1 5 14 24 32

Fonte: (NBR 5732, 1991) (NBR 5733, 1991) (NBR 5735, 1991) (NBR 5736, 1991) (NBR 5737, 1992).

Tempo de Pega: Este ensaio se destina a verificar a ao do gesso no retardamento da

pega. O tempo de pega do cimento importante, para permitir a aplicao adequada de pastas,

argamassas ou concretos, isto , sem perda de plasticidade e trabalhabilidade4. Para controlar

o tempo de pega adicionado o gesso na moagem do cimento (Almeida e Kattar, 1999).

Falsa pega: um fenmeno que ocorre quando a mistura em que est sendo empregado

o cimento (pasta, argamassa ou concreto) perde a plasticidade com um tempo menor que o

previsto. Isto ocorre quando, na moagem do cimento, a temperatura deste ultrapassa 128oC,

provocando uma dissociao do sulfato de clcio do gesso interferindo nas caractersticas do

seu efeito retardador de pega (Almeida e Kattar, 1999).

4 Propriedade do concreto fresco que identifica sua maior ou menor aptido de ser empregado com determinada finalidade, sem perda da sua homogeneidade.


30

30

Chapa de vidrio

165 mm

Figura 2.2 Agulha de Le Chatelier (Tartuce e Giovannetti, 1990).

Calor de Hidratao: No preparo do concreto, quando a gua e o cimento reagem, h

liberao do calor de hidratao. semelhana de muitas outras reaes qumicas, a

hidratao dos compostos do cimento exotrmica, chegando-se liberao de at 500 J/g

(120 cal/g) de cimento (Neville,1982). Esse efeito poder acontecer durante meses, em funo

do volume concretado. A quantidade de calor gerado depende da composio qumica do

cimento, quantidade e tipo de adies, finura, etc. (Almeida e Kattar, 1999).

Existe uma equao emprica obtida por Woods, Steinour, e Starke, para calcular o calor

de hidratao (cal/g) de 1g de cimento = 136 (C3S) + 62 (C2S) + 200 (C3A) + 30 (C4AF),

sendo que os termos entre parntesis representam as porcentagens em massa dos componentes

individuais presentes no cimento (Neville,1982).

Resistncia do Cimento: Os ensaios de resistncia so feitos, para se determinar a

resistncia do cimento, argamassas (cimento e areia) e concretos (Neville, 1982). Diversos

tipos de cimento, com suas caractersticas de finura e composio tm curvas de resistncia a

idades distintas, que normalmente definem seu uso, ou no, em determinadas aplicaes

(Almeida e Kattar, 1999). Na maioria dos tipos de cimento, so especificadas resistncias

mnimas nas idades de 3, 7 e 28 dias, conforme apresentado na Tabela 2.2 (Silva, 1994). Este

ensaio importante para o controle de qualidade do cimento.

Perda ao Fogo: Este ensaio determinado com uma amostra de cimento, passando

primeiro por um processo de pesagem, para logo ser levada at uma temperatura em torno de

950oC a 1000oC em uma mufla (Almeida e Kattar, 1999). Em funo da diferena do peso

inicial, possvel determinar a gua de cristalizao liberada e matrias carbonticas, se

existentes (Silva, 1994). Atravs deste ensaio, controla-se o teor de adies de material

carbonticos. De acordo com a NBR-5732 (1991), a perda ao fogo deve ser no mximo 4,5%.


Na Tabela 2.3 se presenta as diferentes perdas ao fogo para os diferentes tipos de cimentos

fabricados no Brasil.

xido de Magnsio: O teor de magnsio indicado pela norma NBR-5732, e

apresentado na Tabela 2.3, deve ter um valor menor que 6,5%. Um valor acima cria

expansibilidade ou aumento de volume, provocando a formao de fissuras no concreto.

Tonalidade do Cimento: Existe uma idia generalizada fora do meio tcnico de que os

cimentos com tonalidade escura so mais resistentes que os claros. Isto no corresponde

realidade. A cor do cimento influenciada pela composio qumica das matrias-primas,

principalmente o teor de xido de ferro (Fe2O3), no existindo nenhuma relao entre cor de

cimento e sua resistncia (Almeida e Kattar, 1999).

Tabela 2.3 Limites mximos dos componentes qumicos.

TIPOS Sigla

Resduo

Insolvel

(%)

Perda ao

Fogo

(%)

MgO

(%)

SO3

(%)

CO2

(%)

CPI 1,0 2,0 1,0 Cimento Portland Comum CPI-S 5,0 4,5 6,5 4,0 3,0

CPII-E 2,5 CPII-Z 16 Cimento Portland

Composto CPII-F 2,5

6,5 6,5 4,0 5,0

Cimento Portland de

Alto-Forno CPIII 1,5 4,5 - 4,0 3,0

Cimento Portland

Pozolnico CPIV - 4,5 6,5 4,0 3,0

Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial CPV-ARI 5,0 4,5 6,5 4,5 3,0

Cimento Portland de

Alta Resistncia Inicial

e Resistente aos

Sulfatos

CPV-

ARI-RS 1,0 4,5 6,5

3,5(1)

4,5(2) 3,0

Fonte: (NBR 5732, 1991) (NBR 5733, 1991) (NBR 5735, 1991) (NBR 5736, 1991) (NBR 5737, 1992). (1) Quando C3A do Clnquer 8%. (2) Quando C3A do Clnquer 8%.

2.3 Processo da Fabricao do Cimento

Existem dois tipos principais de processos de produo de clnquer: por via mida e por

via seca. Nas unidades de via mida, a matria-prima moda juntamente com gua, cujo

contedo de umidade pode atingir valores entre 28 e 43% em peso, sendo fornecida ao forno


na forma de pasta. Nestes fornos, para a produo do clnquer, necessrio fornecer energia

em excesso para proceder primeiro evaporao da gua contida na matria-prima. Os fornos

de via seca no usam gua para moer a matria-prima, apresentando umidade muito reduzida,

s da prpria matria-prima (menos de 1%), e esta fornecida ao forno na forma de um p

fino, chamado farinha ou cru (Silva, 1994). Alm destes dois processos, existem ainda

processos intermedirios denominados de via semi-seca e semi-mida. As principais

caractersticas destes processos so detalhadas no item sobre queima do clnquer.

O denominador comum aos processos de fabricao do cimento mencionados

anteriormente envolve as seguintes etapas (Figura 2.3):

Extrao e britagem das matrias-primas (minas); Preparao das matrias-primas; Preparao dos combustveis; Queima do clnquer; Moagem do cimento; Expedio.

Extrao e Britagem das Matrias-Primas (Minas)

As matrias-primas naturais (primrias), tais como calcrio/cal e argila, so extradas de

minas que, na maioria dos casos, so localizadas em torno da fbrica de cimento. Aps a

extrao, essas matrias-primas so britadas na prpria pedreira e transportadas para a fbrica

de cimento, para estocagem intermediria, homogeneizao e posterior preparao.

Os materiais corretivos, tais como bauxita, minrio de ferro ou slica, podem ser

necessrios para adequar a composio qumica da mistura, de acordo com as necessidades do

processo e com as especificaes do produto. A quantidade destes materiais corretivos

pequena, comparada com a massa das matrias-primas principais.

As matrias-primas secundrias (ou alternativas) originadas de fontes industriais so

usadas como substitutos das matrias-primas principais e corretivas, em uma quantidade

limitada. Da mesma maneira que as matrias-primas tradicionais, elas podem ser adicionadas

ao britador da pedreira ou, mais comumente, diretamente no sistema de preparo das matrias-

primas, na fbrica de cimento (CEMBUREAU, 1999).

Preparao das Matrias-Primas

Depois da estocagem intermediria e da pr-homogeneizao, as matrias-primas so

secas e depositadas juntas em propores definidas e bem controladas em um moinho para


produzir a farinha ou cru para os processos via seca e semi-seca. Nos processos mido e

semi-mido, as matrias-primas so misturadas com gua suficiente para produzir uma pasta.

O produto resultante, a farinha ou a pasta, estocado e posteriormente homogeneizado

em silos, para alcanar e manter a composio qumica necessria antes de entrar no forno de

produo de clnquer.

Existe uma relao pela qual aproximadamente 1,5 a 1,6 toneladas de matria-prima

seca so necessrias para produzir uma tonelada de clnquer (CEMBUREAU, 1999).

Preparao dos Combustveis

Os combustveis convencionais (fsseis) usados no processo de fabricao do clnquer

so, principalmente, o carvo, o coque de petrleo, e os leos pesados (CEMBUREAU,

1999). Na atualidade existe a tcnica denominada co-processamento, que, por definio,

permite a destruio trmica de resduos industriais a alta temperatura em fornos de

fabricao de clnquer, com o aproveitamento do contedo energtico, sem produzir qualquer

efluente lquido ou slido e contribuindo para a economia de combustveis e matrias-primas

minerais no-renovveis. Os diferentes tipos de resduos industriais vm sendo utilizados na

fabricao de cimento, sejam como substitutos das matrias-primas, sejam como substitutos

dos combustveis tradicionais, de forma que o resduo a ser eliminado apresente

caractersticas similares s dos componentes normalmente empregados na produo de

clnquer (RESOTEC, 2003). No Brasil, as indstrias de cimento esto utilizando o coque de

petrleo juntamente com outros resduos tais como combustveis alternativos (pneus

inservveis, borras oleosas, lodos de Estaes de Tratamento de Efluentes (ETE), entre

outros), devido a seu baixo custo.

O preparo dos combustveis passa por um processo de moagem, secagem,

homogeneizao e estocagem, para depois alimentar o forno de cimento (CEMBUREAU,

1999).


Figura 2.3 Identificao das etapas de fabricao do cimento (CEMBUREAU, 1999).


Queima do Clnquer

Esta parte do processo a mais importante em termos de emisses, qualidade do

produto e custo. A matria-prima preparada introduzida no forno de cimento e fica sujeita a

um processo de tratamento trmico que consiste de etapas consecutivas de

secagem/preaquecimento, calcinao (liberao de CO2 do calcrio) e sinterizao (ou

clinquerizao, formao dos minerais do clnquer a temperaturas em torno de 1400 a 1500C,

sendo a temperatura dos gases em torno de 2000oC). O clnquer resfriado com ar para 100oC

a 200C, e transportado para uma estocagem intermediria (CEMBUREAU, 1999). Cabe

mencionar que os gases de exausto passam por um processo de limpeza utilizando

precipitadores eletrostticos ou filtros de mangas, antes de serem lanados atmosfera.

A estratgia do sistema de queima em fornos rotativos reduzir o consumo de energia,

assegurar a operao estvel do forno, assegurar a qualidade do clnquer produzido dentro da

zona de queima, nas quais acontecem as principais reaes de clinquerizao.

O forno usado para clinquerizao consiste de um cilindro com comprimento e dimetro

varivel de acordo com o tipo de processo utilizado, via mida ou via seca.

O forno tem uma inclinao entre 2,5 a 4,5 % e uma rotao entre 0,5 4,5 revolues

por minuto (IPCC, 2000). O comprimento do forno depende principalmente do tempo

necessrio para se elevar os materiais do cru temperatura de clinquerizao ( 1400 a 1500C).

O processo de via mida o mais antigo e tradicional processo de fabricao do

cimento, mas na atualidade est sendo substitudo gradualmente pelos fornos de via seca,

devido ao alto consumo de energia. A umidade introduzida no forno de cimento, atravs do

material na forma de pasta, deve ser evaporada, o que leva este processo a consumir grande

quantidade de energia. O forno necessita de uma zona adicional para efetuar a evaporao da

gua, o que faz com que, a partir de uma determinada capacidade instalada, os fornos de via

mida (ver Figura 2.4) sejam excessivamente grandes (Duarte, 1999). A vantagem neste

processo que as perdas de p so pequenas e os gases de exausto do forno rotativo possuem

temperaturas relativamente baixas.


Figura 2.4 Esquema de um forno de via mida com resfriador de grelhas (Silva, 1994).

O processo de via seca mais moderno e proporciona razovel economia no consumo

de combustvel, possibilitando tambm a utilizao de fornos de maior capacidade. Neste

processo, os gases de exausto do forno tm uma temperatura em torno de 1000oC, e so

utilizados na secagem e preaquecimento do cru ou farinha, recuperando-se assim parte do

calor residual contido nestes, em pr-aquecedores de correntes no caso de fornos longos, de

grelhas no caso de fornos do tipo Lepol5 (Duarte, 1999). Os sistemas de ciclones com pr-

aquecedores em quatro estgios (Figura 2.5) comearam a ser utilizados a partir dos anos

1970, quando algumas plantas foram construdas para uma capacidade de produo entre

1000 a 3000 t/d (IPCC, 2000).

A partir dos anos 1970 passou-se a utilizar os fornos rotativos com pr-calcinador

(Figura 2.6), cuja cmara permite a queima de 60% do total do combustvel utilizado no

processo. Esta energia utilizada para calcinar o cru antes de sua entrada no forno rotativo. O

material leve calcinado a uma temperatura de 850oC (IPCC, 2000).

Os processos de via mida necessitam de valores de energia trmica acima de 5,0 GJ

por tonelada de clnquer. Um processo por via seca com sistema pr-aquecedor e com pr-

calcinador, pode consumir 3,0 GJ de energia trmica por tonelada de clinquer produzida

(IPPC, 2000). Os processos por via semi-mida e semi-seca tm consumos de energia

intermdiarios entre estes dois extremos (Tabela 2.4).

Devido sua ineficincia energtica, os sistemas por via mida esto sendo

abandonados, e atualmente na Europa 78% da produo de cimento efetuada em fornos por

via seca, sendo somente 6% por via mida (IPPC, 2000). No caso do Brasil, mais do 99% da

produo nas cimenteiras realizado em fornos por via seca (FIMAI, 2004).

5 Forno para a produo de cimento por via semi-seca, inventado por Otto Lellep em 1928, o nome Lepol composto pela primeira silaba do nome de seu inventor e a primeira do nome da empresa Polysius.


Figura 2.5 Esquema de uma instalao de um forno rotativo com pr-aquecedor de 4 estgios

(Silva, 1994).

Figura 2.6 Esquema de uma instalao de um forno rotativo com pr-calcinador e resfriador de grelhas (Silva, 1994).


A Tabela 2.4 apresenta as principais caractersticas dos tipos de processos e do forno

rotativo de fabricao de clnquer.

Tabela 2.4 Caractersticas dos tipos de processo em fornos rotativos (CEMBUREAU, 1999). Tipo de Processo Seco Semi-seco Semi-mido mido

Tipo de forno

Lepol: pr-aquecedor e

esteira rolante.

SP: Forno com pr-

aquecedor.

PC: Forno com pr-

aquecedor e pr-

calcinador.

Longos

De 1 e 2

Estgios

SP.

4 Estgios

SP.

Pr-

aquecedor

de 4 a 6

Estgios

PC.

Longos Lepol Lepol

(3 Cmaras)

3 e 4

Estgios

SP e PC

com

Secador

Longos Pr-

aquecedor 2

estgios

PC com

Secador

Umidade (%) 0,5 1,0 10 - 12 16 - 21 28 - 43

Capacidade do

Forno [t/d] 300-2800 300-4000 2000 -10000 300-1500

300 -

2000 300-3000 2000-5000 300-3600 2000-5000

Car

acte

rstic

as d

o

Forn

o

Consumo

Especifico de

calor [GJ/t]

3,6 - 4,5 3,1 - 3,5 3,0 - 3,2 3,5 - 3,9 3,2 -3,6 3,6 - 4,5 3,4 - 3,6 5,0 - 7,5 4,5 - 5,0

Moagem do Cimento

O Cimento Portland produzido pela moagem entre o clnquer, as adies e uma

pequena porcentagem de gesso, no moinho de cimento. Os cimentos compostos contm

outros constituintes adicionados, tais como: escria de alto-forno, pozolana natural ou

industrial (cinzas vulcnicas ou cinzas volantes de usinas termeltricas) ou fler calcrio. Os

diferentes tipos de cimentos devem ser estocados separadamente em silos, antes da etapa de

embalagem e despacho.

O produto modo deve estar dentro de determinados limites de granulometria, de modo

a criar melhores condies para o processo de endurecimento (Duda, 1977).

Aproximadamente 30% da energia requerida para produzir uma tonelada de cimento

consumida na moagem. Isto uma porcentagem significativa do custo total do cimento. A

energia consumida nos moinhos est na faixa entre 16,5 63,5 kWh/t com uma mdia

tese ricardo

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