À medida que a atenção mundial se centra nos impactos das alterações climáticas e no ambiente, a indústria está a tomar nota. Estão a ser implementadas medidas reativas em quase todas as facetas da vida humana e na forma como, enquanto coletivo, podemos travar o ritmo das alterações climáticas; desde a proibição da utilização de combustíveis fósseis até ao aumento dos impostos sobre as emissões. A indústria de conformação de metais não é exceção, tendo já sido dados passos numa direção ecológica, mas ainda faltam muitos mais até que se possa estabelecer uma «indústria verde». Realisticamente, uma «indústria verde» depende de uma multiplicidade de fatores que vão muito além de qualquer setor específico e que não podem ser facilmente influenciados por este. Dito isto, pequenas mudanças nas bases podem provocar uma mudança significativa no estado geral do ambiente.
Este artigo tem como objetivo destacar alguns dos principais fatores de impacto ambiental e as formas de os combater no âmbito do aquecimento de tarugos.
O Ambiente
Os setores dos metais ferrosos e não ferrosos são responsáveis por 8 % das emissões globais de gases com efeito de estufa, mais de 4 vezes mais do que as do setor da aviação[1]. O principal fator causador das alterações climáticas é a libertação de gases com efeito de estufa[2]. Os gases com efeito de estufa recebem este nome devido ao efeito de estufa que provocam. Uma camada isolante destes gases, tais como o dióxido de carbono (CO₂), o metano (CH₄), etc., provoca uma acumulação excessiva de calor na atmosfera, causando assim uma subida do nível do mar devido ao derretimento do gelo marinho.
Diz-se que, até 2050, tendo em conta o ritmo atual de aumento da temperatura, a Terra estará 3 °C mais quente do que os níveis pré-industriais. O «Cenário de 2050» indica que tal aumento das temperaturas levaria a uma subida do nível do mar de aproximadamente 3 metros até 2100 — uma subida que deixaria países como os Países Baixos em grande parte submersos[3]. Um cenário talvez ainda mais alarmante é o da «Terra Estufa». Esta hipótese parte do princípio de que, se as temperaturas subirem 2 °C acima dos níveis pré-industriais, os efeitos serão irreversíveis — não haverá medidas que possam ser tomadas para travar a subida do nível do mar e os danos irreparáveis aos ecossistemas. Este valor de 2 °C foi, por isso, definido como a base de referência para o Acordo de Paris[4].
Métodos de aquecimento de tarugos
O aquecimento de tarugos ferrosos e não ferrosos é um processo que consome muita energia. Normalmente, os tarugos são aquecidos utilizando fornos a gás ou através de um processo de aquecimento por indução. Cada um destes métodos tem o seu historial comprovado na indústria ao longo de muitas décadas de extrusão e apresenta vantagens práticas. Para que a comparação fosse viável, foram selecionados um aquecedor a gás e um aquecedor por indução, ambos proporcionando temperaturas e taxas de rendimento em massa nominalmente semelhantes.
†1 m³de gásnaturalequivale a aproximadamente 10,28 kW, partindo do princípio de uma combustão com 100 % de eficiência.
Gás e indução
Historicamente, a utilização de aquecedores a gás é, em geral, mais comum na indústria. Estes tendem a apresentar custos de investimento em equipamento ligeiramente mais baixos e, dependendo do país de utilização, um custo de exploração mais baixo. No terceiro trimestre de 2020, o custo médio por kWh do gás no Reino Unido era de 0,180 £. O custo médio da eletricidade por kWh, segundo o mesmo critério, é de 0,810 £[5]. Estes custos de funcionamento mais baixos são considerados atrativos a curto prazo. No entanto, o Comité para as Alterações Climáticas estima que estes preços sofram alterações drásticas até 2030. As previsões apontam para um aumento de 100% no preço por kWh do gás natural até 2030, em comparação com um aumento de 42% por kWh de eletricidade no grande setor industrial[6]. Esta disparidade é ainda mais evidente noutros países europeus.
Os fornos a gás requerem um período de pré-aquecimento para atingirem uma temperatura definida antes de os lingotes poderem ser aquecidos. Este tempo depende inteiramente do tamanho do forno, bem como de um isolamento térmico adequado. Por esta razão, os fornos a gás tendem a ser «ligados» à temperatura desejada durante longos períodos de tempo, consumindo energia independentemente de os lingotes estarem a ser aquecidos ou não. Em alternativa, quando se utiliza a indução, a energia só é consumida durante o aquecimento ativo de um tarugo e, essencialmente, não é utilizada energia quando um tarugo não está a ser submetido ao processo de aquecimento. Este método é, por vezes, considerado mais flexível para os operadores de linhas de prensagem, uma vez que o fornecimento de tarugos aquecidos pode ser ajustado mais facilmente para corresponder às taxas de produção da prensa, sem desperdício de energia.
Um aspeto positivo do aquecimento a gás é a simplicidade do seu design. Isto pode facilitar a instalação e a operação por parte dos funcionários da fábrica. Este aspeto é frequentemente considerado uma vantagem fundamental que leva uma empresa a optar por um aquecedor a gás em vez de uma alternativa tecnologicamente mais avançada. À medida que os lingotes passam pelo aquecedor, homogeneizam-se na temperatura definida em toda a sua extensão. Este processo demora consideravelmente mais tempo do que a indução e pode, frequentemente, causar a formação de incrustações no exterior do lingote, o que pode afetar a qualidade final da extrusão.
A maior vantagem da utilização da indução é que permite o aquecimento cónico. O aquecimento cónico é utilizado para obter um gradiente ao longo do comprimento de um lingote – um fator essencial para reduzir o desgaste das matrizes de prensagem, além de permitir a extrusão isotérmica a velocidades máximas de prensagem. A conceção dos fornos a gás inclui um revestimento interno que necessita de ser substituído periodicamente; isto pode levar a tempos de inatividade prolongados nas linhas de prensagem. Da mesma forma, as bobinas de indução também necessitam de ser substituídas, embora este processo possa demorar apenas trinta minutos. Nos últimos anos, têm-se verificado avanços tecnológicos nos sistemas relacionados com a recuperação de gases de combustão eosdepuradoresde CO₂. Estes permitem, respetivamente, uma maior eficiência e menores emissões.
Outros métodos
Os métodos de aquecimento de tarugos não se limitam aos dois processos acima referidos. Os aquecedores magnéticos e a utilização de supercondutores estão a começar a revelar-se eficazes neste setor. Ambos os métodos dependem da eletricidade, em vez de combustíveis fósseis, para funcionar.
Impacto ambiental
Ambos os métodos de aquecimento de tarugos abordados no artigo causarão um impacto ambiental negativo devido à libertação de gases com efeito de estufa. No caso do aquecimento a gás, oCO₂ élibertado nas instalações de fabrico. O aquecimento por indução depende inteiramente da rede energética de cada país e, por conseguinte, do mix energético local. Com basena Figura 1, épossível determinar asemissõespotenciaisde CO₂para cada caso. A queima de gás natural liberta 0,185 kg/kWh deCO₂, enquanto a produção de eletricidade no Reino Unido produz 0,256 kg/kWh[7].
A grande diferença entre os dois métodos deve-se, em grande parte, aos tempos de «funcionamento» de cada sistema – a indução apenas consome energia por cada tarugo. À medida que o Reino Unido se orienta cada vez mais para as fontes de energia renováveis, prevê-se queas emissões de CO₂, atualmente de 0,256 kg/kWh, diminuam para 0,100 kg/kWh até ao ano de 2030[8].
Conforme se pode ver naFigura 3,prevê-se queasemissõesde CO₂diminuam no âmbito da estratégia climática do Reino Unido «Net Zero by 2050».
Utilizando os valores determinados nasFiguras 2 e 3, é possível calcular asemissões de CO₂previstas ao longo de um período de 10 anos.
Os dados daFigura 4partem do pressuposto de um rendimento de 1000 kg/h, 16 horas por dia, 5 dias por semana, 52 semanas por ano. Por si só, estes valores não são especialmente quantificáveis do ponto de vista pessoal. É mais fácil visualizá-los da seguinte forma. Um Boeing 747-400 com carga completa emite aproximadamente 90 kg/h deCO₂ porhora de voo por passageiro[9]. As emissões acumuladas ao longo de 10 anos de um forno de aquecimento de tarugos a gás relativamente pequeno, tal como especificado naFigura 1, equivalemaproximadamente a voar num Boeing 747 de Heathrow para o JFK –34 vezes. Oua conduzir um Aston Martin DB9 até à Lua e de volta –27 vezes.
Este nível de impacto ambiental não é sustentável.
O Futuro
O mercado da extrusão de metais ferrosos e não ferrosos está em expansão. Os dados atuais estimam uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 3,8% entre 2021 e 2027[10]para a extrusão de alumínio. Esta CAGR prevista implicaria um aumento das receitas do mercado de 57,3 mil milhões de dólares para 91,67 mil milhões de dólares até 2027. Isto irá inevitavelmente causar um impacto cada vez maior no ambiente, à medida que o setor se expande.
O governo do Reino Unido lançou recentemente uma iniciativa dirigida à grande indústria, oferecendo subsídios que ajudarão a aumentar a eficiência energética e a reduzir a pegada de carbono. A Fase 1 disponibiliza até 40 milhões de libras para «projetos que implementem tecnologias que melhorem a eficiência energética dos processos industriais» e «estudos de viabilidade e de engenharia sobre eficiência energética e medidas de descarbonização profunda para processos industriais»[11]. Outros países, como a Noruega, aplicaram recentemente um aumento de quatro vezes no preço por tonelada deCO₂ emitida[12]. O desenvolvimento contínuo na recuperação de gases de combustão enos depuradores de CO₂para fornos a gás está a contribuir para aumentar a eficiência e reduziras emissões de CO₂.
As medidas reativas têm sido aquilo em que nós, enquanto sociedade, temos confiado, mas não passam de um remendo. Precisamos de passar de uma abordagem reativa para uma proativa. Implementar ativamente mudanças que sejam melhores para o ambiente. A nível individual, é fácil distanciar-se das decisões que estão a ser tomadas em relação ao ambiente. Podemos optar pela opção mais fácil ou mais barata, porque é exatamente isso: mais fácil e mais barata. O que não é tão fácil de aceitar são os danos que causámos, causamos e iremos causar ao nosso planeta. Mas é possível fazer mudanças para travar estes danos. A humanidade enfrenta uma crise climática. É possível travá-la.
Thomas Postins, Licenciado em Engenharia
Gerente de Vendas da Banyard – Inductotherm Heating and Welding
Para mais informações sobre produtos de aquecimento por indução de tarugos, clique na ligação aqui.