AVALIA‡ƒO DO CICLO DE VIDA E CUSTEIO DO CICLO DE VIDA

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  • LINO JOS CARDOSO SANTOS

    AVALIAO DO CICLO DE VIDA E CUSTEIO DO CICLO DE VIDA DE EVAPORADORES PARA USINAS DE ACAR

    So Paulo 2007

  • LINO JOS CARDOSO SANTOS

    AVALIAO DO CICLO DE VIDA E CUSTEIO DO CICLO DE VIDA DE EVAPORADORES PARA USINAS DE ACAR

    Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia.

    So Paulo 2007

  • LINO JOS CARDOSO SANTOS

    AVALIAO DO CICLO DE VIDA E CUSTEIO DO CICLO DE VIDA DE EVAPORADORES PARA USINAS DE ACAR

    Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para a obteno do Ttulo de Doutor em Engenharia.

    rea de Concentrao: Engenharia Metalrgica e de Materiais.

    Orientador: Prof. Dr. Jorge Alberto S. Tenrio

    So Paulo 2007

  • Este exemplar foi revisado e alterado em relao verso original, sob responsabilidade nica do autor e com a anuncia de seu orientador. So Paulo, de outubro de 2007.

    Assinatura do autor ____________________________

    Assinatura do orientador _______________________

    FICHA CATALOGRFICA

    Santos, Lino Jos Cardoso

    Avaliao do ciclo de vida e custeio do ciclo de vida de evaporadores para usinas de acar / L.J.C. Santos. -- ed.rev. -- So Paulo, 2007.

    227 p.

    Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais.

    1.Evaporadores 2.Ao inoxidvel 3.Ciclo de vida (Avalia- o; Custeio) 3.Indstria aucareira 4.Seleo de materiais I.Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia Metalrgica e de Materiais II.t.

  • DEDICATRIA

    Dedico este trabalho aos meus pais, Odete e Sylvio.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao Professor Dr. Jorge Alberto Soares Tenrio, pela orientao segura, objetiva e

    competente, bem como pelo estmulo constante concluso deste trabalho.

    Maria de Ftima Almeida, a quem sou muito grato por ter recebido o Diploma de

    Mestrado.

    Ao Professor Dr. Hlio Wiebeck, grande amigo e companheiro constante ao longo de

    todo este doutorado.

    Aos colegas de sala de aula e, em especial, ao amigo Reynaldo Pini.

    Maria Lcia Attar, Maria Aparecida Silva e Ftima Roldan, amigas da Biblioteca da

    Engenharia Qumica, pela colaborao e incentivo permanentes.

    Ao Ncleo Inox e, em especial, ao Sr. Arturo C. Maceiras, Diretor Executivo e ao Dr.

    Marcelo de Castro Rebello, Consultor, pela valiosa contribuio na definio do

    tema, nos comentrios ao longo de todo o trabalho, incentivo, confiana e slida

    amizade.

    Ao companheiro Jos Roberto de Andrade, pelo acesso que me proporcionou a

    vrias usinas de acar.

    Ao amigo Luiz Carlos da Silva, colaborador de todas as horas e o meu grande

    Professor de tecnologia aucareira.

    Usina Pumaty S. A., pela contribuio na definio do ciclo de vida desta tese de

    doutorado.

    Aos Professores Drs. Gil Anderi da Silva e Jorge Horii, pelos valiosos conselhos.

  • Aos amigos Luiz Gualberto, Jos Luiz Castilho e Luiz Maug pela valiosa

    contribuio na fase final deste trabalho.

    Ao grande amigo e companheiro desde a graduao Aldo Baccarin, pelo apoio

    constante, que foi essencial execuo desta tese.

    s amigas e amigos da Food Intelligence, pela cobrana e incentivo concluso

    desta tese.

    Jandira, aos meus irmos, familiares, parentes e amigos queridos que sem o seu

    amor, carinho e torcida no seria capaz de superar este desafio.

    Janete, Tais e Eduardo, esposa e filhos amados, pelo amor, carinho, incentivo

    permanente e compreenso pelos momentos furtados do convvio familiar.

    A Deus, por ter estado sempre ao meu lado, dando-me sade, fora, amigos e

    determinao, sem os quais este desafio no seria vencido.

  • No sabendo que era impossvel, foi l e fez.

    Jean Cocteau

  • RESUMO

    O setor de acar e lcool etlico no Brasil tem experimentado um grande

    crescimento. Contribuem para isto as demandas crescentes do lcool etlico, um

    biocombustvel, e do acar. A rea industrial produtora de acar, um alimento,

    ainda convive com uma prtica industrial ultrapassada, que vem a ser o uso do ao

    carbono, um material barato, mas com pequena resistncia corroso. Os aos

    inoxidveis so os materiais mais indicados para a substituio do ao carbono,

    entretanto, eles so considerados caros. Os evaporadores das usinas de acar so

    equipamentos importantes para a sua operao. Quando so usados tubos de ao

    carbono para a troca trmica, eles comeam a ser substitudos a partir do segundo

    ano de operao devido corroso. Enquanto isso, os tubos em aos inoxidveis

    podem durar dcadas. O presente trabalho objetivou a avaliao do desempenho

    ambiental e financeiro de tubos para evaporadores construdos com ao carbono e,

    comparativamente, com os aos inoxidveis 304, 444 e 439. Para alcanar estes

    objetivos foram utilizadas as metodologias de Avaliao do Ciclo de Vida (ACV) e de

    Custeio do Ciclo de Vida (CCV), respectivamente. Neste estudo de ACV foi adotada

    como funo dos sistemas em estudo a massa de gua evaporada. Na definio

    destes sistemas de produtos foram adotados os subsistemas de fabricao das

    bobinas de lminas dos aos e fabricao, instalao e limpeza dos tubos. O

    consumo de gs natural, eletricidade e o transporte foram usados como subsistemas

    secundrios. O perodo de avaliao destes sistemas foi de trinta anos. A partir dos

    resultados desta ACV, concluiu-se que os tubos em ao carbono apresentaram

    maior impacto ambiental que os tubos em ao inoxidvel 304, 444 e 439, pois

    emitiram mais que 4,2 vezes a quantidade de dixido de carbono; 2,8 vezes a de

    xidos de nitrognio; 3,1 vezes a de materiais particulados, 13 vezes a de materiais

    suspensos e 4,5 vezes a de resduos totais. Os tubos em ao carbono consumiram

    tambm mais que 11 vezes o total de recursos naturais utilizados (carvo; lignita;

    calcita; dolomita; leo; gs natural e minrios de ferro, cromo, nquel, molibdnio e

    mangans); 1,8 vezes a de gua e 5 vezes a de energia. Com relao emisso de

    xidos de enxofre, os tubos em ao carbono emitiram quantidades semelhantes s

    emitidas pelos tubos em aos 444 e 439 e a metade que os tubos em ao 304. Na

    elaborao do CCV foram utilizados os componentes de custo compra, transporte,

  • instalao, substituio e limpeza dos tubos e a venda das sucatas. Na avaliao

    financeira, todos os custos que aconteceram no perodo de trinta anos foram

    trazidos ao valor presente. A partir dos resultados obtidos concluiu-se que os aos

    inoxidveis 439 e 444 apresentaram-se como opes de investimento mais

    interessantes que os tubos fabricados em ao carbono, j que apresentaram custos

    trazidos ao valor presente menores, na proporo de 0,76 para os tubos em ao

    439; 0,79 para os tubos em ao 444 com 1,20 mm de espessura e 0,93 para tubos

    em ao 444 com 1,50 mm de espessura. Os tubos em ao 304 com 1,20 mm de

    espessura apresentaram desempenho financeiro semelhante aos tubos em ao

    carbono; enquanto que os tubos em ao 304 com 1,50 mm apresentaram custos ao

    valor presente 1,19 vezes maior. Os resultados obtidos indicam tambm que as

    metodologias ACV e CCV devem ser usadas em conjunto, pois mostram que

    produtos mais seguros ambientalmente podem vir a ser opes de investimentos

    tambm mais interessantes.

    Palavras-chave: ACV. Avaliao do ciclo de vida. CCV. Custeio do Ciclo de Vida.

    Tubos para evaporadores. Usinas de acar. Ao carbono. Ao inoxidvel. Seleo

    de Materiais. Sustentabilidade.

  • ABSTRACT

    The sugar and ethanol sectors in Brazil have tried a great growth. The increasing

    demands for ethanol, a biocombustible, and for the sugar contributes for this

    situation. The producing industrial area of sugar, a foodstuff, still adopts the use of

    carbon steel pipes, a cheap product, of low corrosion resistance. The stainless steels

    are the materials more indicated for the substitution of carbon steel, however they are

    considered expensive. In sugar cane plants, the evaporators, are important

    equipments to operation. Carbon steel pipes are the main product used for the

    thermal exchange, and these pipes start to be replaced after the second year of

    operation. Meanwhile, stainless steel pipes can last for decades. This work evaluates

    the enviromental and financial performance of evaporators pipes constructed with

    carbon steel and with 304, 444 and 439 stainless steel. To reach these objectives the

    methodologies of Life Cycle Assessment (LCA) and the Life Cycle Costing (LCC)

    were applied, respectively. The water mass evaporated was adopted as function of

    the systems in LCA study. In the definition of these product systems were adopted

    the manufacturing of steel and the manufacturing, installation and cleanness of the

    pipes. Natural gas, electricity and transport had been considered. The evaluation

    time was thirty years. From the LCA results, there were concluded that the steel

    carbon pipes presented more enviromental impact performance than 304, 444 and

    439 stainless steel pipes, because they emitted more than 4.2 times of carbon

    dioxide; 2.8 times nitrogen oxides; 3.1 times of particulated materials; 13 times of

    suspended materials and 4.5 times of total residues. The carbon steel pipes also

    consumed more than 11 times the sum of all natural resources used (coal, ligni