Nesta série de dois artigos, inicialmente serão detalhados os componentes de uma usina de asfalto de fluxo contínuo, incluindo suas características e principais funções. No próximo artigo, serão abordados os sistemas de reciclagem, controle, automação e filtragem dos gases, juntamente com os aspectos relativos à manutenção.

Em ambos os artigos, o conteúdo é baseado no material “Usinas de asfalto – tecnologias e processos”, publicado em 2012 pelos especialistas Juliano Gewehr e Marcelo Zubaran.

Como se sabe, as usinas de asfalto são equipamentos destinados a dosar e misturar os componentes das misturas asfálticas (agregados, cimento asfáltico e aditivos), para assim conferir ao pavimento as características previstas no projeto.

Em seu processo operacional, a usina recebe os agregados e executa sua secagem e dosagem, misturando-os com o cimento asfáltico (CAP) e, na sequência, direcionando o produto resultante para um silo de armazenagem ou diretamente para um caminhão. Normalmente, o processo é realizado a quente, por ser essa a melhor forma de combinação desses materiais.

DOSAGEM

Nessa tarefa, fundamental para a pavimentação de estradas, vias e rodovias, o sistema de dosagem da usina deve garantir a distribuição granulométrica dos agregados e o teor de CAP do projeto.

Uma vez na usina, os agregados são armazenados em silos dosadores (três ou quatro, dependendo do modelo adotado), com saídas para correias independentes. Em geral, a configuração costuma ser modular e em linha, podendo-se acrescentar mais silos, a depender da necessidade.

A usina executa a secagem e dosagem dos agregados, misturando depoiscom o cimento asfáltico (CAP) e direcionando o produto para um silo ou caminhão

As correias dosadoras, situadas na saída de cada silo, possuem um sistema de ajuste da velocidade durante a dosagem, além de dispositivos de pesagem dinâmica (células de carga), que são responsáveis por monitorar e variar a velocidade por meio de um controlador lógico, mantendo a pesagem constante. Já a dosagem do CAP é feita por injeção no misturador.

Também é possível instalar um silo adicional de filler, que é introduzido diretamente no misturador. O filler artificial é usado como material de enchimento ou para melhorar a adesividade, ao passo que o filler natural é proveniente do sistema de filtragem. A dosagem, por sua vez, é feita automaticamente pelo sistema.

Sistema de dosagem da usina deve garantir a distribuiçãogranulométrica dos agregados e o teor de CAP do projeto

Normalmente, os silos são dotados de vibradores para evitar a aderência dos materiais mais finos nas paredes, assim como de sensores de nível, destinados a confirmar a disponibilidade de material para a dosagem. Para a produção do concreto asfáltico é preciso remover toda a água dos agregados. A umidade é medida e inserida no sistema, que ajusta a velocidade da correia dosadora, que por sua vez conduz os materiais dosados para o tambor de secagem, levando em conta também esse fator.

LIGANTE E SECAGEM

O material destinado a unir e estabilizar o conjunto de agregados é o cimento asfáltico de petróleo (CAP), também conhecido como betume ou ligante. Em temperatura ambiente, esse material é sólido e, portanto, precisa ser mantido aquecido para oferecer consistência e viscosidade adequadas para recobrir os agregados.

Na especificação brasileira, o CAP deve ter viscosidade para usinagem de 85 + 10 SSF ou 1,5 a 1,9 poise. O material fica armazenado em tanques isolados termicamente, com tubulações para a circulação de óleo térmico. Nessa estrutura, o queimador para aquecimento pode ser alimentado por GLP ou GNV.

Equipado com queimador, o tambor fornece a energiatérmica necessária para retirar a umidade dos agregados

A dosagem e transporte do CAP são feitos por uma bomba de engrenagens e uma tubulação revestida por óleo térmico, que parte do tanque e segue até o misturador. Sua velocidade é definida automaticamente em função da pesagem dos agregados em tempo real.

O CAP envelhece com altas temperaturas, radiação ultravioleta, presença de oxigênio e outros fatores. Os principais processos de envelhecimento são a volatização, que corresponde à evaporação de componentes voláteis devido a altas temperaturas, além de oxidação, que reduz a flexibilidade do ligante devido a reações químicas internas.

A secagem se destina a retirar a umidade, executar uma homogeneização inicial e descarregar os agregados secos no misturador. Essa etapa é feita em um tambor equipado com queimador, posicionado no final da câmara de combustão, cuja chama fornece a energia térmica necessária para retirar a umidade dos agregados e aquecê-los até a temperatura de projeto.

Como norma, a umidade dos agregados deve ser mantida abaixo de 3%. Valores acima desse limite implicam redução significativa da produção, com o mesmo consumo de combustível.

Os combustíveis mais usados no queimador compreendem óleos leves derivados de petróleo, como o óleo diesel, óleos pesados derivados de petróleo ou rochas (xisto, BPF, BTE etc.) e gases, sendo mais comum o uso de GLP (gás liquefeito de petróleo) e GNV (gás natural veicular). No entanto, os gases requerem queimadores especiais.

O ar é insuflado por um ventilador, tendo a velocidade aumentada por um estrangulamento da seção. O processo de mistura é função da geometria do queimador, das propriedades e velocidades dos fluidos e da umidade, temperatura e pressão, entre outras variáveis que devem ser devidamente consideradas.

No secador de fluxo paralelo, os agregados entram no tambor próximoda chama do queimador, distanciando-se da fonte decalor à medida que o fluxo continua

O aquecimento prévio é feito de forma contínua, por meio de um retificador de temperatura, que é controlada automaticamente. O combustível é injetado no ponto de maior velocidade, em uma relação de 3:1 em volume. Quanto menores as partículas, melhor será a queima.

A qualidade da combustão depende, basicamente, da curva viscosidade x temperatura (a viscosidade ideal para queima é de 12 cSt), do teor de enxofre e do poder calorífico do combustível. A chama pode ter um formato mais ou menos alongado, regulado através de um regulador de formato de chama. A velocidade de movimentação do agregado no interior do tambor secador é função da rotação e do ângulo de inclinação. Nas usinas do tipo drum-mixer, o fluxo pode ser paralelo ou por contrafluxo.

No secador de fluxo paralelo, os agregados entram no tambor próximo da chama do queimador, distanciando-se da fonte de calor à medida que o fluxo continua. A temperatura dos gases do processo é alta. Quanto maior for a energia repassada aos gases, menor será a eficiência térmica do componente. Além disso, a umidade pode não ser removida por completo, resultando numa mistura de pior qualidade. É o sistema mais usado em usinas drum-mixer mais antigas, sem filtro de mangas.

Já no secador em contrafluxo, os agregados entram pela extremidade oposta à chama. As aletas da parte inicial têm formato em “J” para proporcionar o efeito cascata, que vai se reduzindo à medida que os agregados avançam, até desaparecer no final do percurso. A qualidade da secagem será, basicamente, função do comprimento do tambor. É o sistema mais usado atualmente.

MISTURA E ARMAZENAGEM

Os conceitos de tambor secador para mistura internapodem ser de contrafluxo (no alto) e de fluxo paralelo

No misturador, são lançados os agregados aquecidos e secos, o CAP, os finos originários do filtro de mangas, as fibras e os demais componentes. Cria-se assim uma película de ligante na superfície dos agregados, formando-se uma mistura homogênea e coesa.

A mistura pode ser interna (em fluxo paralelo ou em contrafluxo) ou externa, em unidade independente. Nas usinas do tipo drum-mixer a mistura é interna, feita no mesmo tambor utilizado para a secagem dos agregados, por tombamento definido em função do ângulo e da velocidade de rotação.

No fluxo paralelo, a mistura dos agregados com o CAP ocorre no mesmo tambor, após a secagem dos agregados. Na parte de mistura do tambor, há gases em alta temperatura, o que pode causar perda de frações voláteis do CAP. A mistura em contrafluxo é feita por tombamento, no mesmo tambor da secagem, em uma parte situada atrás do queimador.

Por sua vez, a injeção do CAP é feita nas proximidades da chama. A mistura externa, feita em local independente da secagem, preserva as propriedades químicas do CAP, reduzindo o risco de oxidação. Atualmente, é a concepção usada nas usinas tipo pug-mill e em usinas contínuas tipo double-barrel.

O misturador é formado por uma caixa revestida com placas de desgaste, com alta resistência à abrasão, e por eixos com palhetas removíveis, que propiciam a homogeneidade e o recobrimento adequados. A temperatura é controlada aquecendo-se as paredes do componente com óleo térmico.

A distância entre as palhetas e o fundo do misturador pode ser regulada em função do tamanho máximo do agregado (em princípio, de 50% a 100% acima da maior dimensão). Uma folga menor pode causar a trituração do agregado, enquanto uma folga maior causará perda de eficiência da usina. As palhetas também podem ser montadas na posição invertida, alterando o tempo de mistura devido ao maior volume de material admitido.

Para maior eficiência, as usinas mais modernas executam uma pré-mistura dos agregados antes da injeção do CAP, feita através de uma barra aspersora posicionada ao longo do componente. Nas usinas contínuas, a mistura é transportada para a entrada do elevador de arraste, à medida que é misturada.

Esse elevador conduzirá a mistura até um silo de armazenamento, dotado de comportas para descarga, onde a temperatura da mistura é monitorada através de um sensor. Se houver necessidade de armazenagem por um período prolongado, as paredes do silo podem ser aquecidas por óleo térmico.