Slide de Aula - Unidade I

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Prof. Dr. Barbieri
UNIDADE I
Engenharia e Meio 
Ambiente
 Desde o início da história da humanidade, as populações utilizavam plantas nativas, animais 
e minerais, que eram transformados em ferramentas, vestuário e outros produtos (artesanal).
 Evolução na era pré-industrial: com a evolução da ciência na era pré-industrial, as fontes 
de energia estavam aflorando na sociedade rural, que foi surgindo e se desenvolvendo até 
os dias atuais.
 Definição das fontes de energia: fontes de energia são 
elementos que podem produzir ou multiplicar o trabalho: 
 Músculos , o sol ,, o fogo, , o vento 
etc.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento
Fonte: 
comendadorgomes.
mg.gov.br, 2021
Histórico da utilização das fontes de energia.........
 Fogo: energia que o homem utilizou (~ 50.000 a.C.);
 Roda como fonte de energia: movida pelos homens, por bois (~ 3500 a.C.);
 Vento: principalmente para a navegação (~2000 a.C.);
 Força hidráulica: para mover moinhos (~ século II a.C.);
Carvão mineral (a hulha, inicialmente): formado há milhões 
de anos, começou a ser explorado como combustível durante 
a Idade Média (~1000 d.C.). 
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 A produção, por mais primitiva que fosse, era sempre constituída por um sistema aberto com 
fluxo linear de materiais: 
 Por séculos, utilizaram-se minerais e metais para a fabricação de ferramentas, moedas 
e armas.
 Na era pré-industrial, a antroposfera era considerada 
integrada com os demais elementos do sistema natural, e a 
humanidade como parte do ecossistema era: 
Sustentável.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
Fonte: livro-texto
Energia ilimitada
Matéria-prima ilimitada
Resíduos
ProdutosPROCESSO
 Revolução Industrial: transição para novos processos de manufatura no período entre 1760 
a algum momento entre 1820 e 1840. 
 Foi a transição de métodos de produção artesanais para a produção industrial, 
tais como:
 Novos produtos químicos, 
 Processos de produção de ferro, 
 Maior eficiência da energia da água, 
 Uso crescente da energia a vapor, 
 Substituição da madeira por biocombustíveis (carvão).
 A revolução teve início no Reino Unido e em poucas 
décadas se espalhou para a Europa Ocidental e os 
Estados Unidos.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 Eletricidade: surge o desenvolvimento dos motores à gasolina ou demais derivados (final do 
século XIX).
 Petróleo: um notável desenvolvimento nas explorações petrolíferas.
 O primeiro poço de petróleo foi perfurado no estado da Pensilvânia, nos Estados 
Unidos, por Edwin Drake, um maquinista aposentado, em 1859. 
 Energia nuclear: utilizada inicialmente para fins militares, durante a 2a Guerra Mundial 
(meados do século XX).
A enorme participação das fontes não renováveis 
na oferta mundial de energia coloca a sociedade 
diante de um desafio: 
a busca por fontes alternativas de energia.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 Os sistemas produtivos são uma organização particular de fluxos de matéria, energia 
e informação. 
 Sua evolução deveria ser compatível com o funcionamento 
dos ecossistemas;
 São inúmeras as evidências do atual padrão destrutivo do 
sistema produtivo e, lamentavelmente, muitas delas 
irreversíveis, como as mudanças climáticas e a perda 
da biodiversidade.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
Energia ilimitada
Matéria-prima ilimitada
Resíduos
ProdutosPROCESSO
FONTES DE POLUIÇÃO
Pontual Difusa
Descarga 
distribuída
Descarga 
concentrada
Curso d’água Curso d’água
Descargas pontuais ou difusas
Fonte: livro-texto
 O desenvolvimento de um sistema está limitado a seus recursos energéticos;
 Para sobreviver, os sistemas geram ordem por meio de retroalimentações (reaproveitamento) 
de energia e matéria (processo autocatalítico).
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
estímulo para crescimento 
de alta energia
40 anos
k
c
a
l
Estruturas do 
homem e da 
natureza
estímulo para crescimento
produção
Reserva de 
combustível
Energia 
solar
depreciação
1019
Estrutura
Combustíveis
Declínio;
Transição
Fonte: livro-texto
Limite para o desenvolvimento sustentável 
(depende somente de energia renovável)
Modelo representativo de 
nossa sociedade Dispersão de calor
 O modelo de desenvolvimento atual, baseado em fontes de energia não renováveis, gerou 
enormes problemas ambientais percebidos a partir dos anos 1970;
 Desenvolvimento sustentável se tornou um conceito utilizado para expressar essa 
necessidade de manter o equilíbrio entre as dimensões econômica, social e ambiental em 
escala global.
 O clima está mudando rapidamente como consequência:
 Os oceanos estão morrendo;
 As calotas polares estão derretendo;
 Cerca de 2/3 de todas as espécies de plantas e animais 
podem extinguir-se ao longo das próximas décadas;
 Bilhões de pessoas ao redor do mundo terão uma vida 
marcada pela sede, fome, pobreza e conflito.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 Outro agravante é a variedade de materiais descartados.
 É relativamente fácil controlar a emissão de gases ou a saída de efluentes líquidos de 
uma fábrica, mas o descarte, como no caso de herbicidas e pesticidas na agricultura, 
mostra-se difícil de controlar e também de quantificar.
 O excesso de embalagens descartáveis, aliado ao modo de vida urbano, é outro fator 
gerador de resíduos e da degradação ambiental. 
O aumento da atividade humana leva:
 Esgotamento das fontes de energia;
 Acúmulo de resíduos;
 Formação de substâncias tóxicas dissipadas 
no ambiente;
 Redução da saúde e da qualidade de vida dos 
indivíduos.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 A partir da década de 1950, o aumento nas atividades humanas tornou-se mais significativo, 
mostrando que foi um período de mudança sem precedentes na história humana (fig. A). 
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
Fonte: livro-texto
População
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Ano Ano
Uso de água
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Ano
Veículos
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População urbana
Ano
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Ano
Consumo de papel
Investimentos 
externos PIB
Figura A. Aumento das taxas de 
mudança de atividade humana, desde 
o início da Revolução Industrial. 
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Ano
McDonald’s
Ano
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Turismo Internacional
Ano
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Ano Ano
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Consumo de 
fertilizantes
Represamento de 
rios
 Esse crescimento também resulta em aumento dos níveis de poluição, esgotamento dos 
recursos, perda de espécies e degradação dos ecossistemas (fig. B).
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
Fonte: livro-texto
C
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Atmosfera CO2
Ano Ano
Atmosfera 
N20
Ano Ano
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Atmosfera 
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Atmosfera 
ozônio
Clima temperatura 
média
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Clima enchentes
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Zona costeira
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0 Biodiversidade
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3
Figura B. Mudança em escala global 
no sistema terrestre como resultado 
do aumento das atividades humanas. 
Ecossistemas terrestres 
Perda de florestas
Ecossistemas terrestres 
Terra ocupada
Ecossistemas 
marinhos
 Segundo Elisabeth e Howard Thomas Odum, estamos numa transição para um futuro de 
baixa energia. 
Pois, um ciclo de crescimento tem quatro fases: 
 crescimento;
 clímax-transição; 
 declínio e
 restauração com baixa energia.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
 Em um sistema natural, como uma floresta, após o crescimento rápido 
(estágio 1),
A diversidade e a complexidade aumentam (estágio 2).
 No estágio 3, os estoques de reserva começam a diminuir, porque o 
crescimento utilizou todos os recursos disponíveis. 
 Por um outro meio, o sistema declina para se adaptar a uma etapa de 
baixa energia (estágio 4), sendo um declínio catastrófico e inevitável.
Fonte: livro-texto
clímax-transiçãocrescimento
declínio
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IA
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TEMPO
TEMPO
TEMPO
TEMPO
restauração com baixa energia
 Howard T. Odum e Elisabeth (2001) consideram a transição para um futuro de baixa energia.
Para os autores, a primeira premissa para o declínio é que:
 Os combustíveis fósseis estão sendo utilizados mais rapidamente do que a Terra pode 
recuperá-los e que também não existem novas fontes de energia com tanta energia como os 
combustíveis fósseis. 
A segunda ideia é que:
 A civilização humana pode ter um declínio próspero para este mundo em que vivemos (de 
mais baixa disponibilidade de energia).
 O ideal é a procura ou utilização de fontes renováveis e 
conseguir o equilíbrio no sistema de vida sustentável em 
nossa sociedade.
Sociedade, engenharia e desenvolvimento 
A figura A mostra a base de produção em interação com as reservas de combustível, a energia 
constante de origem solar e o feedback (retroalimentação) do trabalho realizado na estrutura 
do sistema. A figura B é a simulação computacional desse modelo do nosso mundo e podemos 
considerar quais alternativas verdadeiras?
I. À medida que o reservatório de combustível é drenado, um estado de declínio e um estado 
estacionário após o período de crescimento são inevitáveis.
II. Após o esgotamento da fonte de energia não renovável, a sociedade pode continuar no 
mesmo ritmo de crescimento.
III. Este modelo macroscópico simples mostra que a nossa 
sociedade depende fortemente da energia disponível (a 
solar e a proveniente das fontes não renováveis, como 
o petróleo).
Interatividade
a) Somente I é verdadeira.
b) Somente II é verdadeira.
c) Somente III é verdadeira.
d) Somente I e III são verdadeiras.
e) Todas as afirmações são verdadeiras.
Interatividade
Fonte: livro-texto
Estrutura
Combustíveis
Dispersão de calor
40 anos
K
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l
1019
Depreciação
Produção
Estímulo para 
crescimento
Energia 
solar
Reserva 
de 
combus-
tível
A B
Estímulo para 
crescimento de alta 
energia
Estruturas 
do homem e 
da natureza
a) Somente I é verdadeira.
b) Somente II é verdadeira.
c) Somente III é verdadeira.
d) Somente I e III são verdadeiras.
e) Todas as afirmações são verdadeiras.
Resposta
Fonte: livro-texto
Estrutura
Combustíveis
Dispersão de calor
40 anos
K
c
a
l
1019
Depreciação
Produção
Estímulo para 
crescimento
Energia 
solar
Reserva 
de 
combus-
tível
A B
Estímulo para 
crescimento de alta 
energia
Estruturas 
do homem e 
da natureza
 Com a crescente atividade humana desde o início da Revolução Industrial surgiram algumas 
manifestações atmosféricas.
 Pode-se dizer que a evolução da poluição acompanhou a evolução do homem em sua ação 
como agente transformador de matéria-prima e produtos.
 A crescente necessidade de mecanização determinou a evolução tecnológica do homem.
 Essa evolução foi obtida pelo aumento da transformação de matéria-prima em máquinas e 
utensílios, que é gerada por meio de processos que geram:
 Poluição atmosférica
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Poluição atmosférica (definição): considerada como qualquer condição atmosférica na qual 
substâncias estejam presentes em concentrações suficientemente altas acima dos níveis 
normais, para causar efeitos indesejáveis ao homem e ao meio ambiente.
A poluição do ar pode ser decorrente de: 
 Emissões em níveis superiores aos níveis aceitáveis (Conama) ou 
 Decorrência de condições atmosféricas desfavoráveis para a dispersão de poluentes.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Fonte: commons.wikimedia.org, 2021.
 A ideia de produzir bens e serviços sem desperdícios deve fazer parte de nossas 
preocupações cotidianas;
 As constatações de permanentes e variadas agressões ao ambiente podem ser associadas 
ao desperdício de energia e ao uso excessivo dos recursos naturais;
 Movimentos, certificações e campanhas ambientais surgiram em muitos lugares do Planeta 
na década de 1990 em diante, visando cristalizar conceitos como o desenvolvimento 
sustentável e transformando-os em prática de gestão. 
 Atualmente, notam-se conceitos e práticas de 
responsabilidade de gestão, e isso se consolida como uma 
atividade profissional, principalmente por parte 
dos engenheiros.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Reduzindo a pressão sobre o meio ambiente
 A busca das empresas pelo equilíbrio de suas ações nas áreas econômica e ambiental, 
visando à sua sustentabilidade tem sido cada vez mais efetiva à sociedade. 
 Para medir esse equilíbrio, alguns modelos e ferramentas, globalmente aceitos, têm sido 
utilizados no dia a dia empresarial para o aperfeiçoamento de seus processos e ações. 
 Essas ferramentas atendem as necessidades dessas organizações em diversas etapas de 
produção, contribuindo para processos de:
 Aprendizagem, 
 Autoavaliação, 
 Prestação de contas e 
 Responsabilidade ambiental nas suas atividades.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Final de tubo (end of pipe)
 Antigamente, utilizavam-se apenas práticas de remediação e de tratamento para lidar com os 
resíduos e as emissões de um processo, qual era esse processo?
Sistemas de final de tubo (end of pipe), ou seja, o tratamento de resíduos e efluentes. 
 Nesse tipo de abordagem, o tratamento e o controle dos poluentes ocorrem depois que 
esses são gerados.
 Os sistemas de final de tubo podem incluir o tratamento de 
água, de ar e de resíduos sólidos. 
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Final de tubo (end of pipe)
 As mais variadas tecnologias foram desenvolvidas nesse sistema com esse objetivo como:
 Sistemas químicos e biológicos para tratamento de água (efluentes líquidos), 
 Sistemas de filtração para água e ar (emissão gasosa), 
 Métodos de compostagem e aterros para resíduos sólidos (resíduos sólidos). 
 Para cada efluente haverá, provavelmente, várias opções de 
tratamentos, igualmente aceitáveis, com diferenças na 
qualidade, no custo e no desempenho ambiental. 
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Final de tubo (end of pipe)
 Entretanto, ações desse tipo trazem implícita a ideia de que a quantidade de matéria-prima e 
de energia do planeta é ilimitada e que o ambiente apresenta capacidade também ilimitada 
de absorver resíduos, sejam eles tratados ou não (figura abaixo).
 O sistema funcionava em processo linear;
 Esse tipo de ação é chamado de “comando e controle” e se 
manteve como única forma de controle do meio ambiente até o 
final dos anos 1970;
 Ao longo do tempo, porém, essas práticas se mostraram 
insuficientes para lidar com o problema ambiental.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Fonte: livro-texto
Processo
Matéria-prima ilimitada
Energia ilimitada
Produto
Processo
Prevenção da poluição (PP ou P2)
 Definição de P2: refere-se a qualquer prática, processo, técnica que visem à redução ou 
eliminação em volume, concentração e toxicidade dos poluentes na fonte geradora. 
 Um passo no controle de emissões e resíduos foi o Programa de Prevenção à Poluição, 
lançado pela Agenda de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency – EPA), dos 
Estados Unidos.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Fonte: Seal of the United States Environmental Protection 
Agency.svg, 2021
Prevenção da poluição (PP ou P2)
Para o Programa de Prevenção à Poluição, deveria considerar os seguintes aspectos:
 Redução ou total eliminação de materiais tóxicos;
 Substituição de materiais no processo de produção; 
 Instalação de equipamentos de processo;
 Implantação de ciclos fechados de reciclagem;
 Desenvolvimento de novastécnicas que auxiliem na 
implantação de programas de prevenção à poluição.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Prevenção da poluição (PP ou P2): ciclo de reciclagem. 
 No ciclo aberto, o resíduo é aproveitado por terceiros para produção de um novo produto. 
 No ciclo fechado, o resíduo é reutilizado no próprio processo. 
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Matéria-prima
Produção
Descarte
CICLO FECHADO CICLO ABERTO
Produção de 1 Produção de 2Reciclagem
Matéria-prima Matéria-prima
Reciclagem
Descarte Descarte
Fonte: acervo pessoal
Prevenção da poluição (PP ou P2): ciclo de reciclagem. 
Prevenção à poluição e ecoeficiência
CICLO ABERTO 
SUPRIMENTO PARA 
OUTROS PRODUTOS
CICLO FECHADO 
AUTOSSUPRIMENTOProdutores de 
resina de PET
Fabricantes de 
garrafa PET
Envasadores de 
bebidas
Mercado
Coleta
Sucateiros
Recicladores
Envasadores 
de bebidas
Produtores da 
liga de alumínio
Fabricante da 
lata alumínio
Mercado
Coleta
Sucateiros
Recicladores
Fibras têxteis, cordas, 
garrafas sem uso para 
alimentos
Fonte: acervo pessoal
Prevenção da poluição (PP ou P2):
Junto aos programas de prevenção, pode-se citar três estratégias para ações que melhoram a 
imagem da empresa:
 Os sistemas de gerenciamento ambiental (SGA) – sistema interno numa indústria;
 A certificação ISO 14001 – desenvolvida dentro da série ISO 14000, pela Internacional 
Organization for Standardization (ISO).
 Os relatórios públicos ambientais – que consistem numa 
apresentação ambiental de organizações e empresas 
correspondente a um período específico, como o ano fiscal.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Ecoeficiência (definição): define-se pelo trabalho direcionado a minimizar impactos 
ambientais devido ao uso minimizado de matérias-primas: produzir mais com menos.
 Em termos simples, atinge-se a ecoeficiência pela eficiente utilização de reserva em 
processos econômicos. 
 A ecoeficiência seria então alcançada pela:
 Produção de bens e serviços a preço competitivo;
 Redução progressivamente ao impacto ambiental e 
 Exploração de reservas para um nível suportável pela 
capacidade estimada do planeta. 
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Ecoeficiência
O Conselho Empresarial Mundial para o Desenvolvimento Sustentável (World Business Council
for Sustainable Development – WBCSD) utiliza o conceito de ecoeficiência de modo fortemente 
associado ao impacto dos negócios no ambiente, por meio de sete ideias centrais:
 Reduzir a quantidade de matéria em bens e serviços;
 Reduzir a quantidade de energia em bens e serviços;
 Reduzir a dispersão de material tóxico;
 Aumentar a reciclagem de material;
 Maximizar o uso de fontes renováveis;
 Aumentar a durabilidade dos produtos;
 Aumentar a quantidade de bens e serviços.
Prevenção à poluição e ecoeficiência
Um passo no controle de emissões e resíduos foi o Programa de Prevenção à Poluição, 
lançado pela Agência de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency – EPA), dos 
Estados Unidos. Essa iniciativa visava reduzir a poluição por meio de esforços cooperativos 
entre indústrias e agências governamentais, com base na troca de informações e na oferta 
de incentivos. 
De acordo com a EPA, um programa de prevenção à poluição deve considerar:
a) A substituição de materiais no processo de produção para a 
redução ou total eliminação de materiais tóxicos.
b) A implantação de ciclos abertos de reciclagem.
c) O desenvolvimento de novas técnicas que auxiliem na 
remediação dos efluentes.
d) O tratamento de resíduos no final do processo.
e) A incineração para recuperação de energia.
Interatividade
Um passo no controle de emissões e resíduos foi o Programa de Prevenção à Poluição, 
lançado pela Agência de Proteção Ambiental (Environmental Protection Agency – EPA), dos 
Estados Unidos. Essa iniciativa visava reduzir a poluição por meio de esforços cooperativos 
entre indústrias e agências governamentais, com base na troca de informações e na oferta 
de incentivos. 
De acordo com a EPA, um programa de prevenção à poluição deve considerar:
a) A substituição de materiais no processo de produção para a 
redução ou total eliminação de materiais tóxicos.
b) A implantação de ciclos abertos de reciclagem.
c) O desenvolvimento de novas técnicas que auxiliem na 
remediação dos efluentes.
d) O tratamento de resíduos no final do processo.
e) A incineração para recuperação de energia.
Resposta
 Em 1989, a expressão “Produção mais Limpa” foi lançada pela Unep (United Nations
Environment Program) e pela DTIE (Division of Technology, Industry and Environment), que 
diz que: 
“A Produção mais Limpa é a aplicação contínua de uma estratégia integrada de 
prevenção ambiental a processos, produtos e serviços, para aumentar a eficiência de 
produção e reduzir os riscos para o ser humano e para o ambiente.”
 A Produção mais Limpa visa melhorar a eficiência, a lucratividade e a competitividade das 
empresas enquanto protege o ambiente, o consumidor e o trabalhador. 
 A implementação de práticas de Produção mais Limpa resulta 
numa redução significativa de resíduos, emissões e custos. 
Produção mais Limpa 
 Em geral, as melhorias e as inovações advêm de um programa simples de gerenciamento e 
ocorrem como resposta às condições reais enfrentadas pelos indivíduos envolvidos 
no processo.
Não são considerados parte da Produção mais Limpa: 
 o tratamento de efluentes; 
 a incineração;
 a reciclagem de resíduos fora do processo de produção.
 Esses processos não implicam diminuição da quantidade de 
poluentes na fonte geradora, mas atuam somente de forma 
corretiva sobre o impacto causado pelo resíduo gerado 
(final de tubo).
Produção mais Limpa
 Os esforços, dentro de cada processo separado, têm prioridade pela Produção mais Limpa, 
e reciclagem externa é considerada como última solução. 
 Para a economia de matérias-primas e a redução dos resíduos, almejam-se as intervenções 
no processo.
 Entre as ações da Produção mais Limpa que têm o objetivo de diminuir o impacto do 
processo sobre o meio ambiente, podemos citar: 
 Substituição de materiais, 
 Mudanças parciais do processo,
 Redução da emissão de substâncias tóxicas e 
 Melhorias na fabricação de produtos.
Produção mais Limpa
 Geralmente, as práticas de Produção mais Limpa, que reduzem a quantidade de reagentes 
tóxicos descartados no ambiente, são simples e de fácil execução. 
 Consistem em aperfeiçoar processos isolados e em fazer com que materiais, como água e 
matéria-primas, circulem o máximo possível dentro do processo antes do descarte, 
resultando em melhor aproveitamento de matéria-prima e energia. 
 A implementação de processos de reciclagem ou produção de 
subprodutos aumenta o fluxo de materiais dentro da unidade 
industrial e tem como consequência a diminuição da geração 
de resíduo. 
Produção mais Limpa
Fonte: livro-texto
Energia
Matéria-prima
Produto
Subproduto
Resíduo
Tratamento
Processo 1
Reciclagem
Processo 2
Reciclagem
Como aplicar os conceitos de Produção mais Limpa
 Com o objetivo de minimizar ou reduzir o uso de materiais e energia, reduzindo a quantidade 
dos resíduos é fundamental que se conheça profundamente a empresa em que a Produção 
mais Limpa será aplicada. 
Deve-se seguir uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Produção mais Limpa
Fonte: livro-texto
 Fluxo de massa
 Fluxo de energia
 Custos
Projeto em P+L
 Coleta de dados
 Reflexão
 Opções
 Viabilidade
 Implantação
 Controle
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Coleta de dados (fluxos de massa/energia e custos):
Produção mais Limpa
 A coleta de dados é a etapa mais importante e a 
mais básica, e também a que consome mais tempo. 
 Quanto melhores os procedimentos para coleta de 
dados, mais fácil será a escolha da melhor opção de 
Produção mais Limpa a ser aplicada.
PROJETO EM P+L
COLETADE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Reflexão:
Produção mais Limpa
 Onde e por que a empresa gera resíduos?
 Após a primeira etapa, os dados coletados são 
analisados e, então, deve-se fazer uma reflexão de 
acordo com os princípios da Produção mais Limpa.
PROJETO EM P+L
COLETA DE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Opções:
Produção mais Limpa
 Após refletir sobre os dados coletados, várias opções 
para a aplicação de Produção mais Limpa podem 
surgir;
 Nesse momento, podem surgir opções para reduzir 
os resíduos na fonte, para mudanças na organização 
da produção e para a reciclagem (interna ou externa).
PROJETO EM P+L
COLETA DE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Viabilidade:
Produção mais Limpa
 Uma vez selecionadas as opções de Produção 
mais Limpa, deve-se fazer um estudo da 
viabilidade econômica, técnica e ecológica para 
sua aplicação.
PROJETO EM P+L
COLETA DE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Implantação:
Produção mais Limpa
 Nessa etapa, a opção de Produção mais Limpa 
é aplicada. 
 Algumas vezes, quando as vantagens e a 
viabilidade são óbvias, essa passa a ser a primeira 
etapa após a coleta de dados.
PROJETO EM P+L
COLETA DE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Um projeto de Produção mais Limpa segue uma metodologia que inclui os seguintes passos:
Controle:
Produção mais Limpa
 Essa etapa é, provavelmente, a mais desafiadora, 
pois permite que a melhoria seja contínua, caso 
seja baseada no controle, no ajuste da aplicação e 
no estabelecimento de novas metas.
PROJETO EM P+L
COLETA DE DADOS
REFLEXÃO
OPÇÕES
VIABILIDADE
IMPLANTAÇÃO
CONTROLE
fluxo de massa
fluxo de energia
custos
Fonte: livro-texto
Depois de coletar os dados, deve-se estar apto a responder às seguintes questões:
 Qual a quantidade de matéria-prima, materiais e energia usada nesse 
determinado processo?
 Qual a quantidade de resíduos e emissões?
 De qual parte dos processos vêm os resíduos e as emissões?
 Quais resíduos são tóxicos e devem ser controlados? Por que devem ser controlados?
 Qual a parte da matéria-prima que se torna resíduo?
 Qual a parte da matéria-prima ou dos materiais utilizados se 
perde na forma de emissões voláteis?
 Quais são os custos para descartar os resíduos e a perda 
de matéria-prima?
Produção mais Limpa
Exemplo: Realizando Produção mais Limpa numa empresa de cerveja:
 Baseando-se num período de um ano, é possível utilizar planilhas para estabelecer quais são 
os principais produtos ou serviços, as principais matérias-primas, os materiais auxiliares, os 
resíduos e as emissões. 
Produção mais Limpa
Fonte: livro-texto
Planilha 1. Exemplos de principais produtos da fabricação de cerveja
Principais produtos Unidade Quantidade anual
Cerveja em garrafa L 160.000
Cerveja em barril (chope) L 65.000
Cerveja em lata L 25.000
Planilha 2. Alguns exemplos de matérias-primas e materiais auxiliares empregados na fabricação de cerveja
Matérias-primas e
materiais auxiliares
Unidade Uso Quantidade anual
Custo de aquisição 
(US$)
Cevada t MP 4.700 136.000
Lúpulo t MP 7.600 152.000
Ácido lático t MA 9.5 494.000
Rótulos unidades embalagem 120.000 23.750
Tampas unidades embalagem 120.000 30.000
Garrafas unidades embalagem 120.000 90.000
Latas unidades embalagem 20.000 12.000
Água m3 MP 272.000 136.000
Óleo t Caldeiras 700 350.000
Eletricidade MWh Total da empresa 2.500 248.000
MP – matéria-prima; MA – material auxiliar
Exemplo: Realizando Produção mais Limpa numa empresa de cerveja:
Produção mais Limpa
Planilha 3. Alguns exemplos de resíduos sólidos e emissões líquidas na fabricação 
de cerveja
Resíduos sólidos, emissões 
líquidas
Unidade
Quantidade
anual
Custo de 
descarte (US$)
Resíduo de 
cevada
t 220 44.700
Rótulos 
inutilizados
unidades 50 60
Pallets 
descartados
t 24 10.500
Garrafas 
quebradas
t 92 12.000
Resíduos de 
óleo
kg 1.000 4.200
Água m3 244.000 122.000
Resíduos de 
tinta (latas)
kg 50 405
Fonte: livro-texto
Resíduos
Exemplo: Realizando Produção Mais Limpa numa empresa de cerveja:
Produção mais Limpa
Planilha 4. Algumas sugestões para a prevenção da geração de resíduos e emissões
Sugestões Água
Garrafas
quebradas
Rótulos Óleo Pallets
Troca da
embalagem
X X
Reciclagem 
interna
X X X
Treinamento de 
pessoal
X X X X X
Melhoria na 
tecnologia
X X
Fonte: livro-texto
Aplicação da Produção + Limpa
A Produção mais Limpa prioriza os esforços dentro de cada processo isolado, colocando a 
reciclagem externa entre as últimas opções a considerar. Busca-se maximizar as intervenções 
no processo, com vistas à economia de matérias-primas e à minimização dos resíduos.
Entre as ações da Produção mais Limpa, podemos citar:
a) A substituição de materiais.
b) Mudanças parciais do processo.
c) Redução da emissão de substâncias tóxicas.
d) Melhorias na fabricação de produtos que, direta ou 
indiretamente, diminuem o impacto do processo sobre o 
meio ambiente.
e) Todas as anteriores.
Interatividade
A Produção mais Limpa prioriza os esforços dentro de cada processo isolado, colocando a 
reciclagem externa entre as últimas opções a considerar. Busca-se maximizar as intervenções 
no processo, com vistas à economia de matérias-primas e à minimização dos resíduos.
Entre as ações da Produção mais Limpa, podemos citar:
a) A substituição de materiais.
b) Mudanças parciais do processo.
c) Redução da emissão de substâncias tóxicas.
d) Melhorias na fabricação de produtos que, direta ou 
indiretamente, diminuem o impacto do processo sobre o 
meio ambiente.
e) Todas as anteriores.
Resposta
Definição: balanços de massa e energia são ferramentas que auxiliam o engenheiro 
a conhecer:
 O processo, 
 Identificar os fluxos de materiais e energia que atravessam o processo, 
 Estabelecer os principais locais de geração de resíduos ou de desperdício de energia. 
Balanços de massa e energia
MATÉRIAS-
PRIMAS
MÃO DE 
OBRA
RECURSOS
RESÍDUOS
PRODUTO
Fonte: acervo pessoal
 Somente com o conhecimento detalhado desses fluxos é possível propor opções para 
minimização de resíduos, emissões e consumo de energia.
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
ENTRADAS SAÍDAS
MATERIAIS
ENERGIA
PRODUTOS
EMISSÕES
PERDAS DE 
ENERGIA
Administração
Processo A
Processo B
Processo C
Manutenção
As quantidades de material que são processadas nas indústrias podem ser descritas por:
 balanços de massa;
 obedecer ao princípio de conservação da massa.
Do mesmo modo, quantidades de energia que são processadas nas indústrias podem ser 
descritas por:
 balanços energéticos;
 obedecer ao princípio da conservação de energia.
 Se não houver um acúmulo/armazenamento, o que entra 
em um processo deve sair.
 Qual a parte da matéria-prima ou dos materiais utilizados se 
perde na forma de emissões voláteis?
“Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se 
transforma.” Antoine Lavoisier
Balanços de massa e energia
Fonte: autoria própria, 2021.
MASSA 
QUE 
ENTRA
ACÚMULO
MASSA 
QUE SAISistema
Análise de fluxo de materiais
Balanço de material (massa): é fundamental para o controle da transformação, 
particularmente no controle dos rendimentos de cada produto.Esse balanço de material pode 
ser empregado: 
 Na fase exploratória de um novo processo, 
 Na melhoria de uma unidade piloto em que um processo está sendo planejado 
e testado,
 Na operação da planta e como instrumento de controle 
de produção contínua. 
Balanços de massa e energia
Análise de fluxo de materiais
Em qualquer unidade da operação, seja qual for a sua natureza, os balanços de material e 
energia podem ser representados esquematicamente como uma caixa, como mostrado na 
figura abaixo:
Balanços de massa e energia
Representação esquemática dos balanços de massa e energia.
Fonte: livro-texto.
Matérias-primas
Energia 
MASSA 
QUE 
ENTRA
ACÚMULO
MASSA 
QUE 
SAI
Sistema
Materiais armazenados
Energia armazenada
Total de produtos
Total de resíduos
Total de energia incorporada 
nos produtos
Total de energia que sai 
com os resíduos
Total de energia perdida 
para as vizinhanças
OPERAÇÃO UNITÁRIA 
PROCESSO OU 
EMPRESA
Análise de fluxo de materiais
 O princípio de conservação de massa determina o chamado balanço de matérias ou balanço 
de massa.
Massa de entrada = Massa de saída + Massa armazenada 
Matérias-primas = Produtos + Resíduos + Materiais armazenados
Então pode-se dizer que:
m mp =  mp +  mr +  mar
Em que:
 mmp =  mmp1 +  mmp2 +  mmp3 = total de matérias-primas
 mp =  mp1 +  mp2 +  mp3 = total de produtos
 mr =  mr1 +  mr2 +  mr3 = total de resíduos 
 mar =  mar1 +  mar2 +  mar3 = total de matérias armazenadas
Balanços de massa e energia
Análise de fluxo de materiais
 Empresas deverão criar um sistema de informação que permita aos engenheiros seguir os 
fluxos de material, possibilitando o controle sobre esses fluxos e garantindo a eficiência 
de cada um deles.
 Para efetuar uma análise de fluxo de materiais é necessário seguir os seguintes passos 
(roteiro):
1) Definição das variáveis a considerar
2) Limitação do espaço de análise (etapas)
3) Limitação do tempo de análise
4) Representação gráfica dos fluxos:
 Qualitativa/quantitativa
5) Interpretação e conclusão
 Exemplo da equação geral do balanço: análise de fluxo de 
massa de um processo de pintura de bicicletas.
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Fonte: livro-texto.
Exemplo de uma análise de fluxo de massa de um processo de pintura de bicicletas.
1) Variáveis a considerar: tinta, solventes e outros materiais auxiliares
2) Espaço: pré-tratamento, câmara de pintura e secagem
3) Tempo: 1 ano
4) Representação qualitativa dos fluxos: figura abaixo
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Após a identificação dos componentes do processo, pode-se representar cada etapa 
da operação com retângulos e os fluxos de materiais são representados por setas.
Bicicleta sem pintura
tinta, solventes 
materiais auxiliares
Bicicleta sem pintura
pré-tratamento,
secagem.
aplicação do primer e pintura,
Balanços de massa e energia
Desengraxante
usado
Thinner 
usado
Limite do sistema
Thinner
Tinta 
Thinner
Fita-crepe
Filtro 
Ar
Filtro, tinta, 
ar e Thinner
Ar e thinner
Filtro
Ar, tinta e thinner
Pré-
tratamento
Secagem
Primer
pintura
Vapor Limpeza
Água 
desengraxante
Fonte: livro-texto.
Análise de fluxo de materiais
4) Todos os materiais que entram em cada etapa do processo devem sair na forma de produto, 
resíduo ou emissões (princípio da conservação de massa), como mostra a figura abaixo: 
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Análise de fluxo de materiais
4) Conhecendo-se os caminhos dos materiais por meio do processo, pode-se atribuir nomes a 
cada fluxo (figura abaixo). 
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Limite do sistema
Filtro
Pré-
tratamento
Secagem
Primer
pintura
Vapor Limpeza
Ar e thinner
Ar, tinta e thinner
E9
E8
S5
E7
E1
E2
E3
E4
E6
E5
S2
S3
S4
S1
S6
Análise de fluxo de materiais
4) Representação quantitativa dos fluxos: tabela abaixo
Balanços de massa e energia
DESCRIÇÃO UN. QUANT. DESCRIÇÃO UN. QUANT.
E1 Peça sem 
pintura
kg 20.400 S1 Peça pintada kg 20.800
E2,
E3
Tinta + 
Solvente
kg 4.000 S2,
S3
Ar + tinta+thinner m3 101.000.000
E4 Fita-crepe rolos 1.200 S4 Filtro usado kg 270
E5 Ar m3 101.000.000 S5 Desengraxante usado 
(água + detergente)
kg 50.400
E6 Filtro de ar kg 100 S6 Solvente usado m3 1.400
E7 Água m3 49.500
E8 Detergente L 60
E9 Thinner kg 2.000
Fonte: livro-texto.
Análise de fluxo de materiais
5) Interpretação e conclusões:
 Calcular a eficiência da pintura, dividindo-se a massa de tinta seca aplicada à peça pela 
quantidade de matéria-prima que entra no processo de produção.
ɳ= (20.800 – 20.400)kg / (2.000)kg = 0,20 ou 20% 
tinta seca sai tinta seca entra 
(tinta-solvente, assumindo 50% de cada)
Balanços de massa e energia
S1 – E1 E2
Compara-se esse valor com 
dados de referência e aplica-
se a P+L e recalcula-se essa 
eficiência para verificar a 
melhora.
ɳ= massa seca aplicada / massa de tinta na entrada
ɳ= Sai / Entra, no caso da pintura da bicicleta:
DESCRIÇÃO UN. QUANT. DESCRIÇÃO UN. QUANT.
E1 Peça sem 
pintura
kg 20.400 S1 Peça pintada kg 20.800
E2,
E3
Tinta + 
Solvente
kg 4.000 S2,
S3
Ar + tinta+thinner m3 101.000.00
0
E4 Fita-crepe rolos 1.200 S4 Filtro usado kg 270
E5 Ar m3 101.000.000 S5 Desengraxante usado 
(água + detergente)
kg 50.400
E6 Filtro de ar kg 100 S6 Solvente usado m3 1.400
E7 Água m3 49.500
E8 Detergente L 60
E9 Thinner kg 2.000
Análise de fluxo de materiais
5) Interpretação e conclusões:
Após a observação do processo, o fabricante identificou o desengraxe das peças como 
um ponto fraco do processo:
 Para melhorar essa etapa, deve-se diminuir o gasto de tinta e evitar que os defeitos na 
pintura fossem encaminhados para a etapa de limpeza, reduzindo o consumo 
desengraxante (S5) e de thinner (S6). 
O objetivo da análise pode ser o de melhorar o processo
como: 
 Utilização do sistema produção mais limpa; ou
 Conhecer todos os principais fluxos de materiais que 
compõem o sistema de pintura.
Balanços de massa e energia
Análise de fluxo de energia
Balanço de energia
 Na física, o balanço energético é uma apresentação sistemática dos fluxos de energia e as 
transformações em um sistema.
 A base teórica para um balanço energético é a primeira lei da termodinâmica que diz que: a 
energia não pode ser criada ou destruída, apenas modificada na sua forma. 
1ª Lei da Termodinâmica
 Em engenharia, balanços energéticos são utilizados para 
quantificar a energia utilizada ou produzida por um sistema. 
Balanços de massa e energia
Fonte: Gordon J. Van Wylen (1995).
Análise de fluxo de energia
O balanço energético de um sistema é muito semelhante a um balanço de massas, porém 
existem algumas diferenças, como: 
1) Um sistema específico pode ser fechado em um balanço de massas, mas sempre 
aberto para o balanço energético; e 
2) Embora seja possível ter mais de um balanço de massas para um sistema energético, 
só pode haver um balanço energético. 
Em um balanço do total de energia:
ENTRADA = SAÍDA + ARMAZENADO
Balanços de massa e energia
Análise de fluxo de energia
 Da mesma forma que a massa se conserva, também se conserva a energia. 
 A energia que entra em um sistema produtivo deve ser igual à energia que sai mais a 
energia que fica armazenada.
Energia de entrada = Energia de saída + Energia armazenada + Perdas 
(produto + resíduo)
ΣEmp = ΣEp + Σ Er + ΣEar + ΣEL
Em que:
ΣEmp = Total de energia que entra
ΣEp = Total de energia incorporada nos produtos 
ΣE r = Total de energia que sai com os resíduos 
ΣEar = Total de energia armazenada 
ΣEL = Total de energia perdida para as vizinhanças 
Balanços de massa e energia
Análise de fluxo de energia
 O diagrama Sankey é uma ferramenta muito útil para representar os fluxos de entrada e saída de 
energia de qualquer equipamento ou sistema, como caldeiras, aquecedores ou fornos após 
realização do balanço energético (fig.abaixo).
 Esse diagrama representa visualmente as várias saídas e as perdas da energia que possam se 
concentrar em encontrar e priorizar melhorias.
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Perda no gás de escape
20-50%
Pré-aquecedor
Perdas pelas paredes do forno
3-10%
Perdas na abertura do forno
1-2%
Saída
30-60%
Perdas por resfriamento
5-10%
calor armazenado
2-5%
Energia reaproveitada
10-30%
Forno
100%
energia recuperada
Análise de fluxo de energia
A partir do diagrama de Sankey, fica claro que as perdas dos gases de escape são uma área-
chave para uma atenção prioritária:
 Uma vez que fornos operam em altas temperaturas, os gases de escape saem do forno a 
altas temperaturas, resultando em diminuição da eficiência. 
 Quanto menor a temperatura dos gases de escape que deixam o pré-aquecedor, maior 
será a eficiência do forno.
Balanços de massa e energia
Fonte: livro-texto.
Energia reaproveitada 
10-30%
Perdas no gás de escape 
20-50%
Pré-aquecedor
Perdas pelas paredes do 
forno 3-10%
Balanços de massa e energia são ferramentas que auxiliam o engenheiro a conhecer um 
processo, a identificar os fluxos de materiais e energia que atravessam o processo, a 
estabelecer os principais locais de geração de resíduos ou de desperdício de energia de forma 
quantitativa. Somente com o conhecimento detalhado desses fluxos é possível propor opções 
para minimização de resíduos e emissões ou de consumo de energia. Para coletar os dados e 
calcular os custos de descarte dos resíduos ou a perda de matéria-prima, deve-se estar apto a 
identificar:
a) Qual a quantidade de matéria-prima, materiais e energia 
usados nesse determinado processo.
b) Qual a quantidade de resíduos e emissões e de qual parte 
dos processos vêm os resíduos e as emissões.
c) Qual a parte da matéria-prima que se torna resíduo.
d) Qual a parte da matéria-prima ou dos materiais utilizados se 
perde na forma de emissões voláteis.
e) Todas as anteriores.
Interatividade
Balanços de massa e energia são ferramentas que auxiliam o engenheiro a conhecer um 
processo, a identificar os fluxos de materiais e energia que atravessam o processo, a 
estabelecer os principais locais de geração de resíduos ou de desperdício de energia de forma 
quantitativa. Somente com o conhecimento detalhado desses fluxos é possível propor opções 
para minimização de resíduos e emissões ou de consumo de energia. Para coletar os dados e 
calcular os custos de descarte dos resíduos ou a perda de matéria-prima, deve-se estar apto a 
identificar:
a) Qual a quantidade de matéria-prima, materiais e energia 
usados nesse determinado processo.
b) Qual a quantidade de resíduos e emissões e de qual parte 
dos processos vêm os resíduos e as emissões.
c) Qual a parte da matéria-prima que se torna resíduo.
d) Qual a parte da matéria-prima ou dos materiais utilizados se 
perde na forma de emissões voláteis.
e) Todas as anteriores.
Resposta
 ODUM, H. T.; ODUM, E. A prosperous way down: principles and policies. Oklahoma: 
Oklahoma Press University, 2001.
Referências
ATÉ A PRÓXIMA!