Slides de Aula - Unidade III - Quimica

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Prof. MSc. Luiz Netto
UNIDADE III
Química Ambiental
 Aplicação contínua de uma estratégia ambiental preventiva integrada para processos, 
produtos e serviços a fim de aumentar a eficiência global e reduzir os riscos para os seres 
humanos e o meio ambiente.
 Nos processos de produção, a P+L aborda a economia de matérias-primas e energia, 
eliminando matérias-primas tóxicas e a redução da quantidade e toxicidade dos 
resíduos e das emissões.
 No desenvolvimento e no design de produtos, a P+L aborda a redução dos impactos 
negativos durante todo o ciclo de vida do produto, desde a extração de matérias-primas 
até o descarte.
 Nos serviços, a P+L incorpora considerações ambientais 
na concepção e na prestação de serviços.
 A P+L só terá sucesso se cada membro da empresa apoiar 
e promover o conhecimento de todas as operações de 
produção. A P+L é principalmente um estímulo 
de novas ideias.
Produção mais limpa (P+L)
 Coleta de dados: quanto melhor se
conhecem os processos e os dados reais, 
melhor é a aplicação de métodos 
apropriados de P+L.
 Reflexão: análise de onde e por que 
os resíduos são gerados e refletir sobre 
os princípios da P+L.
 Opções: surgimento de novas ideias 
para uma melhor implantação da P+L.
 Viabilidade: viabilidade das opções de P+L consideradas.
 Implementação: consideram-se as vantagens e a viabilidade 
da opção selecionada.
 Controle: resultados do controle que permitem 
estabelecer novas metas e objetivos para a implementação 
de melhoria contínua.
Produção mais limpa (P+L)
Elementos essenciais para aplicação de P+L. Fonte: Livro-texto.
Fluxos de massa, fluxo de energia, 
custos, higiene e segurança
Onde os resíduos são gerados?
O que se pode fazer com os resíduos que são gerados?
Como evitar/minimizar a geração de resíduos? 
É viável (tecnológica e/ou economicamente)
evitar/minimizar a geração de resíduos?
Qual o desempenho do sistema após a aplicação da
opção de P+L selecionada?
Aplicação da opção de P + L selecionada
Coleta de dados
Reflexão
Opções
Viabilidade
Implementação
Controle
 Os passos para a aplicação do controle de um programa de 
P+L podem ser utilizados em vários níveis (dentro e fora da 
empresa) e os resultados podem ser empregados para 
diferentes finalidades e públicos.
Produção mais limpa (P+L)
Os usos para um programa de controle de P+L. Fonte: Livro-texto.
Documentos gerados A quem interessam
Relatório de desempenho ambiental da empresa
Análise de fragilidades ambientais/econômicas
Plano de Controle Ambiental
Sistema de Gestão Ambiental (ISO 14001 )
Relatório Ambiental Público
Direção e gestores
Direção
Atendimento à legislação e gestão 
interna de resíduos
Investidores e clientes
 Os resíduos e as emissões incluem todos os sólidos, gases e líquidos emitidos para a 
atmosfera, a água ou o solo, e podem englobar ainda o ruído e o calor residual.
 Esses materiais são matérias-primas e materiais de processo – a maioria comprada a um 
custo muito alto – que não são transformados em produtos comercializáveis ou em matérias-
primas que possam ser usadas como entrada em outros processos de produção.
 Minimizar resíduos e emissões significa aumentar a utilização de materiais e energia 
utilizados na produção (aumento da ecoeficiência), sem esquecer de incluir atividades que 
muitas vezes são negligenciadas, como manutenção, reparação, limpeza e atividades da 
área administrativa.
 Em um caso ideal, a meta seria usar 100% dos materiais 
comprados, garantindo um processo sem emissões e 
aumentando a ecoeficiência da sua empresa. Dessa forma, 
para a empresa, a minimização de resíduos não será apenas 
uma meta ambiental, e sim um programa orientado para 
aumentar a utilização comercial de materiais.
Resíduos e emissões
 Caso: melhoria no processo 
de aplicação de uma camada 
de pintura em uma bicicleta.
 Inicialmente temos um pintor 
sem treinamento, utilizando uma 
pistola de pintura mal regulada, e 
uma tinta convencional à base 
de solvente.
 Escolhendo uma tinta com menor teor de solvente volátil e 
empregando uma pistola de pulverização adequada (com 
bomba de dosagem) – ou seja, a melhor tecnologia disponível 
–, pode-se reduzir o consumo de matéria-prima necessária 
para a aplicação da mesma camada de tinta.
Resíduos e emissões
Minimizando resíduos e emissões na pintura de 
uma bicicleta: materiais. Fonte: Livro-texto.
Quantidade de tinta aplicada
Quantidade desperdiçada
Quantidade de tinta
Quantidade de solventes 
voláteis
Quantidade de matéria-prima
comprada
200 g
200 g
400 g
1.000 g
60%
Treinamento do pintor
Compra de pistola de 
pulverização adequada
Compra de matéria-prima
com menos solventes voláteis
200 g
50 g
250 g
20%
312,5 g
Antes Ações Depois
 Considerando que a tinta 
convencional custa R$ 20 por 
quilograma e a tinta com 
menor teor de solvente, 
40 R$/kg, pode-se 
calcular a economia com 
a minimização do uso de 
matéria-prima no processo.
 Apesar de a tinta aplicada “parecer” mais custosa com a 
mudança da tinta usada, as economias relativas às perdas 
de materiais voláteis e aos desperdícios causados pelo mau 
desempenho do pintor compensam o investimento.
 Com uma economia total de R$ 7,5 reais por bicicleta pintada, 
pode-se compensar um investimento de, por exemplo, 
R$ 1.000 para compra da pistola e treinamento, após 
aproximadamente 140 pinturas (R$ 1.000/R$ 7,50).
Resíduos e emissões
Minimizando resíduos e emissões na pintura de uma bicicleta: custos. Fonte: Livro-texto.
Quantidade de tinta aplicada
Quantidade de tinta
Quantidade desperdiçada
Quantidade de 
solventes voláteis
Quantidade de matéria-prima
comprada
200 g
200 g
400 g
60%
1000 g
Antes Depois
R$ 4 200 g R$ 8 - R$ 4,00
R$ 4
R$ 12
R$ 20
250 g
20 %
50 g R$ 2
R$ 2,50
R$ 12,50312,50 g R$ 7,50
R$ 9,50
R$ 2,00
Economia
 Processo final de tubo: trata dos problemas no final do processo de produção. 
 Esse tipo de abordagem traz custos adicionais para a empresa e apenas muda o problema 
de lugar, por exemplo, filtrando os poluentes de emissões gasosas, mas gerando um resíduo 
sólido contaminado (filtro).
Em comparação com a eliminação de serviços externos ou tecnologias de fim de tubo, 
a P+L tem várias vantagens:
 Apresenta possíveis soluções para melhorar a eficiência econômica da empresa, uma vez 
que ajuda a reduzir a quantidade de materiais e energia utilizados;
 Minimizando resíduos e emissões, geralmente induz a um processo de inovação 
dentro da empresa;
 Reduz os riscos da responsabilidade ambiental, eliminando 
e reduzindo resíduos;
 Auxilia a dar um passo em direção a um desenvolvimento 
econômico mais sustentável.
O final de tubo não resolve?
As questões levantadas pela P+L em qualquer processo são:
De onde vêm nossos resíduos e emissões?
Por que se tornaram resíduos?
 Devemos buscar a fonte dos resíduos. Portanto, a diferença essencial reside no fato de que 
a P+L não lida apenas com as consequências, e sim tenta chegar à fonte do problema.
O final de tubo não resolve?
 Há produtos bastante comuns que, durante 
sua fabricação, geram uma grande quantidade 
de resíduos. Por exemplo, uma empresa que 
vende anéis vermelhos isolantes de borracha, 
de diâmetro 10 mm, e azuis de 6 mm. Na unidade 
da estamparia, descobre-se que os resíduos 
sólidos do corte de anéis de borracha 
correspondem a mais de 70% da matéria-prima 
comprada e que não há possibilidade de 
comercialização desses resíduos.
 O investimento em uma ferramenta de corte que permite 
o corte simultâneo dos dois tipos de anéis pode reduzir a 
quantidade de resíduos sólidos em aproximadamente 10%.
 O problema não é o que fazer com os resíduos sólidos, mas 
melhorar os processos de produção.
O final de tubo não resolve?
Processos de corte de anéis de borracha antes e depois da aplicação do 
programa de minimização de resíduos. Fonte: Livro-texto.
Antes
Depois A empresa pode também reduzir os 
custos com energia e manutenção, 
já que diminui o número de operações 
de cortes e o uso da máquina 
pela metade.
 A P+L considera a empresa como 
organismo. MP, energia, produtos, 
resíduos sólidos e emissões para a 
água e o ar estão intimamente ligados 
ao longo do processo de produção.
O final de tubo não resolve?
Minimizando os resíduos com o melhor aproveitamento da matéria-prima. Fonte: Livro-texto.
Área de manta vermelha
Área dos anéis Φ 10 mm
Total de resíduos
Área de manta azul
Área dos anéis Φ 6 mm
Total de resíduos
Área total da manta verde
Área dos anéis Φ 6 e 10 mm
Total de resíduos
2.904
678
2.226
1.176
377
799
2.904
1.055
1.849 63,7%
68,0%
76,6%
mm2 Perdas
O fabricante ainda conta com um “resíduo” de anéis de 8 mm de 
diâmetro, que podem ser facilmente comercializados no mercado.
1.582
2.904
1.321 45,5%
Área dos anéis Φ 6, 8 e 10 mm
Área total da manta verde
Total de resíduos
Além dos argumentos em favor 
da P+L, outras vantagens podem 
ser citadas:
 Evita o aumento de custos por 
causa da gestão de resíduos;
 Menos suscetível a entraves 
(exemplo: licenças ambientais);
 Menos problemas em virtude 
das obrigações civis;
 Melhor imagem;
 Menor número de protestos de vizinhos.
O final de tubo não resolve?
Comparação entre as abordagens de final 
de tubo e P+L; Fonte: Livro-texto.
Como tratar resíduos e emissões?
Reage a um problema.
Traz custos adicionais.
Cumpre a legislação com filtros e 
unidades de tratamento.
Só lida com a proteção ao 
ambiente no final do processo.
A proteção ambiental é um 
problema para especialistas.
A tecnologia é, em geral, 
comprada.
Aumenta o consumo de material 
e energia.
Final de tubo P+L
De onde vêm os resíduos e 
as emissões?
Atua no problema.
Pode reduzir custos.
Ajuda a cumprir a legislação, 
reduzindo os resíduos e a 
necessidade de tratamento.
Lida com a proteção ao ambiente 
durante todo o processo.
A proteção ambiental é um 
problema de todos.
A tecnologia é, em geral, desenvolvida
dentro da empresa (inovação).
Reduz o consumo de material 
e energia.
Em 1999, uma unidade de produção de celulose iniciou o projeto de Fechamento de Circuito 
para otimizar o uso de água e o aumento do reúso e reciclo de filtrados no processo produtivo, 
envolvendo tanto o processo de celulose quanto o de fabricação de papel. Foram gastos na 
implantação das tecnologias mais limpas relacionadas à parte hídrica US$ 46 milhões. 
A evolução dos indicadores ambientais obtidos entre 1997 e 2001 apresenta significativos 
ganhos ambientais, como redução na vazão específica de água utilizada no processo; redução 
da vazão específica de efluentes e redução de DQO (demanda química de oxigênio) do 
efluente tratado. A economia obtida somente com a redução dos gastos com o tratamento 
de água e de efluentes no período foi de US$ 3,8 milhões.
Evolução dos indicadores ambientais obtidos entre 1997 e 2001.
Interatividade
Parâmetro Unidade 1997 2001
Vazão de água (captada) m3/t 68,3 45,0
Vazão de efluente m3/t 61,3 33,6
DQO (efluente tratado) kg/t 19,8 11,3
Da observação dos dados apresentados na tabela, pode-se afirmar que:
a) A demanda química de oxigênio do efluente tratado não se altera.
b) A economia obtida somente com a redução dos gastos com o tratamento de água e de 
efluentes não justifica a solução de produção mais limpa (P+L) aplicada ao processo.
c) A vazão de água captada para os processos de produção foi reduzida em 
aproximadamente 35%.
d) Os ganhos ambientais após a aplicação da produção mais limpa (P+L) só são observados 
no que se refere à vazão específica de água utilizada no processo.
e) A redução da vazão específica de efluentes foi de 20%.
Interatividade
Da observação dos dados apresentados na tabela, pode-se afirmar que:
a) A demanda química de oxigênio do efluente tratado não se altera.
b) A economia obtida somente com a redução dos gastos com o tratamento de água e de 
efluentes não justifica a solução de produção mais limpa (P+L) aplicada ao processo.
c) A vazão de água captada para os processos de produção foi reduzida em 
aproximadamente 35%.
d) Os ganhos ambientais após a aplicação da produção mais limpa (P+L) só são observados 
no que se refere à vazão específica de água utilizada no processo.
e) A redução da vazão específica de efluentes foi de 20%.
Resposta
 Apenas as medidas tecnológicas 
não podem ajudar a desenvolver 
uma produção eficiente e limpa. 
Há uma infinidade de outras 
áreas a considerar.
 O objetivo principal é encontrar 
medidas para resolver o problema 
na fonte. Essas alterações incluem 
tanto o processo de produção 
como produto em si.
 As modificações de produtos podem facilitar a produção, o uso 
e o descarte. Pode-se realizar a substituição do produto por 
outro, usar diferentes materiais ou aumentar a vida útil do 
produto durante o projeto. Nesse contexto, o termo eco-design
ganhou importância nos últimos anos.
Começando a pensar de acordo com a P+L
Algumas estratégias de P+L. Fonte: Livro-texto.
P
+
L Minimizar
resíduos e
emissões
Boas práticas
Reciclagem interna
Modificação
do produto
Modificação
do processo
Novos materiais
Novas tecnologias
Redução na fonte
 As modificações do processo podem ajudar a reduzir os resíduos e as emissões. Para 
o processo, o que abrange as matérias-primas diretas, mas também o uso de materiais 
auxiliares, materiais de limpeza, material de escritório, água e energia.
 Essas mudanças podem incluir treinamento e motivação de pessoal, alterações no 
funcionamento dos equipamentos, instruções de manuseio de materiais, recipientes etc.
 A substituição de matérias-primas e materiais tóxicos nos ajuda a reduzir os volumes de 
resíduos e as emissões. Já as mudanças tecnológicas podem variar de simples a grandes 
mudanças no processo de fabricação e incluem medidas de economia de energia, 
implantação de processos de reciclagem, aproveitamento de material para fabricar 
um novo etc. 
 Temos como exemplo os nuggets, que são aparas de frango, 
sem valor comercial, prensadas e empanadas.
Começando a pensar de acordo com a P+L
A base para a P+L e para descobrir as medidas adequadas para sua aplicação, na maioria dos 
casos, parte da coleta de dados ou de banco de dados atualizado. Os dados representam a 
base para o planejamento. Antes de coletar os dados, é preciso ser capaz de responder às 
seguintes perguntas:
 Quais são os dados de que preciso?
 Onde posso obtê-los?
 Quais as fontes de informação que existem na empresa?
 Depois se estabelece uma fronteira em que 
se pode considerar a empresa como um todo 
ou uma determinada área.
Coleta de dados
Possíveis fronteiras do 
sistema. Fonte: Livro-texto.
Emissões
Materiais
Energia
Processo
B
Processo
A
Administração
Produtos
Após os balanços de massa e energia, todos os materiais e recursos energéticos podem ser 
monitorados em três pontos:
 Ponto de entrada: no momento em que são adquiridos. Aqui podem ser consultados 
documentos de contabilidade e custos, recibos de entrega, documentos de fornecedores 
sobre a composição de produtos, contabilidade interna de embalagens etc.;
 Ponto de saída: na forma de produto, de emissões, resíduos sólidos e/ou líquido e 
desperdícios de calor. Para isso, pode-se consultar a lista dos produtos, a composição, 
documentos internos sobre resíduos e emissões, recibos de venda, contas de 
empresas etc.
 Ponto de utilização: na máquina ou na unidade de produção. 
Aqui também, dependendo da estrutura organizacional, haverá 
medições de desempenho das máquinas e instalações, 
informação pessoal sobre o horário de trabalho e mudanças de 
turno, especificações do produto para as máquinas, 
identificação do modelo etc.
Coleta de dados
De início, a informação não pode ser completa em qualquer um desses pontos. Mas após a 
coleta de todos os dados, você deve ser capazde responder às seguintes perguntas:
 Quanto de matéria-prima e materiais auxiliares se usa no processo?
 Qual a quantidade de energia usada?
 Qual a quantidade/qualidade dos resíduos e emissões?
 Em qual parte do processo os resíduos e as emissões são gerados?
 Quais produtos geram, são resíduos perigosos ou controlados, por quê?
 Quanto da matéria-prima torna-se resíduo?
 Quanto da matéria-prima é perdido na forma 
de emissões voláteis?
 Quais são os custos incorridos por causa da eliminação 
de resíduos e da perda de matérias-primas?
Coleta de dados
 O próximo passo é classificar os resíduos. Resíduos e emissões podem se originar a partir 
de diferentes matérias-primas e por várias razões.
 Os resíduos e as emissões 
podem ser classificados em 
categorias. Para cada categoria, 
diferentes estratégias podem ser 
aplicadas para evitar ou 
minimizar a geração de resíduos, 
desperdícios ou emissões.
Coleta de dados
Estratégias para evitar resíduos ou emissões. Fonte: Livro-texto.
Resíduo Exemplos Estratégias
Matéria-prima que não 
se torna produto
Sobra de placas, rebarbas
Resíduos de tintas e vernizes
Resíduos em água de lavagem
Mudança de tecnologia
Automação
Treinamento de pessoal
Troca da matéria-prima
Mudança no projeto do produto
Impurezas ou 
substâncias secundárias
Gordura
Cascas de frutas
Troca da matéria-prima
Aproveitamento
Subprodutos não 
descartados
Lodo do tratamento de água
Solvente evaporado
Mudanças no processo
Troca de matéria-prima
Mudanças no produto
Materiais auxiliares 
descartados
Lubrificantes
Solventes
Pincéis
Reciclagem interna
Limpeza e manutenção
Embalagens
Vidros de produtos químicos
Caixas de papelão ou madeira 
Pallets
Reciclagem externa 
Reúso
Retorno ao fornecedor
Produtos não 
comercializados
Peças com defeito
Produto fora do padrão de 
qualidade
Mudanças de tecnologia
Mudança de produto
Treinamento de pessoal
Automação
Controle de qualidade
Resíduos de manutenção
Panos de limpeza
Filtros
Lubrificantes
Melhorar a vida útil
Trocar os materiais
Terceirizar o serviço
 Ferramentas que auxiliam no 
conhecimento de 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.
 Balanços energéticos são também utilizados na análise das 
várias fases de um processo, ao longo de todo o processo e 
também de toda a cadeia produtiva. Esses balanços podem 
ajudar a estudar os meios de reduzir o consumo de energia 
nos processos de transformação.
Balanços de massa e energia
Esquema de balanço de massa e energia. Fonte: Livro-texto.
Energia
Matérias-primas
Produtos
Resíduos
Emissões
Operação unitária
Processo
Empresa
Materiais e energia
armazenados
 As quantidades de material que são processadas nas indústrias podem ser descritas por 
balanços de massa, que obedecem o princípio da conservação de massa: “A massa não 
pode ser criada nem destruída, apenas transformada”.
 Se não houver um acúmulo ou armazenamento, o que entra em um processo deve sair.
 Por exemplo, em um processo, 120 g de enxofre estão contidos no carvão queimado 
diariamente em uma caldeira, essa quantidade de enxofre deixará a câmara de combustão 
por dia, de uma forma ou de outra (cinzas, fuligem). A soma das quantidades de enxofre 
presentes nas substâncias deve ser igual a 120 g.
Balanços de massa
Esquema geral:
Matérias-primas = Produtos + Resíduos + 
Materiais armazenados
Σmmp = Σmp + Σ mr + Σmar
Balanços de massa
 Todos os materiais que 
entram em cada etapa do 
processo devem sair na 
forma de produto, resíduo 
ou emissões.
 Identifica-se todos os 
materiais empregados 
no processo e também os 
resíduos e as emissões.
Balanços de massa
Balanço de massa do processo de fabricação de solda. Fonte: Livro-texto.
Fusão
Forno de
recuperação
Cliente
Aterro
Empresa de
recuperação
Sucata
Solda
273.000 kg
Borra
68.100 kg
C
h
u
m
b
o
 
6
9
.5
0
0
 k
g
E
s
ta
n
h
o
 
1
1
8
.0
0
0
 k
g
53.800 kg
30.800 kg
44.000 kg
29.700 kg
13.200 kg
Eficiência do processo:
η = massa solda vendida/massa de matéria-prima
η = (273.000)/(118.000 + 69.500 + 29.700 + 68.100) = 0,96 ou 96%
 A eficiência calculada é alta e indica que o fabricante, que já 
utiliza soluções de P+L, emprega eficientemente os materiais.
Balanços de massa
 Caso o fabricante deixasse 
de recolher a borra dos 
clientes e usasse apenas 
sucata. A tabela mostra os 
benefícios econômicos da 
recuperação da borra.
Balanços de massa
Simulação do retorno de borra da solda 63 – Estanho 37/Chumbo. Fonte: Livro-texto.
 É fácil também observar na tabela que o aumento na 
captação de sucata leva à diminuição do custo total das 
matérias-primas. Quando se duplica a quantidade de 
sucata, por exemplo, obtém-se uma redução de custo 
de aproximadamente 6%, além daquela já obtida pela 
captação de borra.
Simulação da captação anual de sucata da solda 63, – Estanho 
37/Chumbo. Fonte: Livro-texto.
Retorno da borra
Total
R$/ano
Sem retorno de borra 6.179.729
5.866.785Atual
Atual 5.301.785
5.454.246
5.125.825
4.949.865
Sem compra de sucata
Sucata x2
Sucata x3
Captação de sucata Custo total das matérias-primas
R$/ano
A utilização de material na fabricação de soldas pode ainda ser melhorada de várias maneiras:
 Boas práticas de produção: manuseio cuidadoso das matérias-primas e materiais 
auxiliares (treinamento de pessoal, reutilização das embalagens, cuidados com 
emissões etc.);
 Substituição de matérias-primas: uso de borra e sucata pode reduzir a quantidade 
de material que vai para o aterro;
 Modificações no processo: automação de algumas etapas poderia reduzir o uso 
de materiais auxiliares no processo.
O objetivo da análise pode ser o de melhorar o processo 
ou conhecer todos os principais fluxos de materiais que 
compõem o sistema. Entretanto, a análise pode ser 
direcionada a um determinado material de acordo com 
vários critérios (custo, risco, quantidade, toxicidade etc.)
Balanços de massa
Em um determinado processo de separação, uma mistura de benzeno (C6H6) e tolueno (C7H8), 
com vazão mássica de 2.000 kg/h, entra em uma torre de destilação. Considerando que, após 
a separação da mistura, na saída da torre de destilação, temos como produto final 25% de 
benzeno e 67% de tolueno. Há também uma perda de massa de percentual desconhecido. 
Desta maneira, as vazões mássicas de benzeno, tolueno e o percentual residual do processo, 
respectivamente, são:
a) 2.000 kg/h; 0 kg/h; 0%
b) 600 kg/h; 1.400 kg/h; 8%
c) 1.340 kg/h; 500 kg/h, 10%
d) 500 kg/h; 1.340 kg/h; 8%
e) 300 kg/h; 1.340 kg/h; 8%
Interatividade
Em um determinado processo de separação, uma mistura de benzeno (C6H6) e tolueno (C7H8), 
com vazão mássica de 2.000 kg/h, entra em uma torre de destilação. Considerando que, após 
a separação da mistura, na saída da torre de destilação, temos como produto final 25% de 
benzeno e 67% de tolueno. Há também uma perda de massa de percentual desconhecido. 
Desta maneira, as vazões mássicas de benzeno, tolueno e o percentual residual do processo, 
respectivamente, são:
a) 2.000 kg/h; 0 kg/h; 0%
b) 600 kg/h; 1400 kg/h; 8%
c) 1.340 kg/h; 500 kg/h, 10%
d) 500 kg/h; 1.340 kg/h; 8%
e) 300 kg/h; 1.340 kg/h; 8%
→ Benzeno 25%
Benzeno 500 kg/h
Tolueno
→ Tolueno 67%
1340 kg/h
kg/h
→
↓
Resíduos
8%
160
kg/h
Torre de 
Destilação
2000
Resposta
 A base teórica para um balanço energético é a primeira Lei da Termodinâmica, segundo a 
qual a energia não pode ser criada ou destruída, apenas modificada na sua forma. Na Física, 
o balanço energético é uma apresentação sistemática dos fluxos de energia e das 
transformações em um sistema.
Os balanços energéticos são utilizados para quantificar a energia utilizada ou produzida por um 
sistema e são muito semelhantes a um balançode massas, mas existem algumas diferenças:
1. Um sistema específico pode ser fechado em um balanço de massas, mas aberto para 
o balanço energético
2. Embora seja possível ter mais de um balanço de massas 
para um sistema, só pode haver um balanço energético.
Entrada = Saída + Armazenado
Balanços de energia
 Avaliam o uso de matérias-primas, energia e materiais auxiliares, a eficiência da conversão 
(matéria-prima + energia = produto), de produção e de perdas.
 Os balanços de massa e energia, usados em conjunto com um diagnóstico voltado à busca 
de soluções benéficas ao meio ambiente, são uma ferramenta poderosa para a melhoria dos 
processos de produção, tanto no que se refere à sua eficiência, como no que se refere à 
redução dos impactos ambientais causados pela indústria.
Balanços de energia
 A análise dos fluxos de energia examina o consumo de energia de um sistema, um processo 
ou instalação, com a finalidade de:
 Determinar as formas de energia utilizadas;
 Analisar a utilização da energia;
 Verificar os dados atuais e investigar as práticas e os procedimentos operacionais;
 Identificar áreas de perdas e desperdícios de energia;
 Desenvolver as medidas possíveis para reduzir o consumo de energia.
O levantamento visa identificar e corrigir:
 Vazamentos (óleo, vapor, gás);
 Superfícies que necessitam de isolamento;
 Ajustes de queimadores;
 Saídas de gases com alta temperatura;
 Movimentação desnecessária de materiais;
 Instrumentos de controle defeituosos ou descalibrados;
 Excesso de iluminação;
 Uso excessivo de aquecimento ou ar condicionado.
Balanços de energia
Balanço de energia da caldeira 
(produz vapor por meio de 
aquecimento de água):
Balanços de energia
Balanço de energia da caldeira antes das melhorias propostas. Fonte: Livro-texto.
Perdas no gás de escape 18%
Temperatura = 343 ºC
8% de oxigênio
Perdas pelas paredes 4%
Eficiência de 75%
Energia 100% Vapor
Calor armazenado 3%
Caldeira
Melhorias propostas:
A. Instalação de sistemas de monitorização contínua automática dos gases de 
combustão: a análise do gás de escape mostrou 4% de excesso de oxigênio e 
temperatura do gás de saída de 329°C com a eficiência da caldeira calculada em 
79,6%. Além disso, o uso de combustível na entrada caiu em 5,8%.
B. Instalação de trocador de calor para elevar a temperatura da água de entrada: 
a análise do gás de escape mostrou 4% de excesso de oxigênio e temperatura do gás 
de saída de 194°C com a eficiência da caldeira calculada em 86,2%. Além disso, o uso de 
combustível na entrada caiu em 7,7%.
Balanços de energia
 Todo ser vivo é caracterizado pelo seu metabolismo. O metabolismo de um indivíduo é uma 
complexa troca de materiais entre o indivíduo e o meio ambiente exterior (ambiente), 
compreendendo as seguintes etapas: Consumo → Processamento → Assimilação → 
Expulsão.
 Na natureza, as substâncias eliminadas por um indivíduo são utilizadas no metabolismo de 
outro ser vivo, como o dióxido de carbono produzido pela respiração humana, que é utilizado 
na fotossíntese das plantas, ou o álcool etílico produzido por leveduras, que é utilizado por 
bactérias para produzir ácido acético. Os materiais circulam.
Metabolismo industrial
 Produtores: aqueles capazes 
de produzir seu próprio alimento 
por fotossíntese ou síntese 
química, como as plantas e 
algumas bactérias.
 Consumidores: aqueles que 
obtêm alimento das plantas 
(herbívoros), de outros animais 
(carnívoros) ou ambos (onívoros).
 Decompositores (fungos e algas): degradam a matéria 
orgânica de produtores e consumidores, produzindo 
substâncias inorgânicas que podem ser utilizadas como 
alimento pelos produtores.
Metabolismo industrial
Ciclos na natureza. Fonte: Livro-texto.
Produtor Consumidor Reciclador
 O metabolismo industrial é um processo pelo qual o homem 
transforma matérias-primas e 
energia em produtos, bens e 
serviços, que são necessários 
para a vida, o desenvolvimento 
e, obviamente, para o seu 
bem-estar. Ele traça um paralelo 
entre os processos que ocorrem 
na natureza e aqueles controlados 
pelo homem.
Metabolismo industrial
O ciclo de materiais promovido pelo homem. Fonte: Livro-texto.
Produtor Consumidor Reciclador
Utilizando metáfora biológica, as atividades industriais podem ser classificadas em três 
componentes similares:
 Produtores – representados pelas atividades primárias de produção de energia e matéria-
prima (extração de combustíveis, agricultura);
 Consumidores – representados por um sistema industrial;
 Decompositores – representados pelas atividades de reciclagem ou de tratamento de 
resíduos, efluentes e emissões.
 O processo industrial humano ou metabolismo industrial transforma os recursos da natureza 
(minérios, biomassa etc.) utilizando moléculas ricas em energia (combustíveis fósseis).
 O sistema industrial também produz resíduos, especialmente 
o dióxido de carbono, em quantidades significativas. 
 O sistema industrial gera produtos e resíduos que são 
descartados no ambiente sem que haja decompositores e 
recicladores para eles. Há um acúmulo de material indesejado 
e, portanto, poluição.
Metabolismo industrial
 O atual sistema de metabolismo industrial aparece, do ponto de vista ambiental, como um 
sistema de desperdício de poluição. Há muito desperdício porque esse sistema trabalha 
com grandes quantidades de matéria e energia, ameaçando os recursos não renováveis. 
 O sistema é também altamente contaminante, pois gera substâncias que poluem o ar, a 
água e o solo, em todas as fases do metabolismo industrial. Há ainda a contribuição da 
poluição e dos resíduos produzidos pelos sistemas de transporte que operam 
esse metabolismo.
 O metabolismo industrial propõe um modelo produtor-consumidor-reciclador para representar 
o sistema industrial, baseado nos princípios de conservação de massa e energia, em que se 
deve considerar que a escolha de materiais para produção vai depender da disponibilidade 
de reservas, da demanda e do custo/possibilidade 
de reciclagem.
Ele também visa otimizar os sistemas industriais, que devem ser 
projetados para operar de forma similar ao sistema natural:
sem consumir reservas não renováveis, 
sem produzir resíduos inúteis ou tóxicos.
Metabolismo industrial
 Para tanto, o metabolismo industrial trata dos fluxos de matéria 
e energia no sistema industrial com uma abordagem descritiva 
e analítica que visa ao entendimento da circulação de 
materiais e dos fluxos de energia, seguindo os fluxos de 
matéria e energia desde sua fonte inicial, por meio do sistema 
industrial, ao consumidor e ao seu descarte final.
Metabolismo industrial
Os fluxos acompanhados no metabolismo industrial. Fonte: Livro-texto.
R
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Matérias
-primas
Materiais
puros
Materiais
combinados
Manufatura Produto Resíduo
Sistema industrial
 As primeiras tentativas de 
atenuar o impacto causado 
ao meio ambiente, por meio 
de medidas do setor, foram 
tomadas no final do processo 
de fabricação (final de tubo).
Metabolismo industrial
Comparando P+L, ecoeficiência e prevenção à poluição. Fonte: Livro-texto.
P+L Ecoeficiência PP
Fornece estratégias para
melhorar continuamente
produtos, serviços e processos.
Combina eficiência econômica 
e ecológica (“fazer mais com 
menos”). O objetivo é produzir 
maior quantidade de produtos e 
serviços com menos energia e 
utilizando, o menos possível, 
reservas naturais de matérias-
primas.
Caráter mais normativo, estando 
vinculado a programas promovidos 
por agências de proteção ambiental.
Consequente benefício
econômico, redução da
poluição e da geração de
resíduos na fonte.
Uma empresa ecoeficiente
agrega grande valor a suas 
matérias-primas, gerando 
pouco resíduo e pouca 
poluição.
Visa claramenteminimizar o impacto 
ambiental
Tende a dar mais atenção, a 
tornar mais eficiente o uso de 
materiais, energia, processos
e serviços.
Focaliza o aumento da 
eficiência em quais e como são 
usadas as reservas naturais na 
produção de bens e serviços.
Tende a dar mais atenção, a tomar 
menos poluente o uso de materiais, 
energia, processos e serviços.
O consumo de reservas naturais 
é minimizado, assim como a 
poluição e a quantidade de 
resíduos, trazendo como 
consequências benefícios 
econômicos e ambientais.
Há uma ligação direta entre o 
desempenho ambiental e a 
performance financeira, sendo o 
principal objetivo utilizar as 
reservas naturais de forma 
eficiente.
Não se preocupa com as possíveis 
consequências financeiras que a 
poluição evitada pode causar nas 
empresas.
Entre os vários métodos e ferramentas que permitem analisar e melhorar as interações 
e inter-relações entre os sistemas industriais e o ambiente, citam-se:
 Fluxo de análise de material (AFM) – quantifica as entradas e saídas de recursos em 
massa de um sistema; 
 Fluxogramas – processos que ocorrem em uma empresa, instituição, região etc. São 
expressos como fluxos de matérias-primas, resíduos, emissões e descargas, bem como 
indicando as trocas de materiais e energia.
 Mercado (bolsa de resíduos) – promove a venda de resíduos e/ou subprodutos 
de vários fabricantes.
 Economia ambiental – quantifica os impactos econômicos de 
um produto ou serviço sobre o meio ambiente, com base nos 
custos de geração e exploração de recursos naturais e do 
posterior manuseamento e eliminação de resíduos.
 Análise do ciclo de vida (ACV) – quantifica todos os 
impactos ambientais de um produto ou serviço, desde 
a fabricação até o descarte.
Metabolismo industrial
O metabolismo industrial é um processo pelo qual o homem transforma matérias-primas e 
energia em produtos, bens e serviços, que são necessários para a vida, o desenvolvimento e, 
obviamente, para o seu bem-estar. Ele traça um paralelo entre os processos que ocorrem na 
natureza e aqueles controlados pelo homem. O metabolismo industrial associa os níveis 
tróficos de uma cadeia alimentar aos processos de uma cadeia produtiva. Analise as 
afirmações quanto ao conceito de metabolismo industrial:
Interatividade
I. O sistema industrial gera produtos e resíduos que são descartados no ambiente sem que 
haja decompositores e recicladores para eles. Há um acúmulo de material indesejado e, 
portanto, poluição.
II. Os produtores são representados pelo sistema industrial.
III. O metabolismo industrial visa otimizar os sistemas industriais para que não se consumam 
reservas não renováveis e não se gerem resíduos inúteis ou tóxicos.
IV. Os decompositores são representados pelas atividades de reciclagem ou de tratamento 
de resíduos, efluentes e emissões.
Estão corretas as afirmações:
a) Todas.
b) Somente I e IV.
c) Somente I, III e IV.
d) Somente II, III e IV.
e) Somente I, II e III.
Interatividade
I. O sistema industrial gera produtos e resíduos que são descartados no ambiente sem que 
haja decompositores e recicladores para eles. Há um acúmulo de material indesejado e, 
portanto, poluição.
II. Os produtores são representados pelo sistema industrial.
III. O metabolismo industrial visa otimizar os sistemas industriais para que não se consumam 
reservas não renováveis e não se gerem resíduos inúteis ou tóxicos.
IV. Os decompositores são representados pelas atividades de reciclagem ou de tratamento 
de resíduos, efluentes e emissões.
Estão corretas as afirmações:
a) Todas.
b) Somente I e IV.
c) Somente I, III e IV.
d) Somente II, III e IV.
e) Somente I, II e III.
Resposta
 A partir da introdução de conceitos como prevenção 
da poluição, reciclagem, minimização de resíduos, 
P+L, ecoeficiência e metabolismo industrial surgiu, 
no final do século XX, uma nova abordagem, chamada 
de Ecologia Industrial, fundamentada no conceito 
de simbiose industrial.
 De acordo com essa abordagem, um fluxo de 
resíduos pode tornar-se matéria-prima para outra 
indústria, fechando o ciclo da matéria.
 No início dos anos 1990, o conceito de Ecologia Industrial 
estabeleceu uma nova forma de pensar e agir que pode 
conduzir à meta do desenvolvimento sustentável.
Ecologia Industrial
O caminho para a sustentabilidade. Fonte: Livro-texto.
Desenvolvimento
sustentável
ECOLOGIA INDUSTRIAL
Metabolismo industrial
P + L e ecoeficiência
Prevenção à população
Minimização de resíduos
Reciclagem
Final de tubo
 Aplica-se a Ecologia Industrial para buscar o conhecimento dos sistemas 
industriais, com um comportamento 
semelhante ao dos ecossistemas 
naturais, transformando o modelo 
linear dos sistemas de produção em 
um modelo com interações cíclicas 
para impulsionar a economia e a 
sociedade, preservando o meio 
ambiente e aumentando a eficiência 
dos processos industriais.
Ecologia Industrial
Interações propiciadas pela Ecologia Industrial. Fonte: Livro-texto.
 O intercâmbio de materiais entre vários sistemas produtivos de maneira que o resíduo de um 
se torna matéria-prima de outro promove uma rede de empresas trabalhando em conjunto e 
gerando menos resíduos e emissões.
O primeiro objetivo desse arranjo era puramente econômico, porém logo foram observadas 
as consequências ambientais e sociais positivas. Entre essas consequências positivas são 
observados três elementos principais:
 criação de uma rede de indústrias ou elementos relacionados com o seu ambiente;
 imitação do funcionamento dos ecossistemas naturais;
 inclusão dos três setores de desenvolvimento sustentável (social, econômico e ambiental).
Ecologia Industrial
 O objetivo final é garantir o 
desenvolvimento sustentável em 
qualquer nível (global, regional ou 
local), relacionando os setores 
econômico, social e ambiental.
 Dessa forma, a Ecologia Industrial 
visa alcançar o desenvolvimento 
sustentável, proporcionando condições 
ideais para o desenvolvimento da 
humanidade e das futuras gerações.
Ecologia Industrial
Metas da Ecologia Industrial: os três elementos da sustentabilidade
e as inter-relações entre seus componentes. Fonte: Livro-texto.
Ambiente
seguro e
saudável
Equidade
socioeconômica
Eficiência e 
redução
do uso de 
recursos
MEIO AMBIENTE
MEIO/SOCIEDADE ECONOMIA
Para a implementação da Ecologia Industrial é muito importante conhecer e aplicar os critérios 
para a transformação dos sistemas industriais em ecossistemas industriais. 
Entre esses critérios, citam-se:
 Fechar o ciclo do sistema de ciclo industrial;
 Economia na extração e no uso de recursos naturais;
 Produção de energia a partir de fontes renováveis;
 Ecoeficiência;
 Desmaterialização da economia;
 Inclusão dos custos ambientais no produto ou nos serviços;
 Geração de redes entre unidades industriais e o ambiente;
 Geração de empregos.
Ecologia Industrial
 O projeto mais representativo 
e mais completo no que se 
refere à troca de subprodutos 
e resíduos está em 
Kalundborg, Dinamarca;
 Começou por casualidade, 
Empresas reduziram custos 
para cumprir com a legislação 
do país e otimizar o uso 
de água.
Ecologia industrial
Intercâmbios de Kalundborg (Dinamarca) em 2001. Fonte: Livro-texto.
Petróleo
mercado
Petróleo importado
arenito
1995carvão
NH3
DS
Produção de
fertilizante
(Statoil)
STATOIL
refinaria
1987 vapor
1982
1991
1961
1997
Lodo
1973 Lago
1989
Lodo
tratado
NOVO NORDISK
NOVO ENZYMES
biotecnologia
Reservatório
óleo
1993
cinzas
gipsita
recuperação
calor
cinzas
1981
GYPROC A/S
Fabricação de gesso
1979
A ALBORG
PORTLAND
fabricação de cimento
KALUNDBORG
Tratamento de efluentes
Iodo
Água
salgada
Peixes
Vapor
1982
Porcos
biomassa
Fazendas
tratamento
Leveduras
(Novo Slam)
1976
ASNAES
ENERGI E2
termoelétrica
NI, V
Água fresca
Água biotratada
(NH4)2S2O3
2000
 Atualmente, os resíduos de Kalundborg são comprados evendidos por meio de contratos 
bilaterais, em três áreas: energia, água e fluxos de materiais, com 
benefícios para ambas as partes.
 Em 1994, havia dezesseis contratos no projeto de 
simbiose industrial de Kalundborg (investimento de 
40 milhões de dólares e economia anual estimada 
em 7 milhões de dólares). Em 2000 já tinham sido 
investidos 75 milhões de dólares em dezenove 
projetos, com uma economia estimada em 
15 milhões de dólares por ano. 
Ecologia Industrial
Exemplos de Ecologia Industrial aplicada. Fonte: Livro-texto.
EUROPA
Mesval (Espanha, Itália e Grécia)
Estíria (Áustria)
Ora Ecopark (Noruega)
Jyvaskyla (Finlândia)
Progetto Closed (Itália)
ÁSIA
Bungagngam Baru (Indonésia)
Naroda (Índia)
Nandeseri (Índa)
Thane-Pelapur (Índia)
Calabarzon (Filipinas)
AMÉRICA
By-Produto Synergy (México)
Burnside (Canadá)
The Bruce Energy Center (Canadá)
Brownsville (Estados Unidos)
Devens (Estados Unidos)
 Análise do ciclo de vida (ACV) – consiste em quantificar impactos ambientais de um 
produto ou serviço, “do berço ao túmulo”.
 Análise de fluxo de material (AFM) – quantifica as entradas e saídas (em massa) de uma 
economia (região, país);
 Diagramas de fluxo – gráficos que expressam os processos que ocorrem em uma empresa, 
instituição, região etc., indicam as trocas de matérias-primas, energia, resíduos, emissões e 
efluentes;
 Ecoeficiência – definida como a prestação de bens e serviços a um preço competitivo, 
reduzindo progressivamente seu impacto ambiental, a intensidade e a utilização de recursos;
 Análise econômica ambiental – quantifica os impactos 
econômicos de um produto ou serviço sobre o ambiente, com 
base nos custos da exploração de produtos e nos recursos 
naturais para a sua preparação. Avalia, também, os impactos 
ambientais da eliminação como resíduo;
 Bolsas de resíduos – promovem a venda de resíduos e/ou 
subprodutos entre diferentes empresas.
Ferramentas da Ecologia Industrial
 Prevenção da poluição (P2) – definida pela agência de Proteção Ambiental dos Estados 
Unidos (EPA) como a redução ou eliminação de resíduos na fonte, por meio de processos 
de modificação da produção, promoção do uso de substâncias não tóxicas ou menos tóxicas, 
implementando técnicas de conservação e reutilização materiais.
 Existem fatores que podem promover o sucesso na implementação de critérios e sistemas de 
Ecologia Industrial em uma área. Alguns deles estão relacionados com o fator humano, como 
a motivação dos participantes. 
 A implementação de novas sinergias envolve não só as empresas participantes, mas deve 
também obedecer às regras e à legislação local sobre a possibilidade de troca de resíduos e 
outros materiais entre indústrias.
 Há outros fatores contextuais, como a proximidade física entre 
as empresas participantes, pois, nesse caso, pode-se diminuir 
os custos associados ao transporte, à criação ou utilização de 
infraestrutura e à utilização dos serviços.
Ferramentas da Ecologia Industrial
 A implementação da Ecologia Industrial em uma área pode trazer muitos benefícios. 
Economicamente, gera grandes oportunidades para crescimento da receita da indústria, 
com o aumento da eficiência na utilização dos recursos e no uso de tecnologia, a compra 
de resíduos e subprodutos, como matérias-primas (mais baratos que o material virgem) 
e a venda de resíduos e subprodutos, reduzindo os custos de descarte e tratamento.
 Ambientalmente, pode-se reduzir significativamente a quantidade de resíduos destinados 
à eliminação, as emissões de poluentes para a atmosfera e as descargas de águas residuais 
em corpos d’água. Também se pode promover a economia significativa dos recursos 
naturais e poupar energia por meio da ecoeficiência e do uso de energia renovável.
Benefícios da Ecologia Industrial
 Socialmente, a recuperação de alguns resíduos pode dar origem a novos processos de 
transformação que poderão gerar empregos. Além disso, a redução do impacto no ambiente 
poderá evitar danos à qualidade de vida da sociedade. 
 A Ecologia Industrial também pode promover o desenvolvimento científico, ligando a 
academia com o setor industrial. Essa ligação pode acelerar a busca por novas tecnologias 
para suprir deficiências na gestão dos recursos dentro dos sistemas de produção. Além 
disso, os princípios promovidos podem contribuir significativamente para que a sociedade e 
seus governantes possam encontrar caminhos para a sustentabilidade, estabelecendo 
políticas e regulamentos que orientem o planejamento de áreas industriais.
Benefícios da Ecologia Industrial
“____________________________________________ 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 o ambiente”. 
“______________________________________________ se define pelo trabalho direcionado 
a minimizar impactos ambientais devido ao uso minimizado de matérias-primas: produzir mais 
com menos”.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas acima:
a) Final de tubo e ecoeficiência.
b) Produção mais limpa e final de tubo.
c) Produção mais limpa e ecoeficiência.
d) Ecoeficiência e produção mais limpa.
e) Prevenção à poluição e produção mais limpa.
Interatividade
“____________________________________________ 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 o ambiente”. 
“______________________________________________ se define pelo trabalho direcionado 
a minimizar impactos ambientais devido ao uso minimizado de matérias-primas: produzir mais 
com menos”.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas acima:
a) Final de tubo e ecoeficiência.
b) Produção mais limpa e final de tubo.
c) Produção mais limpa e ecoeficiência.
d) Ecoeficiência e produção mais limpa.
e) Prevenção à poluição e produção mais limpa.
Resposta
ATÉ A PRÓXIMA!