Usina

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CENTRO UNIVERSITÁRIO ALVES FARIA (UNIALFA)
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
Brenda Mendes de Melo
Gustavo Lourenço de Sousa
Nathalia Lima Soares
Vitória Azevedo dos Santos
USINAS DE ASFALTOS 
GOIÂNIA 
SETEMBRO 2020
CENTRO UNIVERSITÁRIO ALVES FARIA (UNIALFA)
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL 
Brenda Mendes de Melo
Gustavo Lourenço de Sousa
Nathalia Lima Soares
Vitória Azevedo dos Santos
USINAS DE ASFALTOS 
Projeto de pesquisa apresentado como parte da avaliação da aprendizagem, na disciplina de Pavimentação do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Alves Faria, ministrada pelo Prof. Me. Rodrigo Junqueira Mota. 
GOIÂNIA 
SETEMBRO 2020
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua.......................2
Figura 1.2 – Representação esquemática de uma usina asfáltica gravimétricas................3
Figura 3.1 – Exemplo de Usina de asfalto Móvel...............................................................9
Figura 3.2 – Processo da usina móvel.............................................................................10
Figura 3.5 – Exemplo de Usina de asfalto Fixa...............................................................10
Figura 3.4 – Usina de asfalto ECO..................................................................................12
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1.1– Representação de prós e contras dos tipos de processamento.......................4
SUMÁRIO 
INTRODUÇÃO...............................................................................................................1
1 TIPOS DE PROCESSAMENTO DE USINAS DE ASFALTO...............................2
1.1 CONTÍNUAS.............................................................................................................2
1.2GRAVIMÉTRICAS...................................................................................................3
2 PARTES CONSTITUENTES DAS USINAS.............................................................4
3 TIPOS DE USINAS DE ASFALTO............................................................................9
3.1 USINAS DE ASFALTO MOVEIS...........................................................................9
3.2 USINAS DE ASFALTO FIXAS.............................................................................10
4 IMPACTOS AMBIENTAIS......................................................................................12
REFERÊNCIAS ............................................................................................................13
INTRODUÇÃO
	O asfalto é um dos mais antigos e versáteis matérias de construção utilizados pelo homem, composto de mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda outras matérias, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, em pequena proporção. 
	Para obter uma mistura asfáltica, envolve a fusão de agregados com ligante asfáltica, na proporção determinada em projeto de dosagem para fabricar uma massa homogênea. Deve-se remover a umidade do agregado antes da mistura com o ligante asfáltico previamente através do aquecimento e elevar a temperatura para que seja possível, a coesão com o ligante asfáltico. 
São fabricados em instalações apropriados mais conhecidas como usinas asfálticas, visto que se trata de usinas para a produção de misturas asfálticas a quente. Caso o ligante utilizado seja emulsão asfáltica, as usinas são para misturas a frio podendo ser estacionárias ou móveis. 
Este trabalho trata sobre esses tipos de usinas, como é o procedimento dessas usinas para ser feito o asfalto e sobre os aspectos ambientais causado por conta das usinas de asfaltos. 
1 TIPOS DE PROCESSAMENTO DE USINAS DE ASFALTO 
A usina de asfalto tem como objetivo a transformação dos agregados inertes e do ligante asfáltico em uma mistura uniforme de forma adequada. Essa transformação é feita pela mistura dos agregados aquecidos dentro da usina com o ligante asfáltico, produzindo misturas asfálticas dentro das características. 
As usinas de asfalto não seguem um padrão único de configuração. O principal requisito levado em consideração para classificar uma usina é relativo à forma como é realizada a dosimetria dos agregados de minério. Existem dois tipos do processo de usinas de asfalto: as contínuas e as gravimétricas.
1.1 CONTÍNUAS
O processo contínuo não realiza paradas para o reabastecimento de materiais, exceto para a manutenção. A produção opera de forma ininterrupta, o que significa que o sistema é suprido de forma contínua e, simultaneamente, o produto formado é descarregado. Este tipo de processamento opera em regime permanente ou estado estacionário, onde condições como temperatura e vazão oscilam bem pouco ao longo do tempo. Para produzir de forma contínua, são necessários um grande investimento em automação e uma quantidade considerável de matéria prima para não interromper o processamento. 
Figura 1.1 Representação esquemática de uma usina asfáltica contínua (Asphalt Institute, 1998)
1.2 GRAVIMÉTRICAS
Já o processo gravimétrica ou bateladas é bem mais flexível, podendo fazer uma mistura a cada batelada, esse processo é o modo de operação em que o sistema é operado de maneira descontínua, em regime transiente ou estado não estacionário. Isto é, em cada batelada (ciclo) o sistema é carregado com as matérias-primas e reagentes necessários, de forma que é efetuada a reação e formam-se os produtos.
Após o produto final ser retirado do sistema, o reator é alimentado novamente com os insumos e inicia-se uma nova batelada. Neste modo de processamento, o tempo é uma variável importante pois, junto dele, variam a temperatura e a concentração no reator.
Uma característica das usinas gravimétricas é a existência de um silo de refugo para o material rejeitado no processo de peneiramento, fazendo com que a quantidade de agregado que entra não seja a mesma quantidade que sai no processo.
Figura 1.2 Representação esquemática de uma usina asfáltica gravimétricas (Asphalt Institute, 1998)
Prós e contras dos tipos de processamento:
	CONTÍNUA
	BATELADA
	Custo elevado de equipamentos e tubulações
	Baixo custo de equipamentos
	Paradas menos frequentes
	Para frequente para reposição dos reagentes
	Instalações complexas e sofisticadas
	Construções e instrumentações simples
	Baixo custo operacional
	Alto custo operacional e de manipulações de materiais
Tabela 1.1 Representação de prós e contras dos tipos de processamento 
De acordo DNIT, INSTRUÇÃO DE SERVIÇO/DG Nº. 10 DE 02 DE SETEMBRO DE 2013, a recomendação preferencial é para usinas do tipo gravimétricas devido ao fato de que nesse tipo de equipamento o controle da graduação dos materiais da mistura é mais eficiente. 
No caso de ser de usinas contínuas, deveram atender alguns requisitos: a mistura agregado-ligante deverá ser efetuada em ambiente externo ao tambor de secagem, com misturador externo tipo pug-mill ou rotativo; possuir dispositivo que permita a extração de amostra de agregados; obrigatório a existência de um silo para cada agregado; os silos devem possuir balança individual e controle sincronizado; recomenda o uso de Filtros de mangas. 
2 PARTES CONSTITUENTES DAS USINAS 
Silos Frios: Os silos frios são construídos com chapas metálicas, em forma de tronco de pirâmide invertido e, destinam-se a receber os agregados naturais e artificiais que vão ser utilizados no preparo do concreto asfáltico. Na parte inferior destes silos, localizam-se os chamados alimentadores frios, que permitem regular o fluxo do agregado, na quantidade definida para a mistura. Os silos frios devem ter depósitos para três tipos de materiais, no mínimo. Os agregados são descarregados nos silos frios, por meio de pás carregadeiras ou diretamente dos caminhões basculantes. 
Correias Transportadoras: A função da correia transportadora é conduzir os agregados provenientes dos alimentadores, para a base do
elevador frio.
Elevador Frio: É normalmente constituído por transportador de correia ou de caçamba e tem por finalidade elevar a mistura de agregados, transportados pela correia dos silos frios, para o secador. 
Secador: A função do secador é, através do aquecimento dos agregados até a temperatura especificada para a mistura, promover a remoção da água neles contida. 
Sistema Coletor de Pó: São instalados Sistemas Coletores de Pó nas usinas para reduzir os inconvenientes que resultam do lançamento do pó na atmosfera. Outra função desses coletores é possibilitar a recuperação de uma parcela dos finos que são retirados dos agregados no secador. O Sistema Coletor é constituído fundamentalmente por uma tubulação na qual são instalados, pela ordem, uma ventoinha e um ciclone. 
Elevador Quente: O Elevador Quente é constituído por caçambas acopla - das às correntes e sua função é a elevação da mistura quente dos agregados saídos do secador. É recoberto por uma estrutura metálica de seção retangular à qual se conecta a estrutura da peneira e dos silos. 
Dispositivo de Peneiramento: Os agregados aquecidos provenientes do secador e transportados pelo elevador quente - são introduzidos num dispositivo de peneiramento onde são separados em duas ou mais frações granulométricas. Os dispositivos de peneiramento empregados são do tipo vibratório. A seleção das malhas que constituem as peneiras deve ser feita em função da análise conjunta de vários fatores, tais como: Diâmetro máximo do agregado; Granulometria da mistura dos agregados; Número de silos quentes disponíveis; Capacidade de peneiramento dos dispositivos. Os agregados retidos na tela superior são recolhidos num compartimento e descarregados por uma calha no solo. 
Silos Quentes: Recebem agregados aquecidos provenientes do peneiramento no caso de usinas descontínuas e do secador nas usinas contínuas. Na sua parte inferior, cada um dos silos quentes deve ser equipado com dispositivos destinados à determinação correta da temperatura dos agregados armazenados, usando para isso termômetros ou pirômetros constituídos por pares termoelétricos. Na parte superior, os silos em questão possuem ladrões (evita a o transbordamento de agregado de um silo para o outro). Em suas bases, os silos quentes das usinas descontínuas dispõem de comportas acionadas por alavancas, localizadas diretamente sobre o receptáculo da balança. 
Introdução do Filler: é o único material componente da mistura asfáltica que não é aquecido. Estocado em galpões perto do misturador e pesado à parte, ele é transportado por um elevador e descarregado diretamente no misturador. Isso é feito por intermédio de um parafuso sem fim, seja para as usinas contínuas, seja para as usinas descontínuas. Há usinas contínuas (volumétricas) em que o Filler, dosado em bases volumétricas, é lançado no pé do segundo elevador quente. 
Balança: Nas usinas descontínuas, o estágio final da dosagem dos agregados é efetuado sob a forma de pesagens cumulativas. Isso é feito em uma balança sobre a qual estão localizadas as comportas dos silos quentes. As especificações da AASHTO exigem que a sensibilidade do mostrador da balança utilizada permita o registro de até 0,5% da carga máxima suportada pela balança. O painel da balança é localizado na cabine de comando de operação da usina, onde estão instaladas as chaves elétricas de acionamento de todos os motores. A pesagem dos agregados é cumulativa e a injeção do asfalto é feita por tempo de acionamento da bomba. Todas as operações de funcionamento da mistura e de adição do ligante são definidas durante o processo de calibração da usina. 
Misturador – Introdução do Ligante: Os agregados aquecidos e convenientemente proporcionados na balança, no caso das usinas descontínuas, ou provenientes dos portões dos silos quentes, no caso das usinas contínuas, são introduzidos no misturador. O misturador consiste essencialmente nas seguintes partes: uma caixa térmica de fundo curvo com uma comporta para descarga operada pneumaticamente. Dois eixos horizontais paralelos providos de braços com palhetas reversíveis, substituíveis e animados por movimento de rotação quando colocados em operação. A capacidade do misturador é calculada a partir dos seguintes parâmetros: volume do sólido formado pelo plano que passa pela seção média dos eixos e o seu fundo, função desse volume, densidade dos materiais e do tempo de mistura, o qual não pode ser menor do que quarenta segundos.
Tempo de Misturação Seca: Nas usinas descontínuas, os agregados e o filler são inicialmente misturados sem ligante. O intervalo de tempo que decorre entre a abertura da comporta da balança e o início da injeção do ligante - por meio da barra distribuidora - é denominado “tempo de misturação seca”. Esse intervalo deve ser fixado de forma a ser suficiente para que se possa processar uma homogeneização perfeita entre os agregados e o filler. 
Tempo de Misturação Úmida: O “tempo de misturação úmida” é o intervalo decorri - do entre o término da injeção do ligante e o momento da abertura da comporta do misturador. A delimitação de “tempo de misturação úmida” deve ser feita de forma que, ao fim do processo, todas as partículas da mistura de agregados e o filler estejam recobertas uniformemente pelo ligante. Obviamente, a fixação dos “tempos de misturação” está condicionada tanto à ordem de grandeza do “traço” como às características da própria massa produzida. A soma dos “tempos” de mistura seca e úmida não deve ser menor do que 40 segundos. Diante disso, a produção horária de uma usina é o produto da capacidade do misturador em toneladas por 80 (número das misturas feitas, no intervalo de tempo de 45 segundos, em uma horaNas usinas contínuas, a incorporação do ligante aos agregados (ou à mistura de agregados mais filler) se processa de modo contínuo e ocorre pouco antes deles penetrarem no misturador. Nos misturadores das usinas contínuas, a disposição das palhetas, além de permitir a operação da mistura, possibilita o desloca - mento de massa em direção à saída do misturador. O tempo de mistura é o tempo que ocorre entre a entra - da de uma partícula no misturador e sua saída. Pode ser aumentado ou diminuído, respectivamente, pela elevação ou pelo rebaixamento de uma comporta existente na saída do misturador. Como consequência, o tempo de injeção pode ser ampliado, sem implicar decréscimo de produção. A descarga do ligante é assegurada por uma bomba, a cujo eixo está solidária uma engrenagem que é acoplada por uma transmissão de corrente a uma outra engrenagem fixada no eixo motriz. Esse eixo é geralmente o próprio eixo que comanda o movimento da esteira do alimentador do silo quente. Como o número de revoluções desse último eixo é constante, a descarga de ligante pode ser variada, desde que sejam possibilita - das combinações diversas entre as duas engrenagens referidas. Nas usinas intermitentes, a quantidade do ligante, cor - respondente a uma injeção, é dosada, em geral, com bases volumétricas. Isso é feito por meio de um depósito cujo enchimento é comandado por uma válvula de três estágios. Essa válvula regula o fluxo do ligante que é inserido no processo por uma bomba apropriada.
Depósitos: Os ligantes são depositados em tanques que devem ser capazes de manter o aquecimento controlado de acordo com as temperaturas determinadas nas especificações. O aquecimento deve ser feito por meio de serpentina e vapor, eletricidade ou outro meio. O importante é que não haja contato da chama com o tanque. Para o processo de circulação do ligante no depósito, deve ser instalado um sistema de bombas. Todas as tubulações e acessórios devem ser revestidos com camisas de vapor ou isolamento térmico, de modo a se evitar perdas de calor. A capacidade dos depósitos deve ser suficiente para três dias ou mais de serviço. 
Usina – Tambor Secador Misturador – TSM – Drum Mixer: As usinas Drum Mixer podem ser de dois tipos: Fluxo paralelo – onde os agregados entram no tambor secador pelo mesmo lado da chama de secagem; Contra fluxo – onde os agregados
entram no lado oposto ao da entrada da chama de secagem. As usinas do tipo TSM dispensam as peneiras, silos quentes e principalmente o misturador, já que o tambor do secador também faz a função de misturador. Esta é a principal diferença em relação às gravimétricas. Como foi classificada, a TSM é uma usina contínua e por essa razão a sua calibração é feita pelas alturas das comportas dos silos frios.Na correia que alimenta o secador com os agregados dos silos frios, pode-se adaptar o chamado controle ponderal. Esse recurso pesa eletronicamente a quantidade de agregado considerando um determinado comprimento da correia e sua velocidade. O controle ponderal é comandado da cabine e, pela mesa de controle, é possível acompanhar também a leitura das pesagens dos agregados na correia. Outros controles a partir da cabine são a rotação da bomba de asfalto e da comporta de descarga da mistura. 
Controles de Usinagem: Como nessas usinas só há um sistema de alimentação, deve-se tomar o cuidado para que não haja contaminação dos agregados nos silos frios. Da mesma forma, deve-se tomar precauções quanto à alimentação de agregados nos silos. Tais medidas visam não prejudicar a mistura usinada por falta de material. Outra precaução importante nas usinas é quanto ao excesso de umidade dos agregados. Caso isso ocorra, há o risco de vaporizar o ligante asfáltico durante a mistura, provocando, assim, a sua degradação. E, para que os agregados não fiquem com umidade excessiva, é preciso protegê-los com uma cobertura adequada nos silos.
Descarga de Massa Asfáltica: A descarga de massa asfáltica para o carregamento dos caminhões deve ser efetuada de forma intermitente e é importante que a comporta não fique aberta por mais de sete (7) segundos. Esse cuidado visa evitar a segregação durante a carga. Isso significa que, ao abastecer o caminhão, é preciso inicialmente aguardar até que parte do silo esteja cheio. Só então a comporta deve abrir-se de forma intermitente, permitindo que a massa asfáltica não forme um só monte na caçamba do caminhão. Além disso, o caminhão deve manobrar para frente e para trás, de forma que a massa não caia somente em um mesmo ponto da caçamba.
3 TIPOS DE USINAS DE ASFALTO 
Existe basicamente dois tipos de usinas de asfaltos: as moveis e as fixas. No brasil a mais utilizada são as do tipo moveis. 
3.1USINAS DE ASFALTO MOVEIS 
 Figura 3.1 Exemplo de Usina de asfalto Móvel (CIBER, iNOVA 1000)
Os modelos de usinas moveis são adequados para obras com um período de pouca duração. Eles são geralmente comprados com a opção de poderem ser realocados, o que mais a diferencia, e se for necessário. Esse tipo de usina pode ser equipado com uma base de concreto sólido e uma base de aço móvel.
As usinas móveis possuem pesagem dinâmica individual de cada um dos agregados. Abaixo do silo de recebimento do material, há correias dosadoras com correções instantâneas de velocidade de acordo com o peso detectado por uma célula de carga. A dosagem ocorre de maneira simultânea entre todas as correias com os diferentes agregados.
O processo da usina móvel começa com o abastecimento da usina, os agregados, pó de brita, brita, CAL e CAP (Cimento asfáltico de Petróleo) são colocados em silos anexos a máquina e o CAP é colocado em um tanque de abastecimento onde é mantido em altas temperaturas. Através da cabine de controle, o operador define a quantidade de cada material que irá compor o asfalto. A máquina controla o abastecimento para que o traço desejado seja atingido. 
Com auxílio de esteiras os agregados são encaminhados para um tambor de secagem, que funciona como um forno. Nessa parte do processo são misturados os agregados e é retirada toda umidade através do aquecimento a gás presente nele. O fato de não se ter umidade nos agregados garante uma boa qualidade no produto final do processo.
Por fim esses agregados são misturados com o CAP em um misturador e o produto é encaminhado para os caminhões. Um funcionário deve sempre medir a temperatura final do asfalto para garantir que ele está em condições de uso.
Figura 3.2 Processo da usina móvel (CONSTRUCAOCIVILPET, 2018)
3.2 USINAS DE ASFALTO FIXAS 
Figura 3.3 Exemplo de uma Usina de Asfalto Fixa
As usinas fixas de alto desempenho são mais suscetíveis a serem usados nas zonas urbanas, elas são posicionadas de modo a cobrir uma área muito grande quanto o possível e para manter curto o tráfego de fornecimento para a obra. Em alguns casos, as usinas de asfalto estacionárias também são localizadas diretamente em depósitos minerais, como pedreiras, a fim de manter o fornecimento de minerais com baixo custo. Esse tipo de usina requer uma base de concreto.
As usinas de asfalto fixas possuem pesagem estática dos agregados, e o carregamento desses agregados se dá por alimentação através dos silos, porém as correias abaixo não possuem função de dosagem. As fixas apenas transportam os agregados até o tambor de secagem. Na sequência, os agregados são transportados até o alto de uma torre, por onde caem a um conjunto de peneiras vibratórias. Esta torre possui quatro compartimentos: zona de classificação com peneiras vibratórias, silos de dosagem, balança de pesagem e misturador.
 O deslocamento do material durante a dosagem se faz com auxílio da força da gravidade, sendo esta a origem da denominação Usina Gravimétrica. A comporta de passagem de cada silo é aberta até que se atinja a porcentagem indicada para cada agregado. Esta porcentagem é detectada pelo silo balança, através da leitura do peso de cada tipo de agregado. Após a dosagem é adicionado o ligante asfáltico CAP ao misturador. 
O processo de dosagem é gravimétrica, pois há interrupção do processo. Este ciclo de dosar, interromper a dosagem, misturar e descarregar o material asfáltico é conhecido como batelada. Embora seja o processo mais preciso, uma usina gravimétrica apresenta dificuldades logísticas para transporte e montagem. 
EXEMPLO DE UMA USINA MÓVEL 
Um exemplo de usina móvel, pode ser do tipo ECO da WIRTGEN GROUP, que tem dimensões contêiner otimizadas para o transporte. A máxima mobilidade e a perfeita flexibilidade são os fatores que distinguem essa usina, que pode ser operada de modo fixa, mas que também pode ser mudada de local de forma rápida e sem dificuldade. Ela e econômica e eficaz o design modular da série ECO também permite a integração posterior de uma ampla gama de componentes de alta tecnologia.
Figura 3.4 Usina de asfalto ECO (WIRTGEN GROUP ECO 3000)
4 IMPACTOS AMBIENTAIS CAUSADO PELAS USINAS DE ASFALTO
A usina de asfalto pode causar impacto ao meio ambiente durante a fase de operação. Os indicadores ambientais são: estrutura do solo; propriedades físico-químicas do solo; qualidade das águas superficiais; qualidade das águas subterrâneas; qualidade do ar e qualidade da água do sistema de drenagem pluvial.
No processo de fabricação de um produto, a análise dos impactos ambientais é importante para a definição de uma estratégia gerencial com relação aos resíduos gerados (BACKER, 1995). As normas ISO 14000 sugerem uma abordagem simples, na qual as empresas devem identificar, como ponto de partida, os aspectos ambientais relativos às suas atividades, considerando as emissões aéreas, despejos líquidos, gestão de resíduos, contaminação do solo, aspectos relacionados diretamente as suas atividades, produtos e serviços. 
Os cuidados de preservação do meio ambiente envolvem a extração e aplicação de agregados, o estoque e a operação da usina. Devem ser observadas as prescrições estabelecidas nos programas ambientais que integram o Projeto Básico Ambiental (DNIT 034 ES, 2005).
REFERÊNCIAS 
BERNUCCI, Leidi Bariani; CERATTI, Jorge Augusto P.; MOTTA, Laura Maria G.; SOARES, Jorge Barbosa. Pavimentação asfáltica: Formação básica para engenheiros. Abeda. Rio de Janeiro, 2008. Disponível em: < http://www.abeda.org.br/livro-pavimentacao/>. Acesso em: 23 de setembro de 2020. 
BERNUCCI, Leide Bariani; CERATTI, Jorge Augusto P.; SOARES, Jorge Barbosa. Utilização de ligantes asfálticos em serviço
de pavimentação. Abeda. Rio de Janeiro, 2015. Disponível em: <http://www.abeda.org.br/livro-guia-tecnico/>. Acesso em: 21, setembro, 2020.
AMAZONAS, M.F. Manual de fiscalização: Obras em vias rurais. DER/MG. Belo Horizonte, 2008. Disponível em: <https://pt.scribd.com/document/140153013/Manual-de-Fiscalizacao-de-Obras-e-Vias-Rurais-DER>. Acesso em: 21, setembro, 2020.
CONSTRUCAOCIVILPET. Como funciona a usina de asfalto. BLOG. Disponível em: <https://civilizacaoengenheira.wordpress.com/2018/04/30/como-funciona-uma-usina-de-asfalto/>. Acesso em: 21, setembro, 2020.
GEWEHR, Julaino. Asfalto de qualidade. BLOG. Disponível em: <http://asfaltodequalidade.blogspot.com/2012/10/usinas-de-asfalto.html>. Acesso em: 21, setembro, 2020.
MINISTÉRIO DOS TRANSPORTES . Jorge Ernesto Pinto Fraxe. Boletim/Administrativo n036 de 2, de 6 de setembro de 2013. Departamento Nacional de infraestrutura de transportes. Instrução de serviço /DG n10, de 2 de setembro de 2013, [S. l.], n. 10, p. 1 -16, 2 set. 2013.
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CASSANEGO, Marcio Luiz; RAUBER, Ana Carla C.; SILVA, Rodrigo Ferreira. Diagnóstico de impactos ambientais causado por usina de asfalto. 2004. Disponível em: < https://periodicos.ufn.edu.br/index.php/disciplinarumNT/article/view/1182>. Acesso em 23 de setembro de 2020.
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