Avaliação do aquecimento de produtos asfálticos em tanques com agitadores mecânicos

Este trabalho técnico foi preparado para apresentação no 19° Encontro de Asfalto, realizado no período de 9 a 11 de junho de 2008, no Rio de Janeiro, e foi selecionado para apresentação pelo Comitê Organizador do Evento, seguindo as informações contidas no trabalho completo submetidos pelo(s) autor(es). Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme apresentado não necessariamente reflete as opiniões do IBP, sócios e representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este trabalho seja publicado nos Anais do 19° Encontro de Asfalto.

Armando Morilha Junior1, José Antonio Antosczezem Junior2, Wander Omena3
Copyright 2008, Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis – IBP

Resumo
Durante os meses de março a setembro de 2007 foram realizados ensaios de estocabilidade em escala real nos produtos ECOFLEX B (asfalto modificado por borracha), POLIFLEX 60/85 (asfalto modificado por polímero SBS) e CAP 50/70. Essa avaliação teve como objetivo verificar as velocidades de aquecimento dos ligantes estocados em tanques com agitadores mecânicos instalados e em tanques sem agitadores.
1. Introdução
A estocagem a elevadas temperaturas dos ligantes asfálticos se faz necessária para garantir as condições ideais de bombeamento e mistura com os agregados durante a usinagem. No entanto, é reconhecido que ligantes asfálticos, quando submetidos a elevadas temperaturas por longo período, podem sofrer alterações reológicas. Tais alterações podem comprometer suas características aglutinantes e, conseqüentemente, o desempenho das misturas asfálticas. E podem ser potencializadas pelo contato, por longos períodos, entre o ligante e o sistema de aquecimento instalado nos tanques de estocagem.
2. Metodologia do Ensaio
Objetivando avaliar a velocidade de aquecimento de ligantes asfálticos em tanques de estocagem, foram realizadas determinações de temperaturas em duas situações: em tanques com e sem agitadores mecânicos. O uso de agitadores mecânicos em tanques de estocagem de ligantes asfálticos é algo comum em vários países do mundo, este artifício serve para promover uma convecção forçada do ligante no tanque; ato este que possibilita uma troca de calor mais rápida entre o sistema de aquecimento instalado no tanque e o ligante.
O sistema de aquecimento adotado para ambos os casos avaliados, com e sem agitação, foi composto de maçaricos que eram ligados após verificação da temperatura inicial e com desligamento após atingir a temperatura desejada. Os tanques com capacidade nominal de 27 toneladas apresentavam as mesmas dimensões construtivas e capacidade de isolamento térmico, assim como os maçaricos instalados possuíam a mesma capacidade de aquecimento.
Os ligantes asfálticos avaliados foram: CAP 50/70 (cimento asfáltico de petróleo), POLIFLEX 60/85 (asfalto modificado por polímero tipo SBS tipo 60/85) e ECOFLEX B (asfalto modificado por pó de pneus).
As temperaturas de estocabilidade foram adequadas para cada tipo de ligante avaliado e foram mantidas nessas temperaturas para ambos os sistemas com e sem agitação). As temperaturas de set-point foram: CAP 50/70 igual a 165ºC; POLIFLEX 60/85 igual a 175ºC e ECOFLEX B (asfalto modificado por borracha 15%) igual a 180ºC.
O estudo visa caracterizar o ganho calorífico, eventualmente existente, em tanques sem e com agitação mecânica, em situações de manutenção de temperatura ideal à usinagem do ligante asfáltico. Por exemplo: um tanque com CAP 50/70 em determinado dia se encontra com o produto a 140ºC e necessita ser aquecido até sua temperatura de usinagem que é 165ºC. Qual é a taxa de aquecimento para atingir tal temperatura em tanques sem e com agitação?
3. Resultados Obtidos
Os resultados obtidos serão apresentados em forma de tabelas para cada um dos ligantes avaliados. Os tanques foram mantidos aquecidos graças a um sistema de isolamento térmico que permitia o acionamento do maçarico apenas uma vez por dia. As tabelas a seguir apresentam, para cada um dos ligantes estocados em tanques com e sem agitação, um período de tempo único diário de aquecimento de cada ligante asfáltico para manutenção de sua respectiva temperatura de estocagem.
3.1 Avaliações do Cimento Asfáltico de Petróleo tipo 50/70 com e sem agitação


Observando-se as tabelas 1 e 2, pode-se notar que a velocidade de aquecimento do CAP 50/70 é maior no caso onde se utiliza o agitador mecânico; levando desta forma a uma economia de 0,1ºC por minuto, em média, na taxa de aquecimento necessária para a manutenção da temperatura de estocagem do CAP 50/70 a 165ºC.
3.2 Avaliações do POLIFLEX Pave 60/85 com e sem agitação
POLIFLEX 60/85 trata-se de um ligante asfáltico modificado por polímero tipo SBS que atende a especificação para este tipo de ligante na categoria 60/85.

 

De forma similar ao CAP 50/70, também avaliado sob condições idênticas, a velocidade de aquecimento do POLIFLEX 60/85 em tanques com sistema de agitação mecânica é superior a velocidade de aquecimento em tanques sem agitação mecânica.
Observando-se as tabelas 3 e 4, pode-se notar uma economia de 0,37ºC por minuto, em média, na taxa de aquecimento necessária para a manutenção da temperatura de estocagem do POLIFLEX 60/85 a 175ºC.
3.3. Avaliações do ECOFLEX Pave B com e sem agitação
O ECOFLEX B é um ligante asfáltico modificado pela adição de pó de pneus inservíveis, na quantidade de 15% de pó de pneus em peso.


Através da apreciação das tabelas 5 e 6 pode-se observar, assim como os ligantes asfálticos, CAP 50/70 e POLIFLEX 60/85, que o ECOFLEX B quando estocado em tanque com agitador mecânico e comparado quando estocado em tanque sem agitador, apresentou uma economia de 0,25ºC por minuto em média, na taxa de aquecimento necessária para a manutenção da temperatura de estocagem do ECOFLEX B à 180ºC.
4. Considerações Específicas
4.1. Ligante CAP 50/70

As velocidades médias de aquecimento observadas para a manutenção da temperatura do CAP 50/70 a 165ºC são de 0,55ºC/min para os tanques sem
agitação e que a velocidade de aquecimento para tanques com agitação é de 0,65ºC/min. Portanto, pode-se observar que a velocidade de aquecimento para tanques com agitação mecânica é aproximadamente 18% mais rápida quando comparada a um tanque sem agitação.


Exemplo: Um tanque com CAP 50/70 de dimensões similares ao tanque avaliado e com isolamento térmico também similar, a 110ºC e necessitando ter sua temperatura elevada de 110ºC para 140ºC; teríamos:
I. sem agitação
Tempo de aquecimento = (140-110) / 0,55 = 54,5 minutos
II. com agitação
Tempo de aquecimento = (140-110)/ 0,65 = 46 minutos
Ou seja, o aquecimento se daria 8,5 minutos mais rápido do que um tanque sem agitação. Tal fato leva a uma economia de combustível e a uma redução de emissões atmosféricas.
4.2. POLIFLEX 60/85 (asfalto modificado por SBS)
Avaliando os dados obtidos pode ser observado que a velocidade média de aquecimento do POLIFLEX nos casos com e sem agitação foram: 0,42ºC/min, no caso sem agitação e de 0,79ºC/min no tanque com agitador.


Com esses dados pode ser afirmado que, para o asfalto modificado por SBS avaliado, a velocidade de aquecimento em tanques com agitador é aproximadamente 88% maior do que em tanques sem agitação. Exemplo: Um tanque com POLIFLEX 60/85 de dimensões similares ao tanque avaliado e
com isolamento térmico também similar, a 110ºC e necessitando ter sua temperatura elevada de 110ºC para 140ºC; teríamos:
III. sem agitação
Tempo de aquecimento = (140-110) / 0,42 = 71,5 minutos
IV. com agitação
Tempo de aquecimento = (140-110)/ 0,79 = 38 minutos
Ou seja, o aquecimento se daria 33,5 minutos mais rápido do que um tanque sem agitação. Tal fato leva a uma economia de combustível e a uma redução de emissões atmosféricas.


4.3. ECOFLEX B (asfalto borracha)
Observando os dados obtidos no ECOFLEX B, a velocidade média de aquecimento para os tanques sem agitação foi de 0,53ºC/min, já a velocidade média de aquecimento para o caso com agitação foi de 0,78ºC/min.
Tomando como base os valores de velocidade média, pode se inferir que a velocidade média de aquecimento é maior para tanques com agitação do que para tanques sem agitação e na ordem de 47%.
V. sem agitação
Tempo de aquecimento = (175-145) / 0,53 = 56 minutos.
VI. com agitação
Tempo de aquecimento = (175-145)/ 0,78 = 38 minutos.
Ou seja, o aquecimento se daria 18 minutos mais rápido do que um tanque sem agitação. Tal fato leva a uma economia de combustível e a uma redução de emissões atmosféricas.
Vale a pena ressaltar que nos exemplos citados se fez uso das taxas de aquecimento, nas situações com e sem agitação, para cada um dos ligantes estudados, devido ao fato que a variação de temperatura exemplificada apresentar amplitude similar à variação de temperatura determinada no estudo em questão.
5. Conclusões
Diante dos dados obtidos, pode-se observar que o uso de agitadores mecânicos em tanques de estocagem de ligantes asfálticos tradicionais e modificados leva a uma economia da energia empregada na manutenção da temperatura de estocagem desses ligantes. Isto se deve ao fato de que a temperatura é elevada com maior facilidade graças à convecção forçada pelos agitadores.
A economia de tempo e energia para aquecimento observada nos tanques com agitação é maior para os ligantes asfálticos mais viscosos. Essas economias de energia térmica, observadas na manutenção das temperaturas de estocagem em cada tanque, não podem ser comparáveis entre ligantes asfálticos diferentes devido as suas diferentes capacidades caloríficas. No entanto, o estudo apresentado compara o efeito do aquecimento de cada um dos ligantes asfálticos estocados em tanque com e sem agitador mecânico. Essa comparação pode ser extrapolada para uma comparação entre velocidade de aquecimento de distintos ligantes de maneira expedita.
O presente estudo procura demonstrar que a utilização da agitação mecânica em tanques, apesar de ser para muitos um incômodo e até mesmo um fator inibidor para aplicação de ligantes modificados, é decisiva para a economia de energia de aquecimento envolvida na manutenção da temperatura em tanques pré- aquecidos, importante até, quando se trabalha com os ligantes asfálticos tradicionais.
Portanto a utilização de agitadores mecânicos além de melhorar a homogeneidade de ligantes modificados, ainda economiza energia de aquecimento em qualquer tipo de ligante asfáltico; além de reduzir emissões atmosféricas.
Engenheiro Wander Omena – Gerente de pessquisa e Desenvolvimento
Os autores agradecem a GRECA ASFALTOS por permitir a condução deste estudo.

Leia a matéria completa no informativo Fatos&Asfaltos nº15

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