Metais mais eficientes

A demanda mundial por maior eficiência no consumo de energia elétrica impulsiona a evolução dos aços usados na fabricação de motores de geladeiras, aparelhos de ar-condicionado, geradores e transformadores. Chamados de aços elétricos e compostos basicamente de ferro e silício, eles são produzidos desde o início do século XX e têm como característica a facilidade de serem magnetizados e transformar a energia elétrica em energia mecânica.

A busca por melhor desempenho desse material é constante para atender produtos em setores tradicionais, como eletrodomésticos, e em áreas tecnológicas mais avançadas, como a produção de carros elétricos. Nos anos 1990, a Companhia Siderúrgica Nacional (CSN), junto com um grupo de pesquisadores do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), conseguiu renovar o seu sistema produtivo de aços elétricos com um projeto do programa Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (PITE) da FAPESP. Com isso, a CSN obteve produtos 30% mais eficientes.

A mais recente inovação vem de uma empresa, a Aperam (ex-Acesita), de Minas Gerais. No último trimestre de 2016, a companhia concluiu um conjunto de melhorias em seus processos produtivos que permitiu o início da fabricação de um material ainda mais eficiente energeticamente, o aço elétrico de grão superorientado (HGO, sigla de High Permeability Grain Oriented Steel).

“É uma tecnologia que reduz a perda magnética do processo de transformação de energia em até 30% nos metais”, diz o engenheiro Rubens Takanohashi, da Aperam. A perda magnética é a energia despendida como calor na alternância de magnetização e desmagnetização do metal. O HGO é uma evolução de um dos dois tipos existentes, os aços elétricos de grão orientado (GO), que são de alto desempenho e equipam os transformadores, equipamentos que alteram e adequam a voltagem de correntes elétricas alternadas. O outro é o grupo dos aços elétricos chamados de grão não orientado (GNO), utilizados em motores, compressores e geradores. A perda magnética apresentada por um aço GO é de aproximadamente 1,25 watt por quilo do material. Com o HGO essa perda é reduzida para algo como 0,95 watt por quilo do material.

A diferença pode parecer pequena, mas é bastante significativa quando se leva em conta que essa perda é reproduzida em todo o parque de transformadores instalados no país. “Essa era uma demanda do mercado brasileiro”, diz Takanohashi. “Esse material permite a produção de transformadores mais eficientes e de 10% a 15% menores, consumindo menos insumos em sua fabricação e facilitando o transporte do equipamento.”

No município de Timóteo (MG), a siderúrgica Aperam mantém a única unidade produtora de aço GO, e agora HGO, na América Latina e uma das 15 em atividade no mundo, que estão instaladas em 10 países. O início da produção de HGO demandou investimentos de US$ 19 milhões ao longo de dois anos. A empresa não adquiriu um pacote tecnológico, mas desenvolveu a solução internamente. Ao todo foram oito anos de estudos no Centro de Pesquisas da Aperam em Timóteo, que tem seis pesquisadores dedicados ao desenvolvimento de aços elétricos. O consumo brasileiro de aços elétricos GO é estimado em 45 mil toneladas (t) por ano. A estimativa do mercado de siderurgia indica que o consumo global de aços elétricos chegue à casa de 12,5 milhões de t/ano, sendo 2,5 milhões de aço GO e 10 milhões de GNO. No Brasil, o consumo total, dos dois tipos de produtos acabados e mais os semiprocessados, é de aproximadamente 400 mil toneladas anuais. A fábrica da Aperam tem capacidade para produzir 60 mil t/ano de aço GO. Sua produção atual é de 55 mil t/ano destinada a atender o mercado interno e países da América Latina. A fabricação do novo aço HGO não representará um aumento da capacidade produtiva, mas uma mudança de perfil. Segundo Takanohashi, ainda não há uma projeção de qual será a proporção do HGO no mix da companhia. “Dependerá da demanda.”

Motores ecoeficientes

Uma chapa de aço é formada por bilhões de cristais. Os tamanhos são variados, mas cada grão de cristal tem por volta de 100 micrômetros (igual a 1 décimo de milímetro) de diâmetro. No aço elétrico, os cristais têm estrutura cúbica, e quanto mais cristais estejam orientados de forma a ter uma face do cubo paralela à superfície de laminação da chapa, melhor é sua propriedade magnética. “Apesar de o avanço tecnológico ter desenvolvido ‘receitas’ que permitem um bom controle da orientação dos cristais na chapa de aço, a ciência ainda não é capaz de explicar como isso ocorre”, afirma o engenheiro metalúrgico Fernando Landgraf, diretor-presidente do IPT.

Landgraf coordena um grupo de pesquisa sobre aços elétricos no Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), no qual é professor. São avaliados os tamanhos dos cristais, sua orientação espacial, impurezas e os defeitos cristalinos. O IPT e a Poli estão engajados na pesquisa de materiais magnéticos desde 1982. Nos anos 1990, a equipe de pesquisadores liderada por Landgraf usou a experiência adquirida em pesquisa magnética para desenvolver soluções para o mercado de aços elétricos.

A pesquisa sobre a maior eficiência dos aços elétricos, segundo Landgraf, é hoje uma preocupação global e está inserida nos esforços de economia energética. “Calcula-se que 50% da energia elétrica produzida por ano no mundo é consumida por motores. Por volta de 3% dessa energia é dissipada como perdas magnéticas. São números que podem ser reduzidos com o desenvolvimento de aços elétricos mais eficientes”, diz.