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IMPLANTAÇÃO DO COLD TEST NA LINHA DE
PRODUÇÃO DE MOTORES À DIESEL COMO
PRÁTICA DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA
Luiz Fernando Rodrigues Pinto (UNINOVE)
lfernandorp44@gmail.com
Geraldo Cardoso de Oliveira Neto (UNINOVE)
geraldo.prod@ig.com.br
A globalização do comércio no setor automotivo e o consequente aumento
da concorrência tem mobilizado empresas brasileiras a realizar estudos de
melhorias de processo visando redução de custos. A adoção de práticas de
Produção mais Limpa (P+L) associa a obtenção de ganhos econômicos e
ambientais para a empresa, com o foco na maior eficiência no uso de
materiais, energia, processos e serviços. O objetivo geral desse estudo
consiste em avaliar a vantagem econômica e ambiental da implantação do
Cold Test na linha de produção de motores Diesel. O método de pesquisa
adotado foi o estudo de caso, desenvolvido por meio de levantamento de
dados na empresa. As informações econômicas foram obtidas através dos
custos reais do processo atual, Hot Test, e estimativas com a implantação do
Cold Test. As vantagens ambientais foram mensuradas com a aplicação da
metodologia de Intensidade de Material do Wuppertal Institute, que expõe
na escala da biosfera os resultados poupados por conta da intervenção de
práticas de P+L. Os resultados denotaram que o investimento no Cold Test
proporcionou ganhos econômicos e ambientais.
Palavras-chave: Cold Test; Produção mais Limpa; Vantagem econômica e
ambiental
XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção
Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
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1. Introdução
A indústria brasileira, em particular o setor automotivo, tem enfrentado grandes desafios para
competir nos mercados, local e internacional. Estas dificuldades têm mobilizado as empresas
a buscarem avanços em produtividade, inovação e redução de custos. O “fazer mais com
menos” é questão de sobrevivência, o objetivo é produzir maior quantidade de produtos com
menor consumo de recursos. Neste sentido, as práticas de Produção mais Limpa (P+L)
combinam eficiência econômica e ecológica, melhorando a competitividade das empresas,
enquanto protege o meio ambiente, o consumidor e o trabalhador (GIANNETTI e
ALMEIDA, 2012). A Produção mais Limpa é um conceito de melhoria contínua que tem por
consequência tornar o processo produtivo cada vez menos agressivo ao homem e ao meio
ambiente, podendo aumentar a produtividade e trazendo benefícios econômicos para a
empresa (UNEP, 1989).
Seguindo o conceito exposto, buscou-se uma alternativa ao processo convencional de teste de
motores Diesel. A opção encontrada é o Cold Test, um equipamento de alta tecnologia onde
não é necessário o funcionamento do motor para a verificação de parâmetros como torque e
potência do motor, estanqueidade e funcionamento dos sistemas de arrefecimento e
combustível (DELVECCHIO et al, 2015). Notoriamente o teste convencional, Hot Test, gera
maior impacto ambiental que o Cold Test, pois são consumidos insumos para o
funcionamento do motor, além da emissão de gases provenientes da combustão, como o CO,
CO2, HC, NOx e materiais particulados. O principal problema de pesquisa constatado é que o
Cold Test requer um alto valor de investimento, sendo necessário um volume de produção
expressivo para viabilizar economicamente a aquisição de um equipamento com este nível de
tecnologia.
Neste contexto, esse estudo tem como objetivo geral avaliar os benefícios econômicos e
ambientais da implantação do Cold Test na linha de produção de motores Diesel. Em
específico, será o levantamento de dados quantitativos em termos econômicos e ambientais
nos testes dos motores e compará-los para verificar a viabilidade de adicionar o Cold Test no
processo produtivo.
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Este artigo é composto pela introdução, seguida da revisão da literatura, metodologia de
pesquisa, apresentação do estudo de caso e as conclusões.
2. Revisão da literatura
2.1. Vantagem econômica e ambiental da adoção de Produção Mais Limpa (P+L)
A expressão “Produção Mais Limpa” foi lançada em 1989 pela UNEP (United Nations
Environment Program) e pela DTIE (Division of Technology, Industry and Environment). Ela
é definida como a aplicação contínua de uma estratégia de preservação do meio ambiente
integrada a processos e produtos, visando reduzir riscos ao ser humano e ao meio ambiente.
Para processos produtivos, Produção Mais Limpa (P+L) leva em consideração otimizar o uso
de matérias-primas e energia, eliminando materiais nocivos ao meio ambiente e reduzindo a
quantidade e toxicidade das emissões e resíduos antes da disposição final. Para produtos, a
estratégia foca em reduzir impactos ambientais ao longo do ciclo de vida do produto, desde a
extração de matéria-prima até a sua disposição no final de vida. Ainda são consideradas as
implicações ambientais de embalagens e de distribuição do produto.
De acordo com UNEP (1995), a estratégia de trabalhar com Produção Mais Limpa não está
limitada à melhoria tecnológica, mas também é preciso a aplicação do conhecimento e
mudanças de atitudes em todos os setores da empresa.
Alguns trabalhos realizados em indústrias do setor automotivo demonstraram vantagens
econômicas e ambientais. Vendrametto et al. (2010) promoveram mudança na forma de
entrega de produtos, eliminando ou reutilizando as embalagens de papelão, plástico e madeira,
obtendo resultados econômicos e ambientais. Oliveira Neto et al. (2014c) substituíram o óleo
protetivo anti-corrosão aplicado em peças metálicas pelo plástico VCI para embalar as peças,
o resultado trouxe ganhos financeiro e ambiental.
2.2. Hot Test e Cold Test
Em uma linha de produção, todos os motores são testados antes de serem instalados nos
veículos. Esta prática é seguida pelas empresas devido à complexidade e ao elevado custo de
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retrabalho no motor após o veículo acabado. A seguir, são apresentados dois tipos de testes
aplicados em motores de combustão interna na indústria automotiva, o Hot Test e o Cold Test.
2.2.1. Hot Test
O Hot Test é um teste funcional realizado em banco de provas, onde são verificadas diversas
características do motor. O dinamômetro é o principal equipamento do banco de prova, ele é
um dispositivo destinado a absorção e medição de potência produzida por uma fonte capaz de
acioná-lo, no caso o motor Diesel. Existem muitos tipos de dinamômetro, mas a abordagem
deste estudo será no tipo hidráulico.
Conforme Perfectum Serviços de Engenharia (2015), um dinamômetro hidráulico tem como
princípio de operação um rotor aletado que gira no interior de uma carcaça com estatores
também aletados. A água entra na câmara do rotor axialmente, ao centro. Pela ação
centrífuga, a água é acelerada e lançada para a saída, formando um anel no interior da câmara
do rotor, que gira com rotação aproximadamente igual a metade da velocidade do disco do
rotor. Finalmente, a água sai da câmara do rotor através do bocal situado na parte inferior da
carcaça. A energia mecânica fornecida pelo motor em ensaio é absorvida em calor por um
remoinho que é gerado com a passagem da água entre as aletas do rotor e dos estatores. O
calço resultante aplica uma resistência ao movimento de rotação do rotor e tende a girar a
carcaça no sentido inverso com igual esforço. Este esforço é transmitido, por meio de um
braço, a uma célula de carga instalada a uma distância fixa da linha de centro do
dinamômetro.
Neste contexto, a água é o principal componente do processo, por este motivo, o suprimento
de água é o pré-requisito mais importante para a estabilidade funcional do dinamômetro
hidráulico. Flutuações no fluxo de água, introduzidas por cavitação da bomba, entrada de ar,
oscilações da válvula de controle, turbulência ou simplesmente a presença de outro usuário na
linha de abastecimento produzem instabilidade na carga aplicada ao motor, resultando em
flutuações de torque e rotação (PERFECTUM SERVIÇOS DE ENGENHARIA, 2015).
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Outro controle importante é quanto à qualidade de água utilizada no sistema. O
funcionamento e acuidade dos resultados não são afetados, mas pode reduzir a vida útil do
dinamômetro. Água com elevado grau de dureza promove a formação de depósitos, que irão
danificar prematuramente os selos mecânicos de carvão do equipamento. Água muito ácida
pode causar corrosão eletrolítica entre materiais diferentes. O tratamento da água deve ser
considerado quando necessário, observando-se os níveis de dureza e acidez recomendados
pelos fabricantes (PERFECTUM SERVIÇOS DE ENGENHARIA, 2015).
2.2.2. Cold Test
O Cold Test foi desenvolvido no final da década de 1980 como uma alternativa para o
tradicional Hot Test. A partir de 2006, este sistema de teste começou a ser aplicado em
motores Diesel dotados do sistema de injeção de combustível denominado Common Rail
(FROEHLICH et al., 2007). No Cold Test é possível verificar através de sensores a
estanqueidade das galerias de óleo, sistema de arrefecimento e de combustível, funções
mecânicas, atuadores, ignição, injeção de combustível e o turbo alimentador. Além disso,
verificam-se os desempenhos de torque e potência, ruído e vibração (DELVECCHIO et al,
2015).
A aplicação do Cold Test em uma linha de produção de motores proporciona muitas
vantagens, com relação ao custo operacional podem ser citados: (i)ciclo de teste é mais rápido
que o tradicional Hot Test; (ii)custo de operação é menor, já que não é consumido óleo Diesel
e outros insumos; (iii)não são necessários sistemas para recirculação de água e ar. Outras
vantagens estão relacionadas ao diagnóstico do teste que detecta falhas não perceptíveis no
Hot Test, tais como vazamentos internos e avaliação individual de cada cilindro do motor.
Além disso, não há emissão de gases poluentes para a atmosfera (FROEHLICH et al., 2007).
3. Método de pesquisa
A natureza deste trabalho é caracterizada por um estudo de caso. Foram analisados dados de
uma linha de produção de motores Diesel considerando dois cenários, o atual onde todos os
motores produzidos são testados em Hot Test e o proposto, onde é inserido o Cold Test no
processo produtivo, permanecendo o Hot Test com caráter amostral em 5% do volume diário
de produção. Foram avaliadas as vantagens econômicas e ambientais da implantação do Cold
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Test no fluxo produtivo e também foram comparados os ganhos econômicos e ambientais.
O levantamento de dados foi realizado durante o ano de 2014. Por se tratar de uma linha de
produção dedicada a estes motores, as informações de consumo dos materiais já estavam
consolidadas pelas áreas responsáveis pelo monitoramento mensal. Basicamente, é registrado
mês a mês o quanto de material foi solicitado pela área de manufatura. O óleo Diesel é
fornecido em caminhão tanque, que abastece um reservatório que supre as quatro células de
teste. O líquido de arrefecimento e o óleo do sistema hidráulico são fornecidos em tambores e
enviados à linha de produção sempre que requerido pela produção, dando baixa automática no
estoque. Com relação à energia elétrica, foi dimensionada a potência requerida no Hot Test,
contemplando dinamômetros e toda infraestrutura de iluminação, painéis e dispositivos para
movimentação dos motores. Sabendo a potência elétrica requerida em kW, esta foi
multiplicada pela quantidade de horas trabalhadas no ano. Desta forma foi determinado o
consumo de energia elétrica anual em kWh. O Cold Test não requer uso de combustível ou
materiais para o seu funcionamento, apenas energia elétrica. Entretanto, ainda foram
considerados os custos com óleo Diesel, líquido do sistema de arrefecimento, óleo do sistema
hidráulico e energia elétrica devido ao Hot Test que permanecerá para 5% do volume de
produção. Desta forma, verificou-se a quantidade de insumos reduzidos com o Cold Test e foi
calculado o total de material economizado (MTE).
Na sequência, foi realizada a avaliação econômica, quantificando financeiramente os
elementos constatados no levantamento de dados para identificar se ocorreu ganho econômico
(GE) para a empresa. Ainda nesta avaliação, foram calculados a rentabilidade (ROI) e o
período para retorno do investimento. Conforme Martins (2000), a análise do ROI consiste na
melhor maneira de se avaliar um grau de sucesso de um empreendimento através da divisão
do lucro obtido em um período de tempo dividido pelo investimento, nesse calcula-se o valor
percentual.
O procedimento utilizado para levantamento e análise dos dados foi baseado em Oliveira
Neto, (2010; 2014a,b,c) que orienta sobre a oportunidade de avaliar a vantagem ambiental e
econômica da adoção de práticas de Produção Mais Limpa. A avaliação ambiental foi
realizada por meio da ferramenta Mass Intensity Factors (MIF), considerando a massa (M) e o
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intensity fator (IF), vide equação 1:
MIF = (M x IF) Eq.1
De acordo com Ritthoff et al. (2003), o MIF permite mensurar o impacto ambiental nos
compartimentos: abiótico, biótico, água e ar. O compartimento biótico abrange um conjunto
de todos os organismos vivos como plantas e decompositores, já o abiótico é um conjunto de
fatores não vivos de um ecossistema que atuam no meio biótico, são métricas como
temperatura, pressão, pluviosidade de relevo, etc (ODUM, 1998).
As reduções de impacto ambiental por compartimento abiótico (w), biótico (x), água (y) e ar
(z), através MIC, foram calculadas conforme a equação 2:
*MIC = (IF Aw + IF Bw + IF Cw + ... + IF Nw) Eq.2
Onde:
IF Aw é o fator de intensidade do resíduo A no compartimento abiótico (w)
IF Bw é o fator de intensidade do resíduo B no compartimento abiótico (w)
IF Cw é o fator de intensidade do resíduo C no compartimento abiótico (w)
IF Nw é o fator de intensidade do resíduo N no compartimento abiótico (w)
*exemplo de MIC para o compartimento abiótico (w), idem para os demais.
Para concluir a avaliação ambiental, foi calculado o total de intensidade de massa (MIT)
somando os MIC, conforme indicado na equação 3:
MIT = (MICw + MICx + MICy+ MICz +…+ MICn) Eq.3
A comparação dos ganhos econômico e ambiental foi realizada através do índice de ganho
econômico (IGE) e do índice de ganho ambiental (IGA), conforme as equações 4 e 5,
respectivamente:
IGE = (MTE/GE) Eq.4
IGA = (MIT/GE) Eq.5
A tabela 1 apresenta os fatores e compartimentos contemplados neste método. O óleo Diesel é
o combustível utilizado para o funcionamento do motor durante o Hot Test. Para o
compartimento Ar é necessário somar o fator de intensidade do óleo Diesel antes da
combustão (0,02) e pós combustão (3,20), quando é utilizado o oxigênio do ar na queima.
Desta forma o MIF do óleo Diesel no compartimento Ar é 3,22. A eletricidade é a fonte de
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energia para o funcionamento do dinamômetro. O líquido do sistema de arrefecimento do
motor, cuja substância é etilenoglicol. Por fim, o óleo do sistema hidráulico, cuja substância é
a nafta.
Tabela 1 – Material Intensity Factors usados no trabalho (Wuppertal Institute, 2011).
Material Utilizado Material
Abiótico
Material
Biótico Água Ar
■ Óleo Diesel 1,36 - 9,7 3,22
■ Energia Elétrica 3,15 0,04 57,64 0,514
■ Líq. Arrefecimento
▲ Etilenoglicol 2,9 - 133,46 2,29
■ Óleo sistema hidráulico
▲ Nafta 1,69 - 13,88 0,05
Fonte: Dados internos na empresa.
Com o exposto, foi possível desenvolver um estudo de caso demonstrando por meio de dados
coletados as avaliações e comparações dos ganhos econômico e ambiental.
4. Estudo de caso
4.1. Caracterização da empresa
A empresa foco do estudo está estabelecida no Brasil, sendo líder em tecnologia e
desenvolvimento de motores Diesel na América Latina para diversas aplicações, tais como
veiculares, agrícola, marítimo e geradores industriais. O estudo foi realizado em uma linha de
montagem exclusiva para motores Diesel destinados a veículos comerciais, ônibus e
caminhões.
4.2. Comparativo do Hot Test com o Cold Test
4.2.1. Fluxo do processo produtivo atual
No processo atual, a linha de montagem principal do motor é composta por 40 postos de
trabalho, com a cadência de 5 minutos por posto. Todos os motores são testados em
dinamômetros (Hot Test). Para o funcionamento do motor, há a necessidade de preparação
prévia ao teste, que consiste em: abastecimento de óleo lubrificante e acoplamento de
mangueiras que serão utilizadas na célula de teste para os sistemas de admissão de ar, de
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escape e recirculação do líquido de arrefecimento do motor.
A duração do teste é de 18 minutos. Devido o tempo de teste ser maior que o tacto da linha de
montagem, são necessárias 4 células de testes atuando paralelamente. No final do teste o
laudo é emitido e o motor segue para a despreparação, que consiste em desacoplar as
mangueiras instaladas na preparação para o teste. Se o motor é reprovado no Hot Test, ele
segue para a área de retrabalho onde são realizados os devidos reparos e, então, o motor é
encaminhado novamente para o teste.
Quando o motor é aprovado no Hot Test, ele segue para a montagem final onde são instalados
os suportes traseiros e dianteiros e, então, é colocado na embalagem para ser encaminhado à
área de Expedição.
Figura 1 – Fluxo do processo produtivo com o Hot Test
Fonte: Dados internos na empresa.
4.2.2. Fluxo do processo produtivo proposto com o Cold Test
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No fluxo proposto, seriam substituídas as 4 células de Hot Test por apenas uma de Cold Test,
isto porque o tempo de ciclo do Cold Test é de apenas 3 minutos por motor. Também não
haveria necessidade de preparação e despreparação para o teste.
Figura 2 – Fluxo do processo produtivo com o Cold Test
Font
e: Dados internos na empresa.
4.2.3. Vantagem econômica na implantação do Cold Test
Foram levantados os custos na operação do Hot Test em 2014, com o volume de 21.544
motores produzidos, e as respectivas estimativas com o Cold Test, conforme apresentados na
tabela 2. Lembrando que a introdução do Cold Test substitui 95% do Hot Test, permanecendo
5% do volume diário de produção submetido ao teste convencional em caráter de auditoria.
Por este motivo os insumos típicos do Hot Test como óleo Diesel, líquido de arrefecimento e
óleo do sistema hidráulico ainda permanecem na estimativa de custos do Cold test,
apresentados na tabela 2.
Tabela 2: Levantamento dos custos de operação do Hot Test e Cold Test.
Material utilizado Custo anual (R$)
Hot Test Cold Test
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Energia elétrica 1.085.319,60 29.671,02
Óleo Diesel 632.208,66 31.610,43
Líquido de arrefecimento 441.623,54 22.081,18
Óleo sistema hidráulico 47.009,43 2.350,47
Total 2.206.161,23 85.713,10
Fonte: Dados internos na empresa.
O investimento necessário para a aquisição, instalação e parametrização do Cold Test é
R$8.000.000,00. A redução de custo anual esperada com a implantação deste equipamento é
de R$2.120.448,13. Com isto, a rentabilidade sobre o investimento é 26,5% e o período para
retorno do capital investido é de 3 anos e 10 meses.
4.2.4. Vantagem ambiental com a implantação do Cold Test
Nesta análise, foram considerados os insumos que têm o consumo reduzido com a
implantação do Cold Test, são eles: óleo Diesel, energia elétrica, líquido de arrefecimento do
motor e o óleo do sistema hidráulico. A intensidade de massa foi obtida multiplicando a
quantidade de insumo pelo MIF (Mass Intensity Factor) correspondente.
O levantamento de dados obteve o consumo anual dos líquidos em litros. Para o cálculo de
intensidade de massa, foi multiplicado o volume consumido pela densidade do respectivo
material, conforme estão apresentados na tabela 3. O MIC (Mass Intensity per Compartiment)
é o resultado da soma das massas de cada compartimento. O MIT (Mass Intensity Total) foi
obtido somando o MIC de todos os compartimentos, abiótico, biótico, água e ar.
Tabela 3 – Vantagens ambientais na implantação do Cold Test.
Material
Utilizado
Redução
Anual
Densidade
[kg/l]
Massa
[kg]
Material
Abiótico
Material
Biótico Água Ar
■ Óleo Diesel 318.428
litros 0,843 268.434,80 365.071,33 - 2.603.817,60 864.360,07
■ Líq. Arrefec.
▲ Etilenoglicol 42.914 litros
1,122 48.149,51 139.633,57 - 6.426.033,34 110.262,37
■ Óleo Hidr.
▲ Nafta 7.995 litros 0,870 6.955,65 11.755,05 - 96.544,42 347,78
■ Energia Elét. 2.721.600
kWh - - 8.573.040,00 108.864,00
156.873.024,
00
1.398.902,4
0
MIC 9.089.499,96 108.864,00 165.999.419,
36
2.373.872,6
2
MIT = 177.571.655,94 kg
MTE 323.539,
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Fonte: autores
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Em adicional ao cálculo do MIF, foi verificada também a quantidade de massa dos gases de
exaustão do motor. Foram utilizados como referência para este cálculo os gases monitorados e
reportados para o órgão ambiental local, são eles: CO, HC, NOX, CO2 e material particulado.
Segundo Lora (2002), material particulado é qualquer substância, à exceção da água pura, que
existe como líquido ou sólido na atmosfera e que tem dimensões microscópicas ou
submicroscópicas, porém maiores que as dimensões moleculares. Nevers (1995) complementa
que os materiais particulados podem permanecer no ar por um tempo que pode variar de
segundos a até minutos, dependendo de seu tamanho.
A tabela 4 apresenta a quantidade de emissão média de cada gás e os respectivos resultados
em massa liberados para a atmosfera anualmente. Esses dados foram obtidos através das
medições mensais realizadas e reportadas ao órgão ambiental local. A média desses resultados
foi multiplicada pela quantidade total de motores produzidos no ano de 2014. Constatou-se
então um total de 848.650,12 kg de gases, tendo como relevante participação o CO2,
representando 99,7% do total de massa.
Tabela 4 – Emissão de gases do motor.
Gás Emissão média [g/kWh] Massa/ano [kg]
CO 0,055 69,80
HC 0,023 29,19
NOx 1,746 2.215,76
CO2 666,886 846.312,52
Material Particulado 0,018 22,84
Total 848.650,12
Fonte: Dados internos na empresa.
4.2.5. Comparando as vantagens econômicas e ambientais
A implantação do Cold Test apontou ganho econômico (GE) de R$1.515.914,29 e economia
total de material (MTE) de 323.539,96 kg. O benefício ambiental, obtido através do MIT, é de
177.571.655,94 kg de material que não é modificado nem retirado dos ecossistemas e
848.650,12 kg de gases que deixam de ser emitidos para a atmosfera, totalizando
178.420.306,06 kg de ganhos ambientais.
Com esses dados foi possível comparar o índice de ganhos econômico e ambiental, conforme
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demonstrados abaixo:
IGE = MTE/GE = 0,213 kg/R$
IGA = MIT/GE = 117,698 kg/R$
No primeiro caso, cada real economizado corresponde a 0,213 kg de material. Quando se
considera a escala global, para cada real economizado, há um benefício de 117,698 kg de
material que não é modificado nem retirado dos ecossistemas.
5. Conclusões
A empresa pesquisada implantou o Cold Test no processo de fabricação de motores a diesel,
possibilitando minimizar emissões de gases nocivos à saúde humana. Com isso, a adoção do
Cold Test favoreceu o princípio da Produção Mais Limpa no que tange a minimização de
emissões poluidoras.
Os resultados apresentados demonstraram que existem benefícios econômicos e ambientais na
implantação do Cold Test. A redução de custo anual calculada é de R$2.120.448,13. O
período para o retorno do investimento necessário é de 3 anos e 10 meses e pode ser reduzido
se houver incremento no volume de produção, pois os custos com o Hot Test seriam ainda
maiores. Ou seja, a retomada do crescimento da economia brasileira pode impulsionar tal
tomada de decisão pela empresa. Quanto aos ganhos ambientais, há o potencial de reduzir
178.420.306,06 kg de emissões no ecossistema.
Uma limitação desse estudo consiste na impossibilidade de generalização dos resultados por
se tratar de estudo de caso e para pesquisas futuras sugere-se realizar múltiplos casos sob essa
ótica.
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DELVECCHIO, S.; G.D’ELIA; G.DALPIAZ. On the use of cyclostationary indicators in IC engine quality
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