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ANÁLISE ECONÔMICA COMPARATIVA
PARA SELEÇÃO DE PROCESSOS DE
FUSÃO EM PEQUENAS E MÉDIAS
FUNDIÇÕES DE FERROSOS
Alex Restelli
José Donizetti de Lima
Dalmarino Setti
Gilson Adamczuk Oliveira
Rogério Restelli
O presente artigo apresenta uma análise econômica comparativa para
seleção de processos de fusão em pequenas e médias fundições de
ferrosos. Foi utilizada a metodologia do Custo Anual Uniforme
Equivalente (CAUE) com a incorporação dos diversos tipos de custos
inerentes a cada processo: instalação, periféricos, manutenção e
principalmente os custos energéticos. Aplicou-se ainda a abordagem
probabilística via Simulação de Monte Carlo (SMC) para os valores de
consumo energético, baseados na premissa da variabilidade
operacional e permitindo pela incorporação da estocástica ampliar a
análise decisória. Tal metodologia empregada apresentou com clareza
a tecnologia do Forno Indução como a mais adequada para este
momento econômico.
Palavras-chave: Fornos, Seleção, Análise econômica, CAUE,
Simulação de Monte Carlo
XXXVIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO “A Engenharia de Produção e suas contribuições para o desenvolvimento do Brasil”
Maceió, Alagoas, Brasil, 16 a 19 de outubro de 2018.
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1. Introdução
O segmento de fundição brasileiro faturou 5,5 bilhões de dólares no ano de 2015, ficando em
sétimo lugar no ranking de produção mundial de fundidos. Esse setor emprega
aproximadamente 58 mil trabalhadores, sendo composto por uma base de 1.200 empresas que
em sua grande maioria são de pequeno e médio porte (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE
FUNDIÇÃO - ABIFA, 2016).
Uma indústria de fundição utiliza o processo de derretimento de metais para a produção de
peças, pela fusão, derretendo o material, vazando e deixando solidificar em moldes, de forma
que a forma do molde tenha a forma do objeto desejado. A peça resultante a partir do metal
líquido distingue o processo de fundição dos demais processos, devido à versatilidade na
produção de variados tipos de peças, inclusive as de maior complexidade, que não seria
possível ser produzida se não fosse por meio do processo de fundição (LIMA, 2011). Cada
alternativa de processo de fusão apresenta vantagens e desvantagens observando os aspectos
técnicos ou econômicos. Porém, nesse estudo contemplaram-se aspectos econômicos sem
aprofundar-se nos aspectos técnicos.
Segundo Madias (2010), em termos gerais, se verificou uma tendência geral pela substituição
de fornos Cubilô por fornos de indução, particularmente em produções menores a 10
tonelada/hora, mas o aspecto econômico merece ser analisado em detalhe caso por caso.
A avaliação econômica de alternativas de investimento para o setor de fusão destas fundições,
mais precisamente os fornos de fusão utilizados por Pequenas e Médias Fundições de
Ferrosos (PMFFs) brasileiras, constitui na primeira análise determinante a quais caminhos
podem ser traçados na busca por alternativas de sobrevivência, sendo que a análise do Custo
Anual Uniforme Equivalente (CAUE) conjuntamente com a Simulação de Monte Carlo
(SMC) poderá trazer validações desconsideradas em análises similares para tais projetos.
2. Metodologia
O presente estudo trata-se de uma pesquisa aplicada quanto a sua natureza; sendo uma
pesquisa empírica quantitativa normativa que, segundo Morabito e Pureza (2008), visa ao
desenvolvimento de políticas, estratégias e ações que melhorem a situação corrente.
Esta pesquisa é desenvolvida em cinco etapas sendo: (i) revisão de literatura, (ii) avaliação do
cenário das PMFFs do Brasil, (iii) coleta e tratamento dos dados, (iv) análise determinística
(v) análise estocástica.
A primeira etapa do trabalho compreende uma revisão de literatura em relação aos processos
de fusão de ferrosos, seguido pela etapa dois onde se levanta a situação atual dessas empresas
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esclarecendo quais as tecnologias mais usuais e qual a capacidade de produção das mesmas. A
terceira etapa compreende a coleta e tratamento dos dados a fim de verificar os custos
estimados de operação, custos de instalação e investimentos do projeto. Na quarta etapa é
elaborada a análise determinística, utilizando o CAUE, para definir o sistema de fusão mais
adequado.
Na etapa final utilizando-se das planilhas eletrônicas de cálculos (MS-Excel®) para a SMC, é
feita a inserção das incertezas atuantes e a análise estocástica permitindo avaliar as variações
possíveis nos fluxos projetados.
A decisão de investimento baseia-se no dimensionamento dos fluxos previstos de caixa a
serem produzidos pelas alternativas em análise considerando as entradas e saídas de recursos
ao longo da vida útil do projeto em análise, sob a ótica do valor do dinheiro no tempo
(ASSAF NETO, 2005).
O CAUE trata-se de uma técnica para avaliar projetos com vidas desiguais que transforma o
valor presente líquido de projetos de vida desiguais, mutuamente excludentes, em um
montante anual equivalente que pode ser usado para escolher o melhor projeto. Assim, o
melhor projeto é aquele que tiver o maior saldo positivo, ou seja, maior receita líquida ou o
menor custo líquido. É adequado nas análises das atividades operacionais da empresa, com
investimentos que possam se repetir. Observando que os valores equivalentes e anualizados
fará com que facilite a tomada de decisão na análise desses resultados (CASAROTTO FILHO
E KOPITTKE, 2010).
Para Motta (2002) o CAUE é a transformação de todos os fluxos de caixa (investimentos,
custos operacionais, valor residual, etc.) em uma série anual uniforme. A fórmula que
proporciona tal série é apresentada na Equação 1:
Equação (1)
Em que são os custos totais do período que serão trazidos a Valor Presente (VP) incluindo
o que é o investimento inicial, é a Taxa de Mínima Atratividade (TMA), a TMA refere-
se ao retorno mínimo exigido pela empresa dos projetos de investimentos, ou seja, é a melhor
taxa, com baixo grau de risco, disponível para aplicação do capital disponibilizado (SOUZA
E CLEMENTE, 2008); e N é o período desde a implantação até fim da vida útil do projeto.
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Foi utilizada a taxa Selic de janeiro de 2016 de 14,25% como TMA para descapitalização dos
valores no decorrer do tempo de cada projeto; visto que esta é a taxa de menor risco para
investimento no mercado financeiro (SOUZA E CLEMENTE, 2008).
Além disso, tem-se a inflação como sendo a perda do poder aquisitivo da moeda, provocada
pelo aumento diferenciado do preço de produtos e serviços, que acaba acarretando na
diminuição do valor real da moeda (CASAROTTO FILHO E KOPITTKE, 2010; SOUZA E
KLIEMANN NETO, 2012). As projeções dos projetos foram expressas em moeda de poder
aquisitivo constante, ou seja, a inflação não é incorporada nas projeções de receitas e
despesas.
Para Casarotto Filho e Kopittke (2010), a depreciação pode ser contabilmente definida como
uma despesa relativa à perda de valor de um determinado bem. A depreciação foi adicionada
aos cálculos, pois foram estimadas as vidas úteis totais de cada forno até sua exaustão, sendo
que apenas um deles apresentou valor de revenda após o período estimado de uso, e durante o
tempo de uso foram incorporados custos de manutenção visando o perfeito funcionamento
dos mesmos. Devido a isso não foram considerados os impactos devido à variação no
desembolso do imposto de renda.
Nos fornos de fusão para ferrosos, objetos deste estudo, há variabilidade operacional, ou seja,
os fornos em questão sofrem influência em sua operação ocasionada pela variabilidade dos
equipamentos, matérias-primas, fontes energéticas, e das práticas de trabalho dos operadores,
de forma intencional ou não, resultando em alterações de regime de trabalho do forno, perdas
de fusão, consumo energético e produção dos mesmos.
Nesse contexto, foi utilizada uma abordagem estocástica via SMC para incorporar essa
variabilidade na análise dos projetos de investimento e melhor subsidiar a tomada de decisão.
A SMC é uma técnica que utiliza uma sequencia de números ao acaso, ou seja, randômicos,
delimitados por uma distribuição probabilística, para diversas variáveis fornecendo uma
distribuição estatística para o resultado obtido (SOUZA, 2004).
Espera-se que as produções médias anuais não sejam estáveis por sofrerem influência da
demanda, além de aspectos inerentes ao ambiente econômico e social do país. Nesse sentido,
no processo de simulação foram alterados três componentes da equação: Consumo
Energético, Perdas de Fusão e Produção. Para isso, foi utilizada a distribuição triangular que
representa as possibilidades de variação entre o mínimo, o mais provável e o máximo.
Quanto ao consumo energético espera-se que os valores variassem entre 5% abaixo do mais
provável e 20% acima do mais provável; essa diferenciação é comum devido aos valores
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nominais fornecidos pelos fabricantes estarem muito próximo do ideal de trabalho, sendo
assim é mais provável se obter valores mais elevados em condições reais de trabalho, sendo
assim buscou-se representar essa condição por meio dessa distinção nas atribuições dos
valores máximo e mínimo utilizando-se uma distribuição uniforme.
Já no que se referem às perdas de fusão utilizamos os valores descritos anteriormente pelos
autores como mínimo e máximo e utilizou-se o valor médio como o mais provável.
No tocante ao volume de produção anual, utilizou-se como critério a produção com a
capacidade máxima para um turno de trabalho, estabelecido em 8 toneladas por dia,
considerando 20 dias temos 160 toneladas e em 12 meses totaliza-se 1.920 toneladas
possíveis, sendo usual fundições não trabalharem com menos 80% de sua capacidade, desta
forma estabeleceu-se o valor mínimo em 1.536 toneladas por ano.
Estas variáveis foram modeladas em distribuição triangular, com seus respectivos extremos e
seu valor esperado, esta distribuição foi escolhida por melhor corresponder ao comportamento
das variáveis na realidade.
3. Análise dos resultados e discussão
3.1. Análise dos processos de fusão das PMFFs
Setti (2010) afirma que, no tocante à classificação em termos de capacidade de produção, é
utilizado no Brasil o total de produção de peças sem defeitos, estabelecendo a fundição de
pequeno porte aquela que produz até 500 toneladas de peças por ano e uma fundição de médio
porte de 500 a 10.000 toneladas por ano. Conforme dados do Anuário ABIFA (2015), das
empresas cadastradas na associação, 310 delas pertencia ao segmento de ferrosos e
informaram voluntariamente suas características produtivas e técnicas, destas 234 se
enquadraram na categoria de PMFFs.
Observa-se que apesar desta classificação abranger até 10.000 toneladas por ano, 71,37% das
empresas se concentram em até 2.007,2 toneladas por ano conforme se observa na Figura 1.
Apresentam média de produção de 1.739,02 toneladas por ano e desvio padrão de 1.976,8.
Esta análise demonstra que a fundições de pequeno porte são maioria no Brasil e possuem
grande representatividade para o setor e para a economia.
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Figura 1 – Distribuição de frequências das produções das fundições em 2014.
Fonte: Elaborado pelos autores com dados do anuário ABIFA (2015)
Equipamentos de fusão e de elaboração de metal líquido são cruciais na cadeia de obtenção de
produtos fundidos. Quanto às alternativas de investimentos dessa área, Boljanovic (2009)
explicita que diversos tipos de fornos são utilizados na fusão de metais, e estes se diferenciam
em função da fonte de energia em fornos elétricos e a combustível, com diferentes origens, na
forma de gás, óleo ou carvão mineral. Dentro dessa gama de opções, este trabalho busca, com
um estudo sob a ótica econômica, elencar as opções de investimento para PMFFs.
A Figura 2 apresenta as proporções de fornos utilizados pelas fundições que se enquadraram
com PMFFs.
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Figura 2 – Proporção de fornos para ferrosos em PMFFs
Fonte: Elaborado pelos autores com dados do anuário ABIFA (2015)
Retirou-se dessa análise dois tipos de fornos: a arco e a resistência, pois destoam do âmbito
deste estudo, sendo que segundo Soares (2000), os fornos a resistência são usados
restritamente para fusão de alumínio e ligas de não ferrosos que, em geral, são usados para
atividades de apoio nas fundições e por não serem utilizados efetivamente para derretimento
de ferro não fazem parte deste estudo, já os fornos a arco são usados por fundições e aciarias
(fabricantes de aço) para grandes quantidades..
Conforme a Figura 2, o forno a indução, movido à energia elétrica, é detentor da maior taxa
de aplicabilidade nas fundições estudadas com 55,5% do total de fornos. O forno Cubilô
possui 16,8% das instalações, sendo movido a carvão mineral (coque), no qual apesar das
restrições ambientais impostas a este tipo de forno mantém boa representatividade. Vale
ressaltar que os fornos movidos a Gás ou Óleo utilizam a mesma estrutura de carcaça e são
chamados de fornos rotativos apenas mudando o queimador e o combustível utilizado.
Portanto, considera-se que o forno rotativo tem 24,4% da proporção de utilização.
Embasados pela real utilização, definiu-se como objeto do estudo, um comparativo
econômico dos fornos de ferrosos para PMFFs sendo estes : Indução, Cubilô e Rotativo.
3.2 Análise econômica abordagem determinística
Dentro desse segmento de fundição buscou-se estudar com uma capacidade de produção que
não inviabilizasse tecnicamente nenhum dos fornos usuais e permitisse a comparação
econômica dos mesmos, chegando a capacidade de produção de 1.000 Kg por hora de metal
líquido.
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Com essa padronização tivemos uma equiparação das receitas obtidas visto que o produto e
quantidade final foram os mesmos para todos os processos avaliados. Desta forma, avaliaram-
se os processos disponíveis, envolvendo projetos com investimentos iniciais, custos
operacionais, custos de manutenção e vidas úteis diferentes.
Levantaram-se os dados referentes aos três tipos de fornos selecionados na fase anterior como
tendo maior utilização em PMFFs para realizar a avaliação econômica. Esses dados foram
obtidos realizando cotações e buscando os valores necessários a investimentos periféricos e
vida útil de cada projeto como pode ser verificado na Tabela 2.
Tabela 2 – Dados econômicos dos projetos de investimento analisados
Projeto Forno Investimento Equipamento
Periféricos Investimento Total (FC0)
Vida útil (N)
A Indução R$ 600.000,00 R$ 180.000,00 R$ 780.000,00 50 anos
B Cubilô R$ 110.000,00 R$ 91.000,00 R$ 201.000,00 25 anos
C Rotativo R$ 40.000,00 R$ 20.000,00 R$ 60.000,00 10 anos Fonte: Elaborado pelos autores com dados dos fabricantes
O investimento inicial (FC0) foi definido pela soma entre o investimento no equipamento e
seus periféricos, para o horizonte de planejamento (N) utilizamos a vida útil de cada forno.
Após isso, se levantou o consumo energético inerente a cada tipo de forno e seu custo de
manutenção anual conforme é destacado na Tabela 3.
Tabela 3 – Dados de consumo energético e manutenção dos projetos analisados
Projeto Consumo
Energético por Tonelada Derretida
Custo Manutenção(%)
Custo Manutenção
(R$/ano)
Custo Energético
Unitário Fonte de Energia
A 550 Kw (1) 3% ao ano R$ 23.400,00 R$ 0,34 (2) Energia Elétrica
B 150 Kg (3) 5% ao ano R$ 10.050,00 R$ 2,10 Carvão Coque
C 90 L (4)
10% ao ano R$ 6.000,00 R$ 1,91 Óleo de Xisto +
175m3 (4) R$ 4,00 Oxigênio
Fonte: Elaborado pelos autores com dados dos fabricantes e fornecedores (1) Leme (2011) – (2) COPEL – (3)
Soares (2000) – (4) Húpalo et al.(2010)
Vale destacar que foi necessário incluir no cálculo a demanda energética para o forno
indução, visto que é o único forno que necessita deste adicional. Optou-se por onerar os
custos energéticos aplicando o índice de perda de fusão que é o índice multiplicador que
compensa em termos de custo o material perdido durante o derretimento, pois ocorrem perdas
nesse processo. Para Setti (2010) o fator de perda na fusão depende do tipo de forno
empregado e pode atingir os valores de 1,03 a 1,12 para forno Cubilô e 1,01 a 1,02 para forno
de indução. Em consulta a especialistas em fornos rotativos foram obtidos valores de 1,12 a
1,18 neste critério quando utilizados os fornos rotativos. Conforme Tabela 4, para fins
determinísticos foram utilizados os valores médios deste critério. Por fim, adicionando as
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despesas de manutenção anualizadas chegamos ao desembolso anual ( ) de cada modelo de
forno. Devido ao longo período simulado e pela característica de uso depreciativo dos
equipamentos não foi considerado valor para revenda (VR) para os fornos Cubilô e Rotativo,
porém o forno indução, por ser mais robusto e com vida estimada em 50 anos, é estimado
pelo fabricante que o mesmo apresente metade do seu valor de compra após 25 anos. Foi
estimada uma produção anual considerando a média de 1.739,02 toneladas por ano
encontradas na amostragem do anuário da ABIFA (2015) para PMFFs, sendo desconsideradas
as sazonalidades produtivas.
Tabela 4 – Dados de rendimento e fluxo de caixa anualizado
Pro
jeto
Demanda Energética Anual (550 KW)
Total do Custo Energético / Ano
Perdas de
Fusão
Custo Energético Acrescidas perdas de Fusão
Custo Energético Total incluídas manutenções (FCj)
Valor Residual após 25 anos (VR)
A R$ 45.540,00 R$ 375.069,51 1,010 R$ 373.988,71 R$ 397.388,71 R$ 390.000,00
B Não Aplicável R$ 547.791,30 1,075 R$ 588.875,65 R$ 598.925,65 R$ 0,00
C Não Aplicável R$ 298.937,54 1,150 R$ 1.743.689,27 R$ 1.749.689,27 R$ 0,00
R$ 1.217.314,00 Fonte: Elaborado pelos autores com dados dos fabricantes
Para o cálculo do Custo energético foi feita a multiplicação entre o consumo energético, com
o preço da energia, a produção anual e as perdas de fusão. Tendo como resultante do Fluxo de
caixa do período (FCj) a somatória entre o custo energético e o custo de manutenção,
decrescidos do valor residual.
Foram ranqueados os projetos usando-se como parâmetro de classificação o critério CAUE
que traz a soma de todos os valores do fluxo financeiro, descapitalizados para o momento do
investimento inicial por meio da aplicação da TMA como taxa de desconto de forma
anualizada. Essa forma anualizada evita as distorções de comparações devido aos
horizontes(N) diferentes entre os projetos. Os resultados obtidos levando em conta essa
premissa estão disponibilizados na Tabela 5.
Tabela 5 – Ranking determinístico para seleção dos projetos de investimento com parâmetro no CAUE
Ranking Projeto Fornos Investimento Inicial FC0 CAUE
10 A Indução R$ 780.000,00 R$ 510.600,74
20 B Cubilô R$ 201.000,00 R$ 628.630,89
30 C Rotativo R$ 60.000,00 R$ 1.761.304,52
Fonte: Elaborado pelos autores
Os resultados apresentados na Tabela 5, demostram que nem sempre a alternativa de menor
investimento inicial é a mais adequada no médio e longo prazo. Infelizmente muitos decisores
não realizam esses cálculos para auxiliar o processo de tomada de decisão. Observa-se que o
valor obtido pelo CAUE para o forno indução foi o mais reduzido, sendo seguido pelo Cubilô
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como segunda alternativa e por último o forno Rotativo. O Projeto A que demanda maior
investimento inicial permaneceu sendo o mais viável economicamente com um CAUE de R$
510.600,74 enquanto o projeto B teve um CAUE de R$ 629.630,89 uma diferença de R$
119.030,15 entre os projetos. Se compararmos com o projeto C a economia anual passa para
R$ 1.250.703,78 observando que, nessa comparação, em menos de um ano o projeto A
consegue economia suficiente para cobrir seu investimento inicial.
Para trazer essa visão da evolução dos fluxos de caixa descapitalizados, foi elaborada a Figura
3 na qual se observam os dois pontos onde o projeto forno indução ultrapassa as demais
alternativas, no ponto A ocorrendo em menos de um ano para o forno rotativo e no ponto B
após quatro anos para o forno cubilô.
Figura 3 – Comparativo dos fluxos de caixa descapitalizados e acumulados nos primeiros 5 anos dos projetos
de investimentos
Fonte: Elaborado pelos autores
Como justificativa para o ocorrido, destaca-se que os custos energéticos de operação dos
fornos são muito superiores aos valores de investimento inicial, isso faz com que os projetos
com menor custo operacional atualmente ultrapasse os demais em um horizonte de menos de
quatro anos.
3.3. Análise econômica abordagem estocástica
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Foram geradas 10.000 iterações de forma aleatória e gerado o gráfico com a distribuição
probabilísticas dos mesmas referentes a cada projeto utilizando-se das planilhas eletrônicas de
cálculos (MS-Excel®).
Tabela 6 – Ranking determinístico para seleção dos projetos de investimento com parâmetro no CAUE
Ranking Fornos CAUE médio Amplitude Desvio-Padrão Coeficiente de Variação
10 Indução R$ 527.143,73 R$ 49.519,69 R$ 6.316,91 1,20%
20 Cubilô R$ 656.010,98 R$ 87.209,82 R$ 11.543,22 1,76%
30 Rotativo R$ 1.839.371,72 R$ 323.317,95 R$ 42.904,71 2,33%
Fonte: Elaborado pelos autores
O CAUE médio do forno Rotativo foi de R$ 1.839.371,72 sendo próximo ao obtido de forma
determinística que era de R$ 1.761.304,52; observou-se também uma amplitude de
323.317,95 demonstrando a oscilação e possível variação nos valores anuais do projeto com a
atuação das três variáveis adicionadas. Temos também o maior desvio-padrão e o maior
coeficiente de variação chegando a 2,33%, sendo isto reflexo da realidade por ser este tipo de
forno o mais suscetível a variações operacionais.
O CAUE médio do forno Cubilô foi de R$ 656.010,98 sendo que em 99,15% das simulações
o valor encontrado foi superior ao encontrado na abordagem determinística. Por ser um forno
com grande estabilidade operacional as variáveis aleatórias afetaram menos a variabilidade
final, sendo que podemos observar isso pelo desvio-padrão que foi de apenas R$ 11.543,22.
O CAUE médio do forno Indução foi de R$ 527.143,73 sendo próximo ao obtido de forma
determinística que era de R$ 510.600,74; observou-se um desvio-padrão de 6.316,91, ou seja,
apresenta uma baixa amplitude de variações dos dados, mesmo com a utilização dos mesmos
critérios de variação para todos os fornos. Isso se explica por este forno ter um valor inferior
de perdas de fusão bem como menor oscilação dessa variável por ser de ajuste eletrônico e
seu processo não ocasionar grandes oxidações no metal, refletindo assim a menor
variabilidade do processo e consequente estabilidade mesmo quando sujeito a tantas
simulações.
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Figura 7 – Comparativo 10.000 CAUEs simulados em ordem crescente
Fonte: Elaborado pelos autores
Por meio da plotagem de todas as simulações obtidas para os três tipos de fornos, dispostos de
forma crescente, foi elaborada a Figura 7 na qual observa-se a diferença entre os projetos
avaliados e que mesmo com todas as variáveis adicionadas, em nenhum momento o forno
indução foi superado pelos demais, permitindo afirmar que na conjuntura atual esse é o
melhor forno para PMFFs.
4. Considerações Finais
O objetivo deste artigo foi promover uma análise econômica comparativa para seleção de
processos de fusão em PMFFs. Esse tema é importante, visto a alternância destas tecnologias,
evidenciadas nas décadas passadas e a sua relevância para a redução de consumo energético
neste segmento que sofre com as variações acentuadas dos custos de suas matrizes
energéticas.
Observa-se que a metodologia empregada apresentou o Forno Indução como mais adequado
para este momento econômico. A utilização da SMC e a consequente transformação da
avaliação determinística em estocástica melhoraram consideravelmente a qualidade dos
resultados relacionados à amplitude de validade da avaliação desenvolvida neste estudo.
O fato de incluir a variabilidade operacional realçou uma forma diferenciada de abordagem
que contribuirá para novos estudos. Para estudos futuros fica como oportunidade a
possibilidade de abranger mais aspectos qualitativos e características técnicas, ambientais e
operacionais de cada um dos modelos de fornos.
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