IMPLANTAÇÃO DO COLD TEST NA LINHA DE PRODUÇÃO DE …abepro.org.br/biblioteca/TN_STO_214_268_27261.pdf · Oliveira Neto et al. (2014c) substituíram o óleo protetivo anti-corrosão

IMPLANTAÇÃO DO COLD TEST NA LINHA DE

PRODUÇÃO DE MOTORES À DIESEL COMO

PRÁTICA DE PRODUÇÃO MAIS LIMPA

Luiz Fernando Rodrigues Pinto (UNINOVE)

[email protected]

Geraldo Cardoso de Oliveira Neto (UNINOVE)

[email protected]

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.




2

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.




3

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




4

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).




5

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


4.2.2. Fluxo do processo produtivo proposto com o Cold Test




10

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


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,

96

Fonte: autores




12

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


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




13

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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