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LAYOUT DE UM AMBIENTE DE PESQUISA E
DESENVOLVIMENTO DEDICADO À FABRICAÇÃO DE PEQUENAS
EMBARCAÇÕES EM MATERIAIS COMPÓSITOS
Lucas Nascimento da Motta
Projeto de Graduação apresentado ao
Curso de Engenharia Naval e Oceânica da
Escola Politécnica, Universidade Federal
do Rio de Janeiro, como parte dos
requisitos necessários à obtenção do título
de Engenheiro Naval.
Orientador: Alexandre Teixeira de Pinho
Alho
RIO DE JANEIRO – BRASIL
SETEMBRO DE 2018
ii
LAYOUT DE UM AMBIENTE DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO
DEDICADO À FABRICAÇÃO DE PEQUENAS EMBARCAÇÕES EM
MATERIAIS COMPÓSITOS
Lucas Nascimento da Motta
PROJETO FINAL SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO
DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO, COMO PARTE DOS
REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
NAVAL
Examinado por:
Profo Alexandre Teixeira de Pinho Alho, D.Sc.
Profo Carl Horst Albrecht, D.Sc.
Profa Marta Cecília Tápia Reyes, D.Sc.
RIO DE JANEIRO – BRASIL
SETEMBRO DE 2018
iii
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer, primeiramente, à minha família, que me proporcionou toda
a estrutura, educação, motivação e apoio em todas as empreitadas da minha vida. Nada
teria sido possível sem vocês.
Agradeço também à Sarah Laira da Motta, minha esposa que participou de
momentos decisivos nessa caminhada e sempre me deu todo apoio que eu precisava.
Agradeço aos amigos que fiz durante o curso, em especial, Aline, Bruna, Felipe
Campos, Felipe Maia, João Igor, Lucas Amorim, Tales, Thomaz, Rachel e Renan, que
mostram todos os dias que dar o melhor de si é uma das maiores qualidades que se pode
ter.
Agradeço ao meu orientador, e em breve colega de profissão, Alexandre Alho, por
ter sido um dos maiores professores que já tive e ao mesmo tempo amigo, transmitindo
conhecimentos que levarei para toda a vida.
Agradeço à minha vó Laodiceia e às minhas tias, Carmem e Cristiane, por me
receberem nas suas casas e cuidarem de mim em todos os momentos. Sua ajuda fez tudo
isso possível.
Agradeço também à Vivian que me salvou de perder minha vaga na UFRJ.
E por fim, agradeço por todas as vezes que fracassei, pois o fracasso é o maior
professor que existe, e em cada situação que não teve o fim esperado houve grande
aprendizado que contribuiu para o meu crescimento e para a busca por aprimoramento.
iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessários a obtenção do grau de Engenheiro Naval
LAYOUT DE UM AMBIENTE DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO
DEDICADO À FARBICAÇÃO DE PEQUENAS EMBARCAÇÕES EM
MATERIAIS COMPÓSITOS
Lucas Nascimento da Motta
Setembro/2018
Orientador: Alexandre Teixeira de Pinho Alho, D. Sc.
Curso: Engenharia Naval e Oceânica
A fabricação de embarcações em materiais compósitos depende fortemente dos
materiais e processos escolhidos. A quantidade de combinações e variações possíveis
abre um leque muito grande para pesquisa e desenvolvimento. Além disso, cada vez
mais, a combinação de materiais tem estado presente no âmbito industrial. Pensando
nisso, o Polo Náutico tem como estratégia se tornar referência no conhecimento desses
materiais e um dos pontos iniciais para isso é a organização do espaço da melhor
maneira possível. Esse trabalho tem por intuito dar o suporte inicial necessário, dando
um panorama da metodologia SLP (Systematic Layout Planning) de elaboração de
layouts, passando pelos materiais e processos e, por fim, aplicando esses conhecimentos
no espaço do laboratório como estudo de caso.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Naval Architect and Marine Engineer.
LAYOUT STUDY FOR A RESEARCH AND DEVELOPMENT FOCUSED
FACTORY AIMED AT THE MANUFCATURING OF SMALL CRAFTS WITH
ADVANCED COMPOSITES
Lucas Nascimento da Motta
Setembro/2018
Advisor: Alexandre Teixeira de Pinho Alho, D. Sc.
Course: Naval and Ocean Engineering
The manufacturing of advanced composites boats is highly dependent on the
material and processes selected. The possible variations open a great door to research
and development. On top of that, the industry has increased the usage of combined
materials.With this in mind, Polo Náutico has made its strategy to become a focal point
of knowledge concerning this materials. To make this happen, one of the first steps is to
organize the production space in the most effective way. This work’s goal is to give the
basis to initiate this process, discussing the essential points on SLP (Systematic Layout
Planning) methodology, going through materials and processes and, at the end, applying
it to Polo Náutico as a study case.
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1: Distribuição de lanchas por tamanho (%) ...................................................... 3
Figura 2.2: Distribuição de veleiros por tamanho (%) ..................................................... 3
Figura 2.3: Diagrama simplificado do sistema SLP ......................................................... 4
Figura 2.4: Etapas e entregas do SLP ............................................................................... 5
Figura 2.5: Relação entre o tamanho de lote e variedade de produtos para a
determinação do melhor tipo de layout ............................................................................ 7
Figura 2.6: Curva P X Q ................................................................................................... 8
Figura 2.7: Relação entre a curva P X Q e o melhor método para análise do Fluxo de
Material ........................................................................................................................... 10
Figura 2.8: Simbologia para o diagrama de operações ................................................... 11
Figura 2.9: Guia do diagrama de interrelações ............................................................... 13
Figura 2.10: Simbologia do diagrama de fluxo .............................................................. 14
Figura 2.11: Exemplo do diagrama de fluxo .................................................................. 15
Figura 2.12: Evolução dos materiais ao longo do tempo ............................................... 18
Figura 2.13: Composição de um avião em termos de materiais ..................................... 19
Figura 2.14: Estrutura sanduíche .................................................................................... 22
Figura 2.15: Funcionamento da bolsa de vácuo ............................................................. 25
Figura 2.16: Material de laminação à vácuo................................................................... 26
Figura 3.1: Atividades da fabricação de uma embarcação com plug/molde .................. 29
Figura 3.2: Posicionamento das balizas e fixação dos strips .......................................... 30
Figura 3.3: Strips completamente fixados ...................................................................... 31
Figura 3.4: Plug após aplicação de massa, da modelagem e aplicação de gel ortoftálico
........................................................................................................................................ 31
Figura 3.5: Molde finalizado e sendo desmoldado ......................................................... 31
Figura 3.6: Molde desmoldado ....................................................................................... 32
Figura 3.7: Laminação da embarcação ........................................................................... 32
Figura 3.8: Aplicação do vácuo ...................................................................................... 33
Figura 3.9: Fixação dos reforços .................................................................................... 33
Figura 3.10: Fluxo de materiais ...................................................................................... 37
Figura 3.11: Diagrama de interrelações .......................................................................... 38
Figura 3.12: Diagrama de Fluxo (proximidade) ............................................................. 39
vii
Figura 3.13: Diagrama de Fluxo (distanciamento) ......................................................... 39
Figura 3.14: Elementos do estoque da oficina ................................................................ 41
Figura 3.15: Oficina ........................................................................................................ 41
Figura 3.16: Sala da router na área da oficina ................................................................ 42
Figura 3.17: Dimensões da embarcação modelo ............................................................ 42
Figura 3.18: Área de modelagem ................................................................................... 43
Figura 3.19: Área de laminação ...................................................................................... 44
Figura 3.20: Cabine de pintura retrátil............................................................................ 44
Figura 3.21: Áreas de laminação e pintura ..................................................................... 45
Figura 3.22: Elementos da área de transporte................................................................. 45
Figura 3.23: Vista em perspectiva das áreas de estoque da oficina (3), modelagem (6),
transporte (9) e embarcações (13) .................................................................................. 46
Figura 3.24: Primeiro pavimento da área do laboratório ................................................ 47
Figura 3.25: Forno para fabricação em compósitos ....................................................... 47
Figura 3.26: Modelo industrial de autoclave .................................................................. 48
Figura 3.27: Segundo pavimento do laboratório ............................................................ 48
Figura 3.28: Áreas de descarte e armazenamento de moldes ......................................... 49
Figura 3.29: Área de montagem ..................................................................................... 49
Figura 3.30: Diagrama de áreas ...................................................................................... 50
Figura 3.31: Legenda do diagrama de áreas ................................................................... 50
Figura 3.32: Distribuição dos extintores de incêndio ..................................................... 53
Figura 4.1: Fluxo simplificado na fabricação de uma embarcação ................................ 54
Figura 4.2: Layout final exibindo o primeiro pavimento ............................................... 55
Figura 4.3: Layout final exibindo o segundo pavimento ................................................ 55
Figura 4.4: Identificação dos equipamentos da oficina .................................................. 56
Figura 4.5: Posicionamento dos equipamentos da oficina ............................................. 56
Figura 4.6: Fluxo de um perfil de alumínio na oficina ................................................... 57
Figura 4.7: Fluxo de uma peça fabricada em compensado............................................. 57
Figura 4.8: Posicionamento dos elementos na área de modelagem e do estoque da
oficina ............................................................................................................................. 57
Figura 4.9: Posicionamento dos elementos na área de laminação .................................. 58
Figura 4.10: Identificação dos equipamentos no segundo pavimento do laboratório .... 59
Figura 4.11: Posicionamento dos elementos no laboratório ........................................... 59
Figura 4.12: Dimensões do espaço dos alunos ............................................................... 60
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1: Classes de incêndio e suas características ................................................... 52
Tabela 3.2: Dados para o posicionamento correto dos extintores .................................. 52
Tabela 4.1: Identificação dos equipamentos................................................................... 56
Tabela 4.2: Relação dos equipamentos no segundo pavimento do laboratório .............. 59
Tabela 5.1: Média de ruído de alguns equipamentos da oficina .................................... 61
ix
SUMÁRIO
Agradecimentos ............................................................................................................... iii
Lista de Figuras ............................................................................................................... vi
Lista de tabelas .............................................................................................................. viii
Sumário ............................................................................................................................ ix
Introdução ......................................................................................................................... 1
Revisão Teórica ................................................................................................................ 2
2.1. Planejamento de layout ........................................................................... 2
2.2. Indústria náutica ...................................................................................... 2
2.3. Systematic Layout Planning ................................................................... 3
2.3.1. Localização ...................................................................................... 4
2.3.2. Produto e Quantidade ....................................................................... 6
2.3.3. Rotas, Serviços de suporte e Tempo ................................................ 7
2.3.4. Áreas de atividade ............................................................................ 9
2.3.5. Fluxo de materiais ............................................................................ 9
2.3.6. Diagrama de interrelações .............................................................. 12
2.3.7. Diagrama de relacionamento de espaços ....................................... 13
2.3.8. Proposta de layout e instalação ...................................................... 16
2.4. Materiais compósitos ............................................................................ 17
2.4.1. Fibras de reforço ............................................................................ 19
2.4.2. Resinas ........................................................................................... 21
2.4.3. Núcleos ........................................................................................... 22
2.4.4. Materiais de suporte ....................................................................... 23
2.4.5. Métodos de fabricação ................................................................... 24
O ambiente de estudo ..................................................................................................... 27
3.1. Perfil do ambiente ................................................................................. 27
x
3.2. Dados de entrada e áreas de atividades ................................................. 28
3.3. Diagrama de fluxo ................................................................................ 36
3.4. Definição de espaços ............................................................................ 39
3.5. Ergonomia e segurança ......................................................................... 51
Resultados ....................................................................................................................... 53
Conclusões e perspectivas .............................................................................................. 61
Bibliografia ....................................................................................................................... 63
1
1 INTRODUÇÃO
Existem muitas eras que recebem o nome dos materiais mais importantes para o
período, isso ilustra o quão importante essa questão é para a humanidade. Diferente do
passado, a evolução da ciência e da engenharia, tem extinguido cada vez mais o prêmio
de material essencial. Isso porque, cada vez mais, é compreendido que cada um tem
aplicações em que suas qualidades, ou defeitos, se sobressaem e, assim, cada caso vai
ter o seu material “chefe”.
O crescimento da indústria tem feito uma necessidade jogar luz sobre o
comportamento dos materiais nas mais variadas situações a fim de estabelecer
parâmetros de escolha e combinações cada vez mais assertivos.
Dito isso e colocando o foco em uma indústria em específico, a náutica, é possível
identificar uma diversidade de fatores determinantes de qualidade, como resistência à
corrosão, impermeabilidade, condutividade elétrica, além de fatores mais gerais como
custo, facilidade de manipulação e disponibilidade. Nessa indústria, os materiais
compósitos são um dos principais componentes e as condições intrínsecas da sua
utilização colocam uma boa perspectiva sobre as possibilidades envolvendo pesquisa e
desenvolvimento e trabalhar num espaço focado nisso.
As considerações acima dão origem à motivação principal desse trabalho, que é
aquela de, baseado numa metodologia previamente estabelecida (Systematic Layout
Planning), pavimentar o caminho para que um layout possa ser projetado com o intuito
de trabalhar, da melhor maneira possível, questões como produtividade, segurança e
ergonomia.
Esse é o passo inicial para começar a estabelecer um local focado na fabricação de
peças em materiais compósitos e, nesse caso, principalmente embarcações de pequeno
porte e peças a serem utilizados por elas (como fólios, bolinas, etc.). Por isso, são
apresentados os materiais mais comuns no meio náutico e algumas das questões
envolvendo sua utilização. Além dos principais processos de fabricação. Por último,
esse conhecimento é aplicado num estudo de caso com foco no laboratório do Polo
Náutico, que tem como objetivo se tornar um centro de referência em pesquisa e
desenvolvimento na fabricação de peças em materiais compósitos.
2
2 REVISÃO TEÓRICA
2.1 PLANEJAMENTO DE LAYOUT
Segundo o livro Administração da Produção e Operações [1] um estudo de layout
pode ser resumido como: “Planejar a localização de todas as máquinas, utilidades,
estações de trabalho, áreas de atendimento ao cliente, áreas de armazenamento de
materiais, corredores, banheiros, refeitórios, bebedouros, divisórias internas, escritórios
e salas de computador, e ainda os padrões de fluxo de materiais e de pessoas que
circulam no prédio”.
Partindo dessa definição, surge uma questão: se existe um determinado prédio
onde se encontram pessoas circulando, realizando processos, armazenando materiais e
todos os outros pontos levantados, quando se faz necessário realizar um estudo de
layout. As respostas para essa pergunta são variadas, indo de questões de segurança e
ergonomia, passando por eficiência na produção, diminuição de custos de
movimentação de material, facilidade de flexibilizar arranjos e operações, até a
otimização na utilização de determinados equipamentos. Podendo existir muitos outros
aspectos num ambiente que demandem um projeto desse tipo.
Tendo estabelecido os motivos que levam a realização do trabalho, inicia-se a fase
de pavimentação do caminho a ser seguido para obter sucesso no seu desenvolvimento.
Nesse caso, a principal referência é o livro escrito por Richard Muther [2] que contém o
passo a passo do que o autor definiu como “Systematic Layout Planning” (SLP). Sendo
essa metodologia melhor explicada nos capítulos a seguir.
2.2 INDÚSTRIA NÁUTICA
Antes de entrar no assunto layout propriamente dito, é interessante apresentar
alguns detalhes a respeito da indústria Náutica no Brasil. Esse conhecimento pode
auxiliar tanto no estudo da metodologia, quanto no trabalho prático do projeto do
layout.
O título do trabalho utiliza os termos “pequenas embarcações”, que, aqui, vão
representar embarcações de até 20 pés. De acordo com o relatório “Industria náutica
brasileira fatos e números” produzido pela ACOBAR [3], essas embarcações
representavam cerca de 29,5% das lanchas e 35,6% dos veleiros do Brasil em 2012,
como pode ser visto na Figura 2.1 e na Figura 2.2, respectivamente.
3
Figura 2.1: Distribuição de lanchas por tamanho (%)
Figura 2.2: Distribuição de veleiros por tamanho (%).
Com certeza esses números sofreram alterações de lá para cá, mas a falta de dados
a esse respeito dificulta afirmações mais precisas. Além disso, esses números são o
suficiente para mostrar que um laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento voltado para
embarcações desse porte tem espaço no mercado.
2.3 SYSTEMATIC LAYOUT PLANNING
O método proposto por Muther [2] pode ser resumido, de maneira geral, por
quatro fases:
I. Localização
É a determinação do local utilizado para a realização do estudo de layout.
II. Layout Geral
É a ideia geral do layout a ser desenvolvido. Nessa etapa, apenas a interrelação
dos setores é estudada e um layout de blocos pode ser feito.
III. Layout Detalhado
Com a fase anterior finalizada, cada bloco pode começar a ser detalhado com a
posição dos elementos em seu interior.
IV. Instalações
O layout final é escolhido e a instalação dos equipamentos é feita, efetivamente,
no ambiente.
4
Figura 2.3: Diagrama simplificado do sistema SLP.
O trabalho “Re-layout em um ambiente de estudo para aumento de sua capacidade
baseado no SLP” [4], apresenta, na Figura 2.3 um diagrama sintetizando as fases II e III
do método. O diagrama é o mesmo para as duas fases, onde a diferença reside no grau
de detalhamento de cada uma delas. Outro guia útil no desenvolvimento do trabalho é o
diagrama fornecido pelo próprio Muther [2] e visto na Figura 2.4. O diagrama divide as
fases II e III em 5 etapas, onde cada uma delas conta com uma entrega como marco de
finalização da respectiva etapa. Esse diagrama e suas entregas serão referenciados ao
longo do texto para melhor compreensão do trabalho.
2.3.1 LOCALIZAÇÃO
A determinação da localização é o primeiro passo a ser dado no planejamento do
layout. No SLP a escolha do local a ser instalada uma nova planta deve levar em
consideração principalmente:
1 – Área: O espaço disponível no local em potencial é suficiente?
2 – Condições: Quais as condições de topografia necessárias para a nova
instalação? A área em potencial tem algum histórico de inundação? O local é de
fácil acesso? Entre outras considerações.
5
3 – Relações com fornecedores e clientes: O novo local fica perto ou distante de
potenciais fornecedores e clientes? Esses stakeholders tem facilidade de acesso?
4 – Vizinhança: É um local perigoso? Tem outras empresas do mesmo ramo nas
proximidades?
5 – Investimento: Quais mudanças serão necessárias para operar ali?
6 – Potencial de lucro: O local tem potencial de valorizar no futuro?
Um estudo de mercado e aplicação de outras metodologias como os 4 P’s do
marketing (produto, preço, promoção, praça) discutidas por Macarthy em “Basic
Marketing” [5], as vantagens competitivas descritas por Porter em “Vantagem
competitiva” [6], podem complementar as informações a serem levantadas e que vão
auxiliar na escolha do novo local. Essa é uma etapa em que o planejador do layout não
vai ser necessariamente o responsável, mas o seu envolvimento é importante já que é ele
quem detém alguns dos conhecimentos essenciais a respeito das necessidades de
produção.
Figura 2.4: Etapas e entregas do SLP.
6
2.3.2 PRODUTO E QUANTIDADE
No diagrama apresentado na Figura 2.3 a primeira etapa é constituída pelos dados
de entrada. Nessa fase, as letras P e Q representam, respectivamente:
• P – Produto – O que será produzido?
• Q – Quantidade – Quanto será produzido de cada item?
No caso de uma fábrica com um histórico de produção, a determinação do produto
se torna mais simples com o estudo dos dados consolidados. Mas no caso de uma nova
produção ou de um espaço com finalidades um pouco diferentes, esse item se torna algo
de extrema complexidade.
As informações referentes a esses dois pontos são importantes principalmente
como ponto de partida para a escolha do tipo de layout a ser utilizado. Muther [2]
demonstra o efeito da relação Produto x Quantidade através do gráfico visto na Figura
2.6. Segundo Gaither e Frazier [1] os tipos de layout mais comuns são:
• Layout por posição fixa: Quando a natureza do produto a ser fabricado
dificulta a sua movimentação, uma ideia mais viável é mantê-lo parado e
deslocar equipamentos, pessoal, material, e etc. até a sua posição;
• Layout por processos: Os espaços e equipamentos são organizados de
maneira a reunir processos semelhantes. Já que, cada item a ser produzido
demanda máquinas e fluxo de processos diferentes, a organização de um fluxo
contínuo de trabalho se torna difícil. Dessa maneira, equipamentos para a
usinagem seriam posicionados dentro de um bloco, equipamentos para
montagem em outro e assim por diante;
• Layout por manufatura celular: Nesse layout, as células são projetadas para
conter máquinas que forneçam autossuficiência de produção. Isto é, cada célula
funciona como uma ilha de produção dentro de um layout mais complexo;
• Layout por produto: Quando uma quantidade grande de produtos similares
será produzida, um fluxo linear de trabalho pode ser desenvolvido. As
máquinas podem ser configuradas para realizar uma única operação por um
longo período de tempo;
• Layout híbrido: Em algumas ocasiões uma boa escolha é projetar uma espécie
de layout por produto. Porém, cada produto é feito separadamente no seu
7
próprio fluxo de produção e na última etapa as partes são combinadas para
formar o item final.
O trabalho “Projeto de instalações industriais” [7] ilustra a relação entre a
variedade de produtos e o tamanho dos lotes. Essa diferenciação pode ser vista na
Figura 2.5 Indo de alta variedade e pequenos lotes (layout por projeto), passando por
algo intermediário (manufatura celular) e chegando a pequena variedade com altos lotes
(layout por produtos ou processo contínuo).
No gráfico plotado por Muther na Figura 2.6, uma determinada instalação teria
uma quantidade de produtos que se encaixariam num layout por processos (região
demarcada pela letra J), alguns produtos num layout celular (região demarcada pela
letra C) e alguns poucos produtos num layout por produtos (letra M).
2.3.3 ROTAS, SERVIÇOS DE SUPORTE E TEMPO
A determinação do tipo de layout também é influenciada pela rota dos produtos ao
longo da planta. A busca da rota mais eficiente é um dos objetivos principais de um
estudo de layout. Isso porque a movimentação de produtos e materiais, a interferência
entre as áreas, a velocidade total de produção e muitos outros fatores dependem
fundamentalmente do fluxo dos produtos.
Figura 2.5: Relação entre o tamanho de lote e variedade de produtos para a
determinação do melhor tipo de layout.
8
Figura 2.6: Curva P X Q.
Para que isso possa ser feito, é necessário um estudo dos processos exigidos para
cada item a ser produzido. Esses processos, diz José Tavares [8], dependem da
capacidade de produção, a qualidade necessária dos produtos, os fatores econômicos,
ambientais e questões de segurança.
Inicialmente, apenas uma ideia geral dos processos é necessária, de maneira que a
lista de áreas de atividade possa ser gerada. Com o desenvolvimento do projeto, maior
número de detalhes pode ser agregado, como ferramentas necessárias, diagramas de
montagem e mapas de fluxo de materiais. Ainda devem ser considerados os ambientes
de suporte à produção, como escritórios de planejamento e controle, salas de reunião,
banheiros e até cozinhas, se for o caso.
Todas essas tarefas balanceadas de acordo com o tempo em que a fábrica estará
produzindo. Isso porque, dependendo do tempo necessário para fabricação de um
projeto em relação ao tempo disponível, pode ser exigida presença constante na fábrica
por parte dos funcionários, exigindo ambientes de suporte mais elaborados, que
comportem mais funcionários e assim por diante.
9
2.3.4 ÁREAS DE ATIVIDADE
De acordo com a Figura 2.3 os dados de entrada servem de guia para a
determinação das áreas de atividades, que configuram a primeira entrega. Essas áreas
são escolhidas de acordo com os critérios mais pertinentes e eles serão utilizados para
agregar ou separar determinadas etapas do processo a fim de tornar a produção mais
eficiente. Alguns dos fatores levantados por Muther para fazer a combinação/divisão de
áreas são:
1. Tamanho, peso, forma ou características físicas dos itens;
2. Matéria prima dos itens;
3. Processos, rotas ou sequência de operações;
4. Equipamento ou ambiente necessário para os equipamentos; e
5. Qualidade da mão de obra requerida.
Um bom projeto de layout também deve considerar as mudanças esperadas para o
futuro, por isso, mesmo um plano inicial, já deve contar com a inclusão, ou exclusão, de
determinadas áreas. A escolha das áreas de atividades é um marco importante no projeto
e a ideia inicial das áreas é utilizada para o mapeamento do fluxo de materiais. Como o
desenvolvimento do trabalho a lista de áreas pode aumentar ou diminuir dependendo da
necessidade.
Essa etapa é bastante subjetiva e depende do conhecimento do projetista em
relação ao trabalho feito na fábrica. O detalhamento do fluxo de materiais, das
ferramentas, dos processos, das condições envolvendo a segurança e outros, podem
indicar caminhos mais pertinentes a serem tomados. Mas, mesmo tendo tudo isso bem
definido, a montagem da lista de atividades ainda vai depender da capacidade do
projetista de visualizar os efeitos que juntar ou separar determinadas atividades vai ter
sobre a eficiência do projeto.
2.3.5 FLUXO DE MATERIAIS
Essa fase reside no estudo da melhor maneira de movimentar os materiais ao
longo da linha de produção. Envolve também a determinação da intensidade com que
cada material flui. O material deve se mover em direção ao produto final e a eficiência
dessa etapa é medida pela quantidade de vezes que o material retorna em direção ao
início.
10
A relação Produto x Quantidade, pode ajudar a escolher o método para o estudo
do fluxo de materiais. Muther [2] fornece quatro possibilidades:
A. Gráfico de processos de operação: Para poucos produtos padronizados;
B. Gráfico de processos de operação multi-produto: Para um número grande de
produtos padronizados, onde montagem e desmontagem não estão envolvidos;
C. Para vários produtos diferentes:
o Criar grupos de produtos ou de processos similares e analisar utilizando A
ou B;
o Selecionar alguns exemplos e aplicar A ou B;
o Selecionar os itens mais complexos e aplicar A ou B.
D. Para uma quantidade enorme de produtos: Utilizar o diagrama de-para.
A Figura 2.7 da uma ideia geral de como relacionar a curva P x Q com o processo
de análise de fluxo de material.
Figura 2.7: Relação entre a curva P X Q e o melhor método para análise do Fluxo de
Material.
11
Segundo Muther [2] a American Society of Mechanical Engineers desenvolveu o
trabalho de Frank e Lillian Gilberth [9] e definiu uma lista de 6 ações que podem ser
realizadas num material, enquanto esse se move pela planta:
1. Ele pode ser forjado, tratado, montado ou desmontado com outros itens;
2. Pode ser movido ou transportado;
3. Pode ser manipulado – arrumado, levantado, abaixado, rearranjado;
4. Pode ser contado, testado, checado ou inspecionado;
5. Pode aguardar outras peças do lote; e
6. Pode ser estocado.
Cada uma das operações pode ser traduzida por um símbolo. A correspondência é
demonstrada na Figura 2.8. Na metodologia do SLP, o mesmo processo de mapeamento
do fluxo é utilizado nas fases II e III, com a diferença do grau de detalhamento. É
importante mencionar também, que em um gráfico de processos de operação, apenas as
ações referentes à operação e inspeção aparecem.
Outra medida importante no gráfico de operações é a intensidade do fluxo de
materiais. Materiais com um fluxo altíssimo, devem estar o mais perto possível do local
de utilização. Existem diversas maneiras de definir essa intensidade, uma das opções
sugeridas pelo SLP é a de utilizar um sistema normalizado, de maneira que a quantidade
real de material transportado não seja tão essencial, mas sim uma medida relativa entre
as quantidades.
Figura 2.8: Simbologia para o diagrama de operações.
12
Isto é feito através de um sistema de letras que deixam claro o impacto de uma
determinada etapa sobre o fluxo de materiais no processo todo. Essas letras são:
A – Fluxo Anormalmente alto;
E – Fluxo Especialmente alto;
I – Fluxo de intensidade Importante;
O – Fluxo de intensidade Ordinária;
U – Fluxo sem muita importância.
2.3.6 DIAGRAMA DE INTERRELAÇÕES
O fluxo de materiais através da planta é de importância sumária para grande parte
dos estudos de layout. Porém, existem situações onde outros fatores podem ser tão, ou
até mais, essenciais na construção desse planejamento.
Mesmo nos lugares onde o fluxo de materiais é o ponto chave, as áreas
relacionadas ao suporte da produção, ou exclusivamente composta de atividades de
serviço, devem também ser incluídas no planejamento e, nesses casos, uma abordagem
complementar ao estudo de fluxo de materiais deve ser feita.
Dessa forma, o diagrama de inter-relações foi desenvolvido. Ele configura a
segunda entrega do SLP e fornece uma maneira de comparar duas áreas de atividade
através de dois aspectos, o grau de proximidade desejado entre as áreas e a razão para
tal escolha.
O grau de proximidade é dado por meio da seguinte classificação:
A – Absolutamente importante;
E – Especialmente importante;
I – Importante;
O – Importância ordinária;
U – Sem importância; e
X – Proximidade indesejada.
As possíveis razões para a proximidade, ou afastamento, serão fornecidas pelo
engenheiro, onde cada uma recebe um índice. Um exemplo dessas razões seria:
1. Conveniência;
2. Sujeira; e
3. Fluxo de Materiais.
13
A Figura 2.9 mostra como o diagrama é montado. Na parte a, à esquerda, são
dispostas as áreas de atividade, uma em cada linha. Na diagonal, ao lado direito do
diagrama, são colocados os números de cada área de atividade.
Olhando a linha 1 e descendo pela diagonal (seguindo as setas vermelhas) e
olhando a linha 4 subindo pela diagonal (seguindo as setas verdes) o losango destacado
em azul indica a relação entre as áreas de atividade 1 e 4.
A parte superior do losango indica o grau de proximidade desejado entre as
referidas áreas e a parte inferior do losango indica a razão para tal grau de proximidade.
A relação entre as demais áreas é demonstrada de forma semelhante.
Figura 2.9: Guia do diagrama de interrelações.
2.3.7 DIAGRAMA DE RELACIONAMENTO DE ESPAÇOS
Esse é o terceiro marco importante no projeto, segundo a metodologia do SLP.
Inicialmente todo o trabalho desenvolvido no fluxo de materiais e no diagrama de
interrelações são dispostos num diagrama que funciona como um esboço bem inicial do
layout.
Nesse ponto o espaço físico não é trabalhado, mas sim o posicionamento dos
elementos um em relação ao outro. O diagrama expressa, de maneira visual,
informações referentes às atividades a serem realizadas, a distância relativa entre cada
uma delas e a intensidade do fluxo de materiais. Um exemplo pode ser visto na figura
2.11.
14
O diagrama pode ser feito de duas maneiras, começar pelo ponto inicial do
material e prosseguir até o fim do processo, ou começar pela atividade de maior fluxo
de material e continuar até aquela com menor fluxo.
O objetivo é ser o mais simples possível. Inclusive, na fase II o diagrama não
precisa conter todas as atividades. Mas no caso de uma atividade ter muitas ligações
com outras, pode ser viável quebra-la em outras atividades menores para facilitar a
visualização. Acrescido a isso podem ser gerados subdiagramas, como a área de
produção e a área de atividades de suporte (projeto, administrativo, etc.).
Figura 2.10: Simbologia do diagrama de fluxo.
Ainda, se o fluxo de materiais não tiver grande intensidade ou impacto sobre as
atividades, o diagrama pode conter apenas a distância relativa das áreas de atividade.
O diagrama segue uma convecção, detalhada na figura 2.10, de 5 elementos:
1. Símbolos para cada tipo de atividade;
2. Um número (ou letra) identificando cada atividade;
15
3. Um número e forma de linha para a intensidade do fluxo de materiais ou
proximidade relativa das atividades;
4. Um código de cores, também para o fluxo ou proximidade (item opcional, mas
recomendado para o diagrama final); e
5. Uma cor para cada tipo de atividades (também opcional, mas utilizado
posteriormente quando for gerado o diagrama espacial).
Apesar do espaço físico não ter um papel fundamental nessa etapa do trabalho, em
layouts de lugares que já existem, é impossível ignorar determinadas características do
prédio. Elementos que não podem ser movidos, como paredes, elevadores, escadas e
outros, devem ser sem dúvidas considerados.
Figura 2.11: Exemplo do diagrama de fluxo.
Logo após o posicionamento relativo das áreas de atividade ter sido desenhado no
diagrama os espaços reais começam a ser considerados. Nessa etapa existe uma forte
sobreposição entre as fases II e III. O detalhamento do layout é feito na terceira fase,
mas a determinação do espaço requerido, mesmo para um layout geral, pode depender
de informações sobre maquinário, material, movimentação de peças e outras.
O autor sugere diversos métodos para a determinação do espaço requerido.
1. Cálculo
Calcular os espaços requeridos utilizando informações, conhecidas
previamente, sobre o maquinário, fluxo de materiais e processos de
produção.
16
2. Conversão
Utilizar informações sobre uma determinada planta sendo utilizada no
momento do projeto e converter essas medidas para a área necessária para o
layout.
3. Espaços padronizados
Dependendo das atividades pode ser possível utilizar medidas padrão para área
requerida. Esse método exige bastante cuidado ao ser utilizado, pois todas as
variáveis envolvendo o processo devem ser muito bem compreendidas na
determinação do padrão.
4. Layout auxiliar
Se for possível, utilizar uma planta inicial e informações sobre o maquinário,
fluxo e materiais para elaborar um layout bem básico a fim de determinar as
áreas requeridas.
5. Projeção de razões
Utilizar a razão entre metros quadrados requeridos e alguma outra métrica
(unidades produzidas por homem hora, ou outra) para projetar as áreas
requeridas finais.
Cada um dos métodos vai ser melhor utilizado em determinada situação e eles
podem, de certa maneira, ser utilizados simultaneamente.
As áreas então, começam a tomar forma e o diagrama pode ser dividido em blocos
identificados com a área do bloco e as atividades a serem realizadas ali.
Logo após a determinação dos espaços requeridos é necessário o rebalanceamento
dessas áreas em relação aos espaços realmente disponíveis. Tendo sempre em mente
fatores como corredores, o estoque de materiais e normas de segurança, além das
limitações físicas que podem existir no espaço.
2.3.8 PROPOSTA DE LAYOUT E INSTALAÇÃO
Depois dos devidos ajustes, planos de layout podem começar a serem gerados.
Eventuais variações vão depender de questões como custos para cada um dos layouts,
tempo de produção, ergonomia, entre outros fatores, onde cada um dos planos terá prós
e contras.
17
Esses planos serão levados aos responsáveis pela produção e, pesadas as
características de cada um, um dos layouts será escolhido para ser levado a diante.
O plano definido permite a movimentação, de fato, dos equipamentos e materiais
pela planta. Essa etapa ainda levantará problemas que não tinham aparecido durante o
planejamento no papel e, de maneira iterativa, o projeto de layout vai tomando cada vez
mais forma até atingir um nível considerado aceitável de qualidade.
O layout final então é produzido e com os passos devidamente registrados, o
desenvolvimento contínuo do layout pode ser feito com melhorias mais pontuais.
2.4 MATERIAIS COMPÓSITOS
A movimentação, o processamento e o armazenamento dos materiais é uma das
etapas mais importantes de um planejamento de layout. Por esse motivo já está claro,
nessa etapa do trabalho, que conhecer os materiais e processos a serem utilizados no
ambiente de estudo é indispensável.
Os materiais compósitos são caracterizados pela união de dois, ou mais, materiais
que combinados possuem propriedades mecânicas mais favoráveis do que se cada
material fosse utilizado separadamente.
No caso da indústria naval a combinação mais comum é a de um elemento de
reforço, geralmente uma fibra de vidro, carbono ou aramida e uma matriz polimérica,
como uma resina poliéster ou epoxy. Mas o número de elementos pode aumentar
bastante dependendo da etapa e da peça a ser construída.
Hoje em dia, um número bastante grande de embarcações de pequeno porte é
fabricado utilizando materiais compósitos. Dados fornecidos pela revista náutica [10]
referentes ao ano de 2014, mostram que algo em torno de 4800 embarcações de fibra de
vidro foram vendidas no país. Representando certa de 16% do total de embarcações
vendidas no ano. Isso considerando apenas lanchas de esporte e recreio.
A figura 2.12 mostra a evolução no campo da engenharia dos materiais ao longo
dos anos. Os materiais compósitos começaram a surgir com o plástico no início do
século XX [11]. Produtos como vinyl, poliestireno, phenol e poliester, surgiram ainda
incompletos e em fase de pesquisa. Apenas em 1935 a Owens Corning introduziu a
primeira fibra de vidro no mercado e possibilitou a fabricação de um material
polimérico reforçado com fibra. Ainda na década de 30, as resinas poliester e epoxy
tiveram suas primeiras versões patenteadas.
18
Figura 2.12: Evolução dos materiais ao longo do tempo.
Segundo “Design Guide For Marine applications Of Composites” [12], a
fabricação, ativa, de barcos em material compósito teve início após a segunda guerra
mundial. Baseado numa possível redução da relação custo/benefício, a marinha dos
Estados Unidos começou a fabricar barcos pessoais de 28 pés. Mesmo não sendo
fabricado comercialmente, esse passo foi muito importante para a indústria.
As décadas de 40 até 60, viram o surgimento de diversos métodos de fabricação,
como a utilização de moldes, laminação à vácuo, pultrusão, entre outros. Sendo o ano de
1961 aquele em que a fibra de carbono foi patenteada e disponibilizada ao mercado,
agregando muito valor à possível implementação regular de materiais compósitos. Na
decada de 60, Gibbs e Cox lançaram o primeiro livro voltado inteiramente para a
indústria naval, “Marine Design Manual for Fiberglass Reinforced Plastics”.
Ainda vendo constante avanço tecnológico, foi na década de 90 e início do século
XXI que a utilização de materiais compósitos começou a ser comercialmente
competitiva e opção viável para a fabricação de peças mais comuns no dia a dia.
O princípio no qual os materiais compósitos são baseados, o de combinar
materiais a fim de extrair o melhor de cada um, também tem sido um grande
impulsionador para o desenvolvimento tecnológico na área de materiais como um todo.
19
Figura 2.13: Composição de um avião em termos de materiais.
Além da indústria naval, os materiais compósitos têm presença em variadas
indústrias. O trabalho de Gardiner [13] mostra com clareza a combinação de materiais
num Airbus A380-800, como pode ser visto na Figura 2.13.
Isso tudo teve como intuito dar uma ideia geral do desenvolvimento dos materiais
compósitos na indústria naval e da sua utilização pelo mundo. Tendo como principal
objetivo ter conhecimento o suficiente para mapear o fluxo de materiais e processos ao
longo da planta. Por essa razão, os principais materiais utilizados serão descritos com
mais detalhes nas seções adiante.
2.4.1 FIBRAS DE REFORÇO
Nos materiais compósitos a fibra tem como função receber e suportar os esforços
que agem sobra a estrutura. Devido à possibilidade de direcionar as fibras no sentido
desejado, é possível projetar para que esse direcionamento coincida, na maior parte,
com a direção dos maiores esforços agindo sobre determinada estrutura.
Existe uma diversidade de materiais e tramas para esse reforço. As principais
fibras são as de vidro, de aramida (Kevlar) e as de carbono (ou grafita). Escolher entre
os variados tipos, consiste num trade-off entre características mecânicas, resistência a
degradação externa e custo.
Elas devem ser estocadas sempre com muito cuidado, qualquer dano e/ou sujeira
pode dificultar a laminação, além de, muito pior, comprometer a estrutura da peça a ser
fabricada.
20
(i) Fibra de vidro
As fibras de vidro foram as primeiras a serem desenvolvidas. Elas são feitas de
uma mistura de areia, calcário e outros óxidos. Sendo o principal composto a Sílica que
compreende entre 45-70% da mistura das fibras no mercado.
Devido ao baixo custo e uma boa relação de peso/resistência, a fibra de vidro
corresponde a cerca de 90% dos reforços utilizados em materiais compósitos.
Existem diversas químicas possíveis na fabricação das fibras de vidro. Sendo que
todas elas possuem a mesma resistência, mas variam na rigidez e na capacidade de
resistir a efeitos externos de degradação.
As mais comuns no meio náutico são as fibras E (lime aluminum borosilicate),
pois possui boa resistência e mais resistência à degradação devido à agua. Outro tipo
comum é o S (silicone dioxide, aluminum and magnesium oxide) que possui uma
resistência em torno de um terço maior em relação à fibra E e maior resistência a fadiga.
(ii) Aramidas
As fibras de aramida foram desenvolvidas pela DuPont por volta do ano de 1970.
Mais conhecida como Kevlar, esse reforço apresenta ótima relação resistência/peso, alto
módulo de elasticidade, alta resistência a impacto e boa conformação.
A aramida apresenta uma certa dificuldade no processo de fabricação devido ao
esforço necessário para que a resina penetre na fibra. Além disso o preço é um dos
fatores que diminuem o seu uso. Sendo assim, ela é mais comum em regiões que
exigem alta resistência ao impacto e/ou baixíssimo peso.
(iii) Fibra de carbono
As fibras de carbono possuem a maior relação resistência/peso e a maior rigidez
entre os reforços, além de atuar muito bem em altas temperaturas.
Por causa de suas propriedades, esse tipo de reforço é bastante utilizado na
indústria aeronáutica. Mas o elevado preço, em comparação com a fibra de vidro, o
torna pouco atrativo para indústria náutica. Em algumas ocasiões ou peças específicas
pode ser um bom investimento, mas no geral a fibra de vidro é muito mais comum nesse
setor.
21
2.4.2 RESINAS
Existe uma grande variedade de resinas, começando por alguns elementos base e
passando aos diversos elementos aditivos que criam uma gama incontável de
possibilidades. Apesar disso, na indústria naval algumas resinas acabam recebendo mais
destaque por serem mais adequadas.
(i) Poliester
As resinas poliéster são as mais comuns no mercado, isto se deve à facilidade de
utilização, além da simplicidade e do baixo custo.
Existem duas largamente utilizado na indústria marítima, as resinas ortophtálicas
e isophtálicas. As primeiras são o tipo desenvolvidas inicialmente e ainda bastante
comuns. Apesar disso, elas possuem características limitantes, como baixa resistência
química e processabilidade.
A resina isophtálica foi desenvolvida com melhores propriedades mecânicas e
maior resistência química. Por fim, sua menor permeabilidade a tornou bastante comum
na fabricação de gel goat, que servem para o tratamento da superfície.
A cura desse tipo de resina é feita através da utilização de um catalisador.
(ii) Epoxy
As resinas epoxy são as que apresentam melhor propriedades mecânicas e
químicas. A sua química também permite um controle muito maior sobre o tempo de
cura da resina, podendo ser facilmente encontradas no mercado resinas de 3, 4 ou até 5
horas para curar. O trabalho com essa resina também exige um pouco mais de
conhecimento e não é tão simples quanto a poliéster.
Consequentemente, são resinas muito mais caras do que as poliésteres, por
exemplo. Tornando uma resina pouco comum no âmbito naval. Elas são mais utilizadas
em embarcações grandes e luxuosas, onde o custo não é tão problemático, ou em peças
mais especializadas. Sendo muito mais comuns no mercado aeronáutico.
(iii) Ester vinílica
Essas resinas apresentam propriedades um pouco melhores que às poliésteres,
com a mesma facilidade na hora da utilização. Isso afeta um pouco o preço em relação
às poliésteres, mas nada comparado às epoxys.
22
2.4.3 NÚCLEOS
Como explicado previamente, a relação reforço/resina é muito importante na
determinação das propriedades mecânicas do material compósito. No início da
utilização desses materiais, os métodos de fabricação não permitiam valores muito altos
para essa relação. Assim sendo, a estrutura das embarcações recebia mais fibra e resina,
ficando estruturalmente mais rígida e pesada.
O desenvolvimento de melhores métodos de fabricação permitiu a melhoria na
relação reforço/resina e, consequentemente, na relação resistência/peso, de maneira que,
hoje em dia, muito menos material é necessário na fabricação de uma embarcação.
Essa evolução garantiu que uma quantidade pequena de material seja capaz de
fornecer a resistência global necessária à embarcação. Mas um problema apareceu em
relação à resistência local. Por isso, a solução que surgiu foi fornecer inércia ao
laminado com a utilização de materiais mais leves do que a mistura fibra/resina.
Dessa maneira, a fibra de reforço que suporta as cargas de flexão e compressão
sofridas pelo casco, são espaçadas, criando maior rigidez à flexão, com a utilização de
um núcleo. De maneira similar à alma de uma viga H. O fundamento por trás da
estrutura sanduíche pode ser visto na figura 2.14.
Figura 2.14: Estrutura sanduíche.
Seu estoque deve evitar umidade, sujeira e ter muito cuidado para não danificar as
chapas. O manuseio não é complexo, mas o mesmo cuidado do estoque deve ser tomado
quanto à possibilidade de causar danos, que, dependendo da sua espessura, pode ser
muito fácil de acontecer.
23
Os principais tipos de núcleos disponíveis no mercado são:
(i) Balsa
Os primeiros materiais utilizados como núcleo foram chapas de
madeira/compensado. Com o passar do tempo a tecnologia evoluiu e hoje os núcleos de
madeira de balsa processada são bastante comuns.
(ii) Espumas termofixas
As espumas mais comuns desse tipo são o poliestireno e o poliuretano. São
núcleos que possuem propriedades mecânicas bem ruins e são de difícil conformação,
podendo ser injetados nos espaços necessários. São utilizados principalmente para gerar
mais flutuabilidade. Pouco utilizadas na indústria naval, essas espumas têm grande
utilidade na indústria do surf.
(iii) Espumas de PVC
Esse é o tipo mais comum de núcleo no meio náutico. Essas espumas possuem
boas propriedades mecânicas, boa resistência a compressão, boa aderência às fibras de
reforço, são de fácil manuseio e podem ser termoformadas, até uma certa curvatura
dependendo da espuma.
São produzidas em chapas com espessuras indo de 2 mm até mais de 10mm.
Podendo ser de dois tipos, as flexíveis (linear) ou semi-rígidas (cross-linked). As
primeiras sendo mais raras devido à dificuldade de fabricação e limitação na utilização,
tendo como principal uso regiões que demandam alta flexibilidade. As segundas são
largamente utilizadas no mercado.
(iv) HoneyComb
São o tipo mais desenvolvido de núcleo, sendo amplamente utilizado na indústria
aeronáutica. Apesar de possuírem ótimas propriedades mecânicas e permitirem a
fabricação de estruturas muito leves, os processos de fabricação envolvendo a sua
utilização são de alta tecnologia dificultando a adesão por parte do mercado naval.
Apenas peças e embarcações que necessitam altíssimo rendimento recebem esse
material.
2.4.4 MATERIAIS DE SUPORTE
Além das fibras de reforço e resinas, a utilização de materiais compósitos pode
contar com um grande número de elementos adicionais que podem ser utilizados
dependendo da necessidade.
24
O primeiro desses materiais são as cargas minerais. Em muitos casos a aplicação
pode requerer uma espessura mínima, certa rigidez, uma superfície mais lisa para fins
de acabamento, maior tixotropia, melhores propriedades de aderência, ou alguma outra
propriedade específica. Isso pode ser feito adicionando cargas minerais como
microesferas de fibra de vidro, dióxido de titânio e/ou aerosil.
Apesar de existirem produtos comerciais que já contam com a adição correta
desses elementos para determinado fim, o conhecimento na utilização dessas cargas é
indispensável para o trabalho com compósitos, aumentando, inegavelmente, a gama de
possibilidades do laminador.
Depois das cargas, ainda existem produtos como monômero de estireno, parafina,
cobalto, solvente (thinner) e outros compostos.
Esses elementos tem um fluxo elevadíssimo de movimentação num ambiente de
utilização de materiais compósitos e devem ser posicionados de maneira a facilitar o seu
acesso. O seu manuseio e estocagem exigem cuidados de saúde e de limpeza.
2.4.5 MÉTODOS DE FABRICAÇÃO
O conhecimento dos materiais é importante para a armazenagem e movimentação.
Já os métodos de fabricação influenciam fortemente no detalhamento dos processos e
fluxo de atividades e materiais, por isso um conhecimento básico desse assunto é
essencial.
Existem diversos métodos de fabricação para a utilização de compósitos. Alguns
mais e outros menos tecnológicos. Na maioria dos casos existe a necessidade de um
molde, podendo ser uma simples mesa, no caso de fabricação de chapas, ou moldes
complexos de alumínio usinado.
Em todos os métodos o princípio é basicamente o mesmo, consistindo da
disposição das fibras de reforço sobre o molde previamente preparado e seguindo da
impregnação da resina sobre a fibra. As diferenças consistem no grau de controle sobre
a quantidade de resina que fica no material final.
(i) Laminação manual
Esse processo é o mais simples e demanda a menor quantidade de treinamento. A
fibra é impregnada manualmente sem nenhum controle sobre a quantidade de resina, a
não ser a experiência do próprio laminador.
25
(ii) Laminação à vácuo (vacum bag)
Nesse processo a impregnação da fibra é feita da mesma maneira que no método
anterior. A diferença é que a laminação à vácuo tem por princípio a utilização de
pressão atmosférica para manter as camadas de laminado comprimidas até que o
processo de cura da resina esteja completo, como visto na figura 2.15. De forma que a
aderência entre as camadas seja mais eficiente e o excesso de resina possa ser
retirado.
Figura 2.15: Funcionamento da bolsa de vácuo.
Nos processos onde o vácuo é utilizado (como no caso da infusão), alguns
elementos devem estar presentes, como demonstrado na figura 2.16.
O primeiro é o molde que, além de fornecer a forma da peça, ainda tem uma
função de barreira para que o vácuo possa ser aplicado.
Sobre a peça é aplicado um tecido de nylon (peel ply), utilizado para proteger o
laminado dos elementos adicionados posteriormente e para dar um acabamento na peça
de maneira a facilitar futuros trabalhos sobre ela, como adesão à outras peças e até
futuras laminações.
Os elementos seguintes são o filme perfurado e o bleeder. O primeiro funciona
como uma barreira que mantém a quantidade necessária de resina na peça e permite a
passagem do excesso que é armazenado no bleeder.
Por último a bolsa de vácuo é a segunda barreira (junto com o molde) que
possibilita a aplicação do vácuo. Ela adere ao molde através de um adesivo plástico
chamado tacky tape.
Todos esses elementos devem ser estocados e manuseados com extremo cuidado.
Não oferecem nenhum risco a saúde, mas são caros e danos, principalmente à bolsa,
podem torna-los inúteis.
26
Figura 2.16: Material de laminação à vácuo.
(iii) Infusão à vácuo
Nesse caso a resina é impregnada na fibra com a utilização de diferença de
pressão. Pelo menos uma linha de vácuo e uma entrada de resina são posicionadas em
locais apropriados.
Quando o a linha de vácuo é acionada, o gradiente de pressão faz com que a resina
seja “puxada” em direção ao vácuo. Fatores como a permeabilidade do laminado e o
tempo de cura da resina são de suma importância para o sucesso da aplicação desse
processo.
Ele é comum no meio naval, ainda mais nos casos de grandes embarcações. É um
dos processos mais limpos e, executado corretamente, com o menor desperdício de
resina.
Por outro lado, a sua complexidade exige boa experiência e métodos de estudo
para definir a quantidade e posição das linhas de vácuo e de resina. Mal executado, o
desperdício pode ser catastrófico.
O peel ply, filme perfurado, bleeder a bolsa e a tacky tape também são necessários
nesse processo.
27
(iv) Pre preg
Esse processo era originalmente utilizado apenas na indústria aeronáutica. Nele a
fibra é fabricada já com a resina impregnada e estocada em temperaturas próximas de -
18 ºC. Na fabricação das peças, a fibra é depositada sobre um molde e este é
posicionado dentro de uma autoclave onde a temperatura e a pressão serão elevadas
para que aconteça a cura da resina.
Pela descrição acima é possível perceber a infraestrutura necessária para estocar e
fazer bom uso desse material. Por esses motivos, apesar da altíssima qualidade das
peças produzidas, sua utilização não é tão comum.
(v) Pultrusão
Na Pultrusão, filamentos contínuos de fibra são empurrados através de um molde
produzindo peças com uma seção transversal pré estabelecida. Esse processo é utilizado
em casos de altíssima escala de produção e é pouco comum no meio naval.
(vi) Filamento contínuo
Nesse processo de fabricação um molde é preso a um eixo que roda
continuamente e puxa um filamento de fibra. Esse filamento se move ao longo do
comprimento do molde, de maneira que com a rotação do eixo o filamento começa a
preencher o molde com fibra. A direção da fibra no molde vai ser função do diâmetro
dele, velocidade de rotação do eixo e velocidade de translação do filamento.
A fibra pode ser pre impregnada ou pode passar por uma “piscina” de resina antes
de chegar no molde.
Pode ser utilizado na fabricação de mastros e, apesar de conhecido, ainda é
complicado para pequenos estaleiros devido ao maquinário e conhecimento necessários
para sua utilização.
3 O AMBIENTE DE ESTUDO
3.1 PERFIL DO AMBIENTE
O estudo de caso se desenvolveu focado no laboratório do Polo Náutico do
departamento de Engenharia Naval e Oceânica da UFRJ. O laboratório tem como
objetivo desenvolver tecnologias aplicáveis no setor náutico. Para isso investe na
formação de profissionais das diversas áreas ligadas ao setor.
28
Nesse sentido o espaço tem se transformado num centro de pesquisa e
desenvolvimento. Essa transformação gerou a demanda do estudo de questões
relacionadas à segurança, ergonomia e produtividade dos alunos e funcionários do
laboratório.
3.2 DADOS DE ENTRADA E ÁREAS DE ATIVIDADES
Nesse caso específico o local já estava previamente determinado e, por isso, a
primeira etapa é o estudo dos dados de entrada. Como laboratório da universidade e
centro de pesquisa e desenvolvimento o Polo Náutico não tem como objetivo a
produção em série de nenhum produto. Os principais produtos sendo embarcações a
motor e a vela. Nos dois casos pode haver a demanda para determinadas peças de
pequeno porte, como bolinas, lemes, fólios, propulsores, entre outras.
Isso abre uma gama bastante grande de produtos e subprodutos a serem
desenvolvidos. Sendo um laboratório a sua fabricação tenderá a ter o objetivo de ser
utilizada em pesquisa e desenvolvimento, tirando um pouco o foco da área de produção,
diminuindo o número de peças a serem fabricadas e estendendo o tempo em que a peça
fica na planta.
Para que o trabalho possa ser desenvolvido, faz-se necessário o estabelecimento
de um foco. A introdução teórica deu uma passada sobre a indústria náutica e mostrou
que uma parcela considerável das embarcações no país, possuem até 20 pés. Esse é um
tamanho razoável para o laboratório além de abranger duas frentes interessantes para o
desenvolvimento da tecnologia náutica, embarcações a vela e a motor.
Nos dois casos os processos envolvendo a construção do casco pode ser
considerado idêntico. Porque, mesmo que haja pequenas alterações, elas estarão
presentes em casos particulares que um mapeamento mais genérico não pode prever e
adaptações não serão muito complicadas. A construção de pequenas embarcações em
materiais compósitos pode seguir, fundamentalmente, dois processos. O primeiro
baseado na ideia de que o mesmo projeto será construído novamente (plug/molde) e o
segundo caso onde somente uma unidade será construída (one off). Os dois processos
têm muitas fases similares e o mapeamento do processo mais complexo, aquele em
várias unidades serão fabricadas, já abrange todas as fases do processo mais simples.
Assim, foi considerado desnecessário mapear os dois processos separadamente. Por
isso, a Figura 3.1 mostra o processo de fabricação plug/molde.
29
Figura 3.1: Atividades da fabricação de uma embarcação com plug/molde.
As etapas de acabamento e montagem são as que mais apresentam variações de
acordo com o modelo da embarcação a ser construída. Por hora essas diferenças não
precisam entrar em discussão. A medida que detalhes do projeto forem sendo definidos,
serão consideradas possíveis adaptações a fim de facilitar a fabricação de diversas
embarcações para que o layout seja o mais eficiente possível.
A fabricação de peças pequenas, como as descritas previamente, também deve ser
considerada no planejamento do layout. Isso será feito com pequenas adaptações no
processo maior de fabricação das embarcações.
Assim, o produto principal do laboratório ficou definido como embarcações a vela
e/ou motor até 20 pés. A quantidade é algo menos certo, mas algo em torno de 2 ou 3
embarcações por ano está dentro da realidade do Polo.
Essas definições permitem o início do detalhamento das áreas de atividade.
Partindo do desenho dos processos demonstrado na Figura 3.1, cada etapa será
destrinchada a fim de jogar luz sobre os processos e permitir a escolha das áreas.
Começando pelo casco das embarcações, a primeira etapa é a preparação do
picadeiro. Os picadeiros são, geralmente, feitos de metal. É possível também utilizar
madeira para isso, mas esse item deve ter bastante rigidez para evitar deformações na
embarcação ao longo da fabricação. Porém, mesmo que o picadeiro seja feito de metal,
é comum a utilização de compensado para fazer a base do picadeiro, ou pequenas peças
de ajuste.
30
Na construção do plug, os primeiros passos são o corte e a fixação das balizas,
visto na figura 3.2 à esquerda. Esses itens devem ser feitos de um material rígido o
suficiente, mas o mais barato possível, já que será futuramente descartado. Sendo
comum a utilização de compensado ou MDF.
Esse parece um passo simples, mas deve ser tomado extremo cuidado com o
nivelamento das balizas. O projetista também deve especificar se a medida do
espaçamento será feita a partir da face à vante ou à ré das balizas e os cuidados
necessários devem ser tomados na fabricação.
As balizas são cobertas com ripas finas de compensado, chamados de “strips”, a
fim de gerar a forma do casco, figura 3.2 à direita e figura 3.3. Os strips são pregados e
colados e em seguida é dada uma camada de fibra de vidro para impermeabilizar o plug.
Sobre a camada de fibra é aplicada uma massa, geralmente a base de resina poliéster,
com as cargas minerais adicionadas em diferentes proporções dependendo do estágio de
construção do plug.
A massa é então lixada e modelada com a ajuda de gabaritos. Isso é feito até a
forma do casco ser atingida, como mostrado na figura 3.4. Uma camada de gelcoat
ortophtálico é aplicado sobre o plug para fornecer acabamento e uma camada de gelcoat
isophtálico é aplicada, onde essa última serve de acabamento para o molde. Sobre o
plug, várias camadas de fibra de vidro são laminadas para dar origem ao molde. A
figura 3.5 mostra um molde finalizado e com o suporte sendo retirado do plug.
Figura 3.2: Posicionamento das balizas e fixação dos strips.
31
Figura 3.3: Strips completamente fixados.
Figura 3.4: Plug após aplicação de massa, da modelagem e aplicação de gel ortoftálico.
Figura 3.5: Molde finalizado e sendo desmoldado.
32
Figura 3.6: Molde desmoldado.
Depois de retirado do plug, como visto na figura 3.6, o molde é limpo e encerado
para que a laminação possa ser feita sobre ele. Pode ser utilizado o método manual, a
laminação à vácuo ou a infusão. Como o processo de pre preg requer uma tecnologia
muito avançada, não será abordado por hora, mas é uma possibilidade.
A laminação manual requer apenas a fibra e a resina. Já a laminação à vácuo exige
todo o aparato descrito previamente. Pela complexidade maior do segundo, o espaço vai
ser trabalhado como se todas as laminações fossem à vácuo. A figura 3.7 demonstra o
processo de disposição da fibra sobre o casco e a impregnação manual da mesma. Já a
figura 3.8, mostra o casco laminado e o vácuo sendo aplicado dentro da bolsa.
Paralelamente à fabricação do casco, os reforços podem ser fabricados. Com as
peças prontas, os reforços são adicionados ao casco, isso pode ser visto na figura 3.9.
Figura 3.7: Laminação da embarcação.
33
Figura 3.8: Aplicação do vácuo.
Nesse ponto o casco pode ser retirado do molde. Isso pode demandar
equipamentos de içamento por conta de eventuais pontos de aderência entre o casco e o
molde que dificultam o trabalho. Além disso, depois de retirado do molde o casco será
transportado para um berço.
A partir desse ponto começam as etapas de acabamento e montagem. Esses são
processos mais complexos e mais numerosos. Mas demandam pouco trabalho sujo e
pesado.
Figura 3.9: Fixação dos reforços.
34
Mesmo nos casos em que o casco apresente falhas a serem corrigidas depois da
desmoldagem, o espaço previamente preparado pela modelagem é suficiente para
realocar o casco por um determinado período.
No acabamento os processos diferem um pouco do caso das embarcações a motor
para as embarcações a vela. Mas essas diferenças têm pouco impacto prático sob o
ponto de vista de espaço e ferramental. Por exemplo, a instalação da ferragem da
embarcação a vela é um processo completamente diferente da instalação de baterias
num barco movido a energia solar. Porém, um espaço preparado para a realização de um
processo é facilmente utilizado para o outro. Em muitos casos as mesmas ferramentas
são utilizadas nos dois.
À medida que o laboratório se desenvolver e começar a adotar processos
automatizados esse espaço precisará de muita atenção. Porém como o objetivo não é a
fabricação em massa, o custo de automatizar alguns processos não é justificado. Ainda
mais considerando-se o tamanho das embarcações sendo fabricadas. Pelo menos não por
enquanto.
Depois da montagem, o convés é adicionado. Dependendo da embarcação, pode
ser necessário um molde para o convés, onde ele é fabricado de forma semelhante ao
molde do casco.
Por fim a embarcação é pintada. Apesar de estar sendo colocada como etapa final,
é possível que, ao longo do processo de montagem e acabamento, sejam feitas pinturas
de determinadas peças e/ou regiões. Sendo uma boa diretriz manter as áreas de
acabamento e pintura, próximas.
Com essa descrição rápida da fabricação de uma embarcação algumas áreas de
atividade podem ser mapeadas:
1. Estoque oficina
Nesse espaço se encontram materiais como perfis e tubos de alumínio, chapas de
compensado, pedaços menores de madeira, entre outros materiais que podem ser
necessários durante o processo de fabricação da embarcação e a serem trabalhados
na oficina.
2. Estoque compósitos
Esse estoque é composto principalmente por fibra, resina, cargas minerais e
alguns produtos químicos que servem de suporte aos processos. Esses materiais
são bastante complicados de estocar, já que não aceitam sujeira, possuem um
35
cheiro forte e até componentes tóxicos. O seu manuseio exige considerável
cuidado e equipamentos de proteção individual particulares.
3. Estoque administrativo
Para o funcionamento do ambiente como um todo, materiais dos tipos mais
diversos são necessários, desde parafusos até lâmpadas e produtos de limpeza.
São materiais que, no geral, não exigem demasiado preparo para o transporte e
manuseio. A parte mais complicada desse estoque é a variedade enorme de itens.
4. Oficina
Num estaleiro grande essa área pode ser dividida em serralheria, marcenaria e
uma oficina com um maquinário mais abrangente. Aqui, esses elementos podem
ser combinados numa oficina simples para serviços de suporte à fabricação. Como
construção e/ou reparo de um picadeiro, corte de strips, confecção de detalhes em
madeira para a embarcação, entre outras coisas.
5. Modelagem
Durante a produção de qualquer produto utilizando materiais compósitos, a falta
de precisão inerente do processo, exigi uma etapa de modelação. É, normalmente,
um processo bastante sujo e trabalhoso. Não exige uma variação grande de
equipamentos e nem de materiais.
6. Laminação
Os processos de laminação exigem cuidado e certo conhecimento por parte da
mão de obra. Os produtos químicos e as fibras de reforço são materiais que não
devem ser manuseados sem os devidos equipamentos de proteção individual. Por
último essa atividade pode exigir alto grau de controle do ambiente e, com isso,
um grau bem pequeno de impurezas.
Um ambiente isolado não é, necessariamente, obrigatório, mas quanto mais
próximo disso melhor.
7. Pintura
Atividades relacionadas à pintura exigem um grau altíssimo de isolamento. Além
das impurezas serem totalmente indesejadas, os produtos químicos não são só
maléficos à saúde, mas podem até atrapalhar o trabalho por parte da mão de obra.
8. Montagem
Envolve etapas finais, normalmente mais limpas, com equipamentos mais
simples, maior precisão e nível mais alto de detalhes. Pode exigir intensa
movimentação do(s) produto(s).
36
9. Transporte
Devido à complexidade do processo, diferentes produtos devem ser transportados
para diferentes partes da planta durante o trabalho. Nesse caso, é necessário um
espaço para armazenar os equipamentos de transporte que podem ser de
configurações variadas.
10. Descarte
Durante a maioria dos processos uma quantia considerável de rejeitos pode ser
gerada. No caso da madeira, por exemplo, esses rejeitos podem até,
eventualmente, retornar para o estoque. Mas na maior parte dos casos, alguns
resíduos são descartados. No caso da fibra, por exemplo, o descarte desse material
não pode ser feito no lixo comum, exigindo um tratamento especial.
11. Laboratório
Num ambiente de pesquisa e desenvolvimento é natural que haja um espaço com
um maquinário voltado para testes e inspeções. Além disso, foi incluído no
laboratório trabalhos mais delicados e que necessitam de um ambiente mais
controlado.
12. Armazenagem de moldes
A fabricação de molde implica diretamente num problema referente ao layout: a
sua armazenagem. Além disso, embarcações de pouquíssimo uso eventualmente
chegam no laboratório, exigindo um local para ficarem.
13. Embarcações
Esse item se refere às embarcações de uso mais constante e que servem também
como retrato do trabalho desenvolvido no laboratório. Estas precisam ser
colocadas num local a vista dos visitantes e de fácil acesso para serem usadas.
3.3 DIAGRAMA DE FLUXO
Após detalhar as atividades, o fluxo de materiais pode ser mapeado. A sugestão
dada por Muther de utilizar um padrão de letras foi descrito na parte teórica e será
utilizado aqui. Além das letras, o fluxo ainda é destacado pela cor do triângulo que
envolve a legenda.
O fluxo foi determinado com o conhecimento prévio a respeito do processo de
construção e utilizando referências como [14] e [12] e pode ser visto na Figura 3.10.
37
Figura 3.10: Fluxo de materiais.
A – Fluxo Anormalmente alto - Vermelho;
E – Fluxo Especialmente alto - Laranja;
I – Fluxo de intensidade Importante - Verde;
O – Fluxo de intensidade Ordinária - Azul;
U – Fluxo sem muita importância - Rosa.
As informações do diagrama de fluxo de materiais são combinadas no diagrama
de interrelação, figura 3.11, para determinar a proximidade desejada entre as áreas de
atividades levantadas previamente. Por conveniência, a legenda referente ao grau de
proximidade entre as áreas é repetida abaixo:
A – Absolutamente importante;
E – Especialmente importante;
I – Importante;
O – Importância ordinária;
U – Sem importância;
X – Proximidade indesejada.
38
Em alguns casos, um número é associado ao grau de proximidade entre duas
áreas. Esse número corresponde a um possível motivo para a escolha de tal grau. A
legenda dos números segue abaixo:
1 – Fluxo de materiais
2 – Conveniência
3 – Distribuição de equipamentos
4 – Recepção de visitantes
5 – Sujeira
Por último, é desenhado o diagrama de fluxo, que reúne o conhecimento
modelado nos dois últimos diagramas. Nessa etapa, a questão espacial começa a
aparecer na disposição dos elementos.
Aqui, as considerações de fluxo de materiais e a proximidade, ou afastamento,
entre as áreas é exposta de maneira mais visual e já considerando, preliminarmente, o
espaço a ser trabalhado no projeto final do layout.
Figura 3.11: Diagrama de interrelações.
39
Figura 3.12: Diagrama de Fluxo (proximidade).
Figura 3.13: Diagrama de Fluxo (distanciamento).
Para facilidade de visualização o diagrama foi dividido em dois. No primeiro
diagrama, Figura 3.12, encontram-se as relações de proximidade desejadas. Enquanto
que no segundo, Figura 3.13, é possível ver as relações de afastamento desejadas.
É importante discutir alguns fatores a respeito do afastamento de algumas áreas.
No caso da oficina (área 4) e das embarcações (área 13) o ideal era que ficassem mais
distantes, por conta da sujeira, mas a necessidade de expor as embarcações e deixa-las
acessíveis, limita a sua localização. Porém, como as embarcações são armazenadas com
capas, esse problema já é minimizado. O mesmo vale para a modelagem (área 5) e as
embarcações.
3.4 DEFINIÇÃO DE ESPAÇOS
O diagrama de fluxo e/ou atividades é o input para o desenvolvimento do
diagrama de relacionamento de espaços. Esse, por sua vez, pode ser desenvolvido de
40
várias maneiras, como descrito previamente. Nesse projeto um layout preliminar e mais
simplificado foi utilizado.
Por questões de simplificação, essa seção mostra algo bem próximo do trabalho
final, mas o processo de dispor o maquinário no espaço e detalhar o diagrama foi feito
inúmeras vezes até chegar ao resultado apresentado aqui.
Começando pelo estoque da oficina (área 1), os tubos e cantoneiras adquiridos no
padrão de 6 m de comprimento são armazenados em estantes. Essa configuração ocupa
um comprimento e uma altura razoável de estoque, com uma profundidade bem menor.
Da maneira como esses elementos ficam empilhados, apesar de terem 6m de
comprimento, as laterais do estoque precisam estar livres para a retirada do material,
ocupando um espaço real de pelo menos 12 m de comprimento, a largura é menos
preocupante e foi estabelecida em 1,5 m baseado no estoque já existente no laboratório.
Ainda nesse estoque serão guardadas as chapas de compensado. Estas têm as
medidas padrão de 1,6m por 2,2m. Essas chapas são estocadas em pé apoiadas em
cavaletes. Nesse caso surge a mesma questão do estoque dos tubos, apesar de um
comprimento de 2,2m ser suficiente para estocar o material, pelo menos 4,4m são
necessários para a retirada deste do estoque. Uma largura de 1,5m foi tomada como
suficiente. Sendo posicionado 2 cavaletes com essas medidas.
Esse estoque conta com poucos elementos, ilustrado na figura 3.14, porque o
laboratório fabrica muitas peças sob demanda. Num primeiro momento, o estoque
administrativo pode ser utilizado para guardar uma quantidade maior de material para
um projeto específico e o estoque da oficina pode ser alimentado durante o
desenvolvimento de tal projeto.
41
Figura 3.14: Elementos do estoque da oficina.
Figura 3.15: Oficina.
Pulando para a oficina (área 4), este espaço deve contar com as máquinas
necessárias para a fabricação de pequenas peças, fabricação e ajustes no picadeiro, entre
outras tarefas.Por esse motivo, as máquinas definidas como necessárias, foram uma
serra de fita, uma serra circular, uma furadeira de bancada, uma serra do tipo policorte,
um conjunto de equipamento de solda de oxiacetileno e uma dobradora de tubo.
A oficina conta também com uma bancada grande para o trabalho de diversas
pessoas simultaneamente e uma bancada menor com uma morsa e um esmeril.
Inicialmente, dois armários para guardar ferramentas e outros objetos também foram
alocados ali, mas, havendo a necessidade, existe espaço para mais armários. A
disposição inicial dos elementos é mostrada na figura 3.15.
Uma sala especial na oficina foi imaginada para a alocação de uma máquina do
tipo CNC, adicionada à oficina na figura 3.16. Uma router de 1m x 1m para a fabricação
de peças mais complexas e que exigem maior precisão. Essa sala precisa ser climatizada
e com espaço para uma mesa e um computador para o seu operador.
42
Figura 3.16: Sala da router na área da oficina.
Figura 3.17: Dimensões da embarcação modelo.
Na fabricação das embarcações propostas. A serra circular é, de longe, a máquina
mais utilizada. A sua proximidade da região de modelagem seria de enorme ajuda. As
outras máquinas são mais solicitadas em questões de acabamento e produção de
pequenas peças. Trabalhos que aparecem ao longo da construção, mas com muito mais
frequência nos processos finais de montagem e acabamento.
A modelagem (área 7) precisa contar com espaço suficiente para se trabalhar ao
redor do picadeiro e, posteriormente ao redor do molde. Para a determinação do espaço,
as embarcações fabricadas pela equipe solar foram tomadas como modelo, já que são as
mais comuns de serem fabricadas no laboratório e se encaixam nas dimensões
propostas. Suas medidas podem ser vistas em detalhes na Figura 3.17.
O espaço separado ainda considerou a possibilidade de serem construídas duas
embarcações ao mesmo tempo. Uma mesa grande foi colocada, semelhante àquela da
oficina, duas bancadas menores e dois armários para ferramentas e material necessário
durante a fabricação. Sua organização é mostrada na figura 3.18.
43
Figura 3.18: Área de modelagem.
A área de laminação (número 8), figura 3.19, deve ser um local com certo
controle sobre o ambiente, temperatura, limpeza e umidade. Por essa razão ela foi
afastada das áreas de trabalho citadas anteriormente. Além disso, já existia no
laboratório um local para esse tipo de serviço. Para a embarcação modelo, esse espaço
se mostrou suficiente.
Foram colocadas dentro dela duas bancadas para auxiliar durante o trabalho e uma
bomba de vácuo. O estoque de compósitos (área 2) também foi posicionado dentro
desse espaço. Com um suporte para dois rolos de fibra e dois armários para guardar as
cargas, material de vácuo, ferramentas de laminação e equipamentos de proteção
individual.
A área da pintura foi definida com base na área de laminação. O espaço necessário
é bem parecido. A única diferença fica nos equipamentos. Existem diversas
configurações para cabines de pintura. Ela deve conter filtros, ventilação adequada e um
bom isolamento.
O modelo fabricado pela empresa Orange Cabines de Pintura [15], visto na figura
3.20, se mostrou uma boa ideia. Além de ser suficiente para o laboratório, por ser
retrátil, o espaço ocupado pela cabine pode ser utilizado, se necessário, enquanto ela não
estiver sendo acionada. A área de pintura é mostrada na figura 3.21 à esquerda.
Um dos pontos importantes para qualquer estaleiro é a sua capacidade de levante.
Mesmo no caso de embarcações pequenas, itens consideravelmente pesados podem
aparecer durante a produção, como motores, por exemplo. Por isso, é vital ter, pelo
menos, um pórtico. Nesse caso um pórtico manual de 1 tonelada é suficiente, mas um
reserva pode auxiliar em movimentações difíceis e evitar outras complicações.
44
Figura 3.19: Área de laminação.
Figura 3.20: Cabine de pintura retrátil.
Além disso, o próprio modelo de layout na fabricação de embarcações exige a
movimentação de maquinário e matéria prima até pontos focais da fabricação
(modelagem, laminação, montagem) e ter carrinhos para o transporte desses itens pode
facilitar bastante. A movimentação das embarcações também pode ser extremamente
facilitada pela presença de carretas de transporte.
O próprio polo náutico já contava com outros elementos de transporte que podem
ser vistos na figura 3.22 e que sempre se mostraram úteis num ambiente pouco
automatizado e, assim, foram alocados na área de equipamentos de transporte (área 9).
45
Figura 3.21: Áreas de laminação e pintura.
Figura 3.22: Elementos da área de transporte
As embarcações fabricadas e utilizadas regularmente precisam ser dispostas de
uma maneira a facilitar o seu acesso. Essas embarcações são também o resultado do
trabalho feito no laboratório e aloca-las num local bastante visível facilita no caso de
visitantes. A área de embarcações (área 13) foi planejada com três embarcações num
local estratégico e pode ser vista na figura 3.23.
O diagrama de fluxo indica que é desejável um afastamento entre as áreas da
oficina e modelagem (áreas 4 e 5) e a área das embarcações (área 13). Infelizmente a
questão da exposição e da acessibilidade das embarcações dificulta esse afastamento. É
valido dizer que as embarcações devem ser armazenadas com capas protetoras e apenas
quando necessário elas são descobertas. O que minimiza esse problema.
46
Figura 3.23: Vista em perspectiva das áreas de estoque da oficina (3), modelagem (6),
transporte (9) e embarcações (13).
Dentro do Polo Náutico já existe um ambiente voltado para a fabricação de peças
que necessitam de uma precisão maior. Para isso o ambiente é mais limpo, com um
controle melhor de temperatura e maquinário apropriado. A longo prazo o objetivo é
expandir esse ambiente e focar em processos de fabricação mais avançados e maior
tratamento de peças fabricadas.
É importante dizer que apesar da discussão em torno das embarcações esse
espaço, mesmo menor em tamanho, tem papel tão, ou mais, importante para o futuro do
Polo. Esse espaço, que na lista de áreas recebeu o nome de laboratório (área 11), será
dividido em dois pavimentos.
No pavimento inferior serão alocados os alunos que trabalham ativamente na
fabricação e estudo das peças. Ele foi dividido em 3 espaços: Um pequeno estoque de
equipamentos menores ou que estão sendo usados num projeto em particular; uma
pequena oficina com bancadas para a montagem e testes de baterias, motores e
equipamentos menores e que não fazem tanta sujeira; e uma sala para os alunos
trabalharem e fazerem reunião. O espaço organizado está mostrado na figura 3.24.
No pavimento superior será o laboratório que contará com equipamentos focados
na fabricação de peças de alta qualidade. A fabricação de peças em materiais
compósitos pode ser compreendida em 4 etapas: a preparação dos materiais, a junção do
reforço e da matriz, a cura e a pós cura.
A preparação do material pode ser melhorada com um misturador de resina e uma
balança de precisão. Esses equipamentos ocupam um espaço bem pequeno e seu
posicionamento não precisa ser feito aqui.
47
Figura 3.24: Primeiro pavimento da área do laboratório.
Figura 3.25: Forno para fabricação em compósitos.
A junção do reforço e da matriz é definida a partir do método de fabricação. Os
mais comuns foram descritos na parte teórica e os equipamentos são uma bomba de
vácuo para laminação a vácuo e infusão e um freezer para estocar a fibra já impregnada
no caso do pre-preg.
Nos métodos manuais, de laminação à vácuo e infusão, a cura pode ser melhor
feita com um forno que permita programar degraus de temperatura. As ligações
moleculares e a evaporação de determinados componentes (como o monômero de
estireno) ocorrem de maneira melhor em temperaturas mais elevadas. O controle do
tempo também ajuda a diminuir os efeitos colaterais do encolhimento que ocorre
durante a cura. O modelo vendido pela easy composites [16] é um bom exemplo e a
figura 3.25 traz uma visão do modelo.
No processo pre-preg a cura precisa ser feita em temperaturas e pressões mais
elevadas. Por isso existe a necessidade de uma autoclave. Nos modelos mais comuns no
mercado, um bom passo inicial é o vendido pela Stermax [17] de 75 litros que pode
alcançar até 3 bar e 121°C e pode ser visto na figura 3.26.
48
Figura 3.26: Modelo industrial de autoclave.
Figura 3.27: Segundo pavimento do laboratório.
Esses são os principais equipamentos para o laboratório (área 11). Claro que
novos equipamentos podem ser incorporados no espaço na medida que o Polo Náutico
tiver os recursos e a necessidade.
Além dos equipamentos principais, a sala precisa de algumas mesas de vidro, ou
fórmica, para a produção de peças. Algumas bancadas de trabalho e armários para um
pequeno estoque de materiais. Um varal de rolos de fibra também foi alocado como
uma espécie de estoque de compósitos para evitar o deslocamento até o espaço de
laminação das embarcações. A disposição final dos elementos nesse espaço é mostrada
na figura 3.27.
Materiais compósitos tem uma grande complicação, o descarte. Como não pode
ser feito de qualquer maneira. Um ambiente foi especialmente separado para o descarte
dos resíduos da produção do laboratório (área 10), por enquanto, foram alocados apenas
os toneis, como visto na figura 3.28, mas um estudo aprofundado pode ser feito apenas
sobre esse item e o espaço pode ser melhor detalhado.
49
Figura 3.28: Áreas de descarte e armazenamento de moldes.
Figura 3.29: Área de montagem.
As embarcações e moldes fabricados e pouco utilizados também precisam ser
armazenados em algum lugar. Por isso a área de armazenagem de moldes (área 12),
mostrada na figura 3.29, foi estrategicamente posicionada para ficar pouco à vista e de
maneira a não atrapalhar a produção.
Para a área de montagem (área 8) um espaço maior foi designado. Isso se deve ao
fato de existir a possibilidade de mais de uma embarcação poder ser montada ao mesmo
tempo. Além de embarcações prontas poderem ficar nessa área por um tempo, antes de
irem embora ou para a área de armazenagem de embarcações.
Nessa área, figura 3.29, é difícil adicionar itens devido à grande variedade de
atividades realizadas ali. Desde o uso de lixas e furadeiras até o nivelamento com
equipamento a laser. Assim, a preocupação maior ficou por conta do espaço necessário
para montagem, uma mesa, uma bancada e um varal para mastros.
50
O diagrama de fluxo mostra que é absolutamente necessário que a área de
transporte (área 9) e a área de montagem estejam próximos. Como também é necessário
que a os equipamentos de transporte estejam próximos da modelagem, um espaço foi
reservado para equipamentos de transporte dentro da área de montagem já que existe
uma movimentação intensa de peças durante a laminação, pintura e montagem.
Contando com um pórtico e uma carreta.
Por último, a área do estoque administrativo (área 3) já apresenta uma organização
razoável atualmente e por isso não foi detalhada. A sua presença no plano de layout tem
o propósito de evidenciar uma área que fará parte do processo de produção e que
funciona como um ponto de apoio para os outros estoques menores e mais específicos
mostrados ao longo do projeto.
Figura 3.30: Diagrama de áreas.
Figura 3.31: Legenda do diagrama de áreas.
51
Essas áreas foram dispostas no espaço baseadas no diagrama de fluxo. dando
origem ao diagrama da figura 3.30. e à legenda da figura 3.31 Com a identificação das
áreas e o espaço de cada uma delas.
3.5 ERGONOMIA E SEGURANÇA
Além das considerações de espaço necessário para o maquinário, um projeto de
layout deve levar em consideração questões como segurança e ergonomia para que o
espaço não seja otimizado, em função da produção, a ponto de prejudicar o bem-estar
daqueles que vão utiliza-lo.
A norma que rege a segurança em relação a incêndios é a NR-23 [18], onde são
colocadas as seguintes medidas necessárias num ambiente fabril:
a) Proteção contra incêndio;
b) Saídas suficientes para a rápida retirada do pessoal em serviço, em caso de
incêndio;
c) Equipamento para combater o fogo em seu início; e
d) Pessoas adestradas no uso correto desses equipamentos.
O projeto do sistema de proteção contra incêndio tem início com a escolha dos
extintores. A Tabela 3.1, encontrada na NR-23 [18], apresenta a classificação para os
diferentes tipos de incêndio e suas características. Os tipos de extintores e a máxima
distância percorrida até eles também são fornecidos na norma, tabela 3.2, de acordo com
a classe do incêndio.
Além dos extintores, para o laboratório ter um sistema completo de proteção
contra incêndio as normas NR-23 [18] e NR-26 [19] definem as seguintes
especificações: largura mínima das saídas de 1,20m; portas abrindo para fora do
ambiente; corredores de largura mínima de 1,20m; sinalização das saídas; as saídas e
vias de circulação não devem conter escadas nem degraus e devem ser bem iluminadas;
portas de saída devem ser de batentes ou portas corrediças; e os extintores devem ser
colocados em locais de fácil visualização, de fácil acesso e onde haja menos
probabilidade de o fogo bloquear o seu acesso.
52
Tabela 3.1: Classes de incêndio e suas características.
Tabela 3.2: Dados para o posicionamento correto dos extintores.
Os locais destinados aos extintores devem ser assinalados por um círculo
vermelho ou por uma seta larga, vermelha, com bordas amarelas; deverá ser pintada de
vermelho uma área do piso de no mínimo 1,00m x 1,00m embaixo do extintor; altura
máxima da parte superior do extintor é de 1,60m; e os extintores não deverão ser
localizados nas paredes das escadas.
Uma atenção especial deve ser dada ao fato do laboratório conta com um
compressor de ar. Os cuidados referentes a esse equipamento são discutidos na NR-23
[18]. As recomendações que afetam o projeto do layout referenciam essencialmente à
instalação dos vasos de pressão. Sendo elas:
“13.5.2.2 Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes
fechados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos:
a) Dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente
desobstruídas, sinalizadas e dispostas em direções distintas;
b) Dispor de acesso fácil e seguro para atividades de manutenção,
operação e inspeção, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos
devem ter dimensões que impeçam a queda das pessoas;
53
c) Dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam
ser bloqueadas;
d) Dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes;
e) Possuir sistema de iluminação de emergência”.
A disposição e o tipo de cada um dos extintores podem ser vistos na Figura 3.32.
Figura 3.32: Distribuição dos extintores de incêndio.
4 RESULTADOS
Ao longo do processo de definição das áreas, e consequente elaboração do layout,
diversas alternativas foram sugeridas e desenhadas. O SLP elenca 3 alternativas básicas
para a escolha da melhor alternativa: Balanceamento das vantagens e desvantagens;
avaliação da análise de fatores e comparação; justificação de custos.
A análise de custos não foi feita nesse trabalho e, portanto, não pode ser utilizada
no processo de decisão. A avaliação dos fatores de comparação também não é de grande
ajuda, já que o layout anterior não tinha um planejamento prévio e o laboratório está
passando por mudanças constantes. A escolha do layout final foi feita através de
considerações de vantagens e desvantagens.
Esse balanceamento foi feito através da opinião do responsável e daqueles que
usam o espaço regularmente. Além disso um esboço simples do fluxo de materiais,
figura 4.1, foi feito para avaliar a qualidade do layout final escolhido.
54
Uma das medidas de qualidade de um layout é o retorno de material ao longo da
planta. Nesse caso, isso é observado fortemente apenas 2 vezes, quando o material sai
do estoque, é processado na oficina e retorna para a área de modelagem. Isso poderia ser
otimizado com a movimentação do estoque para mais perto da oficina, mas essa
mudança, por enquanto é inviável, por causa do container e do portão, além de existir
pouco espaço disponível para os perfis de alumínio (e sua movimentação) dentro da
oficina. Esse retorno no fluxo foi considerável aceitável já que a distância e o material
movimentado são pequenos.
No segundo caso, a embarcação sai da laminação, vai para área de montagem,
retorna para a pintura e depois volta para a montagem. Esse retorno, porém, é intrínseco
do processo de fabricação e mesmo um maior trabalho no layout não o eliminaria.
Depois dessa escolha ter se mostrado satisfatória ainda houve a necessidade de
rebalancear o espaço. Para isso foram levados em consideração o espaço necessário
entre as máquinas, os corredores exigidos nas normas e o posicionamento dos
extintores. Todas as considerações feitas deram origem aos planos exibidos na Figura
4.2 na Figura 4.3.
Figura 4.1: Fluxo simplificado na fabricação de uma embarcação.
55
Figura 4.2: Layout final exibindo o primeiro pavimento.
Figura 4.3: Layout final exibindo o segundo pavimento.
Algumas áreas receberam elementos como mesas e armários que, nesse trabalho,
são mais conceituais, dando mais uma ideia dos elementos no espaço do que sendo,
efetivamente, uma definição final das dimensões para esses componentes. As medidas
foram tomadas baseadas em equipamentos semelhantes e parâmetros de conforto
comuns, por exemplo a altura das mesas em torno de 1,00 m. Por esse motivo, nem
todos os elementos nos espaços estão completamente definidos, mas para alguns casos,
como a oficina, a modelagem e o laboratório, foi considerado importante dar uma ideia
das dimensões desses elementos e da distância relativa entre eles.
O primeiro espaço foi a área da oficina. A figura 4.4 mostra os elementos
essenciais e a legenda com a identificação de cada elemento é mostrada na tabela 4.1. Já
a figura 4.5 mostra as dimensões do espaço.
56
Para um detalhe maior do espaço e análise da qualidade do posicionamento dos
elementos, uma ideia do fluxo de materiais foi desenhada para 2 casos.
Figura 4.4: Identificação dos equipamentos da oficina.
Tabela 4.1: Identificação dos equipamentos.
Figura 4.5: Posicionamento dos equipamentos da oficina.
No primeiro caso, Figura 4.6, está ilustrado o trabalho com os perfis de alumínio,
para o caso de uma montagem do picadeiro por exemplo. O perfil entra por um dos
portões, é cortado na policorte, se algum furo for necessário ele passa pela furadeira e
por último ele segue para a solda e/ou dobradora, também se necessário.
Esse é um bom exemplo onde houve um rebalanceamento dos equipamentos. Na
Figura 3.15 é possível ver que a policorte está em outra posição. Mas por conta do
57
comprimento padrão dos perfis, ela foi movida para garantir que haverá espaço para
trabalhar.
O segundo fluxo, mostrado na figura 4.7, aparentemente mais simples, representa
um dos principais trabalhos realizados na oficina, que é o trabalho com compensado. A
instalação de uma router cnc diminuirá esse fluxo, mas, nem sempre será vantajoso
utilizar esse equipamento. O compensado entra na oficina, passa pela serra circular,
havendo a necessidade, um detalhe maior é feito na serra de fita e depois vai para a área
de modelagem.
Figura 4.6: Fluxo de um perfil de alumínio na oficina.
Figura 4.7: Fluxo de uma peça fabricada em compensado.
Figura 4.8: Posicionamento dos elementos na área de modelagem e do estoque da
oficina.
58
Na Figura 4.8 estão as dimensões referentes às áreas de modelagem e do estoque
da oficina. Nesse caso, não há razões para um estudo de fluxo, já que essa área
apresenta um layout de posição fixa e todos os materiais e ferramentas se movem em
direção aos cascos sendo fabricados.
Figura 4.9: Posicionamento dos elementos na área de laminação.
A área de pintura não tem nenhum detalhe porque é um produto comercial, assim
o seu posicionamento é bastante simples. Já a área de laminação conta com alguns
elementos que merecem ser destacados. A única máquina fixa nessa área é a bomba de
vácuo, que possui dimensões relativamente pequenas e, por isso, sua movimentação é
bastante simples. Assim, o seu posicionamento não é essencial nessa etapa, ficando a
cargo das necessidades de produção. A disposição e algumas das dimensões podem ser
vistas na figura 4.9.
A área do laboratório, mostrada na figura 4.10, também merece uma certa
atenção. Nesse espaço, mais do que em qualquer outro, os elementos dispostos passam
mais uma concepção do que a realidade dos elementos a serem posicionados ali. Isso
porque o laboratório não possui um forno, um freezer e uma autoclave. Os modelos
mostrados previamente serviram de ponto de partida. A legenda identificado cada um
59
dos elementos da figura 4.10 é detalhada na tabela 4.2 e as dimensões do espaço estão
mostradas na figura 4.11.
Figura 4.10: Identificação dos equipamentos no segundo pavimento do laboratório
Tabela 4.2: Relação dos equipamentos no segundo pavimento do laboratório.
Figura 4.11: Posicionamento dos elementos no laboratório.
60
Figura 4.12: Dimensões do espaço dos alunos.
O ultimo ambiente detalhado foi o primeiro pavimento do laboratório com os
espaços para os alunos. As dimensões podem ser vistas na Figura 4.12.
61
5 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS
Dado o plano escolhido e as considerações feitas, existem alguns pontos que
merecem ser discutidos para futuros trabalhos envolvendo a melhora do espaço de
produção.
Um ponto que merece atenção no futuro é um estudo da jornada de trabalho
efetiva no Polo Náutico e o efeito do maquinário sobre os trabalhadores. Dois pontos
que merecem destaque são o nível de ruído e o projeto de iluminação.
Como exemplo, o trabalho “Otimização do Layout de Marcenarias no Sul do
Espírito Santo Baseado em Parâmetros Ergonômicos e de Produtividade” [20] ilustra
alguns problemas envolvendo o nível de ruído. A Tabela 5.1 retirada do trabalho e
modificada mostra alguns dos equipamentos encontrados na oficina.
Tabela 5.1: Média de ruído de alguns equipamentos da oficina.
Esse trabalho mostra o quão barulhentos são alguns dos equipamentos presentes
na oficina. É importante lembrar que a norma NR 15 [21] exige um nível médio de
ruído abaixo dos 80 dB para uma jornada de 8h. Uma jornada de 8h com todas as
máquinas ligadas não é a realidade do Polo Náutico. De qualquer maneira, um
detalhamento melhor dessa questão pode gerar frutos importantes.
Outro ponto a ser discutido é o de que alguns espaços não foram utilizados
durante o projeto do layout porque eles já tem um propósito hoje e não estão disponíveis
para integrar o processo de fabricação. Rever a utilização desses espaços pode abrir
novas possibilidades na disposição de alguns elementos.
Uma possibilidade seria reposicionar os alunos para uma outra sala e abrir espaço
para expandir a parte da oficina deles. Isso possibilitaria colocar uma segunda escada
conectado as áreas de fabricação/operação do primeiro e segundo pavimento.
Outros espaços, como o banheiro e a cozinha também não foram tocados porque
mostraram pouca necessidade de serem reestruturados por hora. Porém, se esse fosse
um espaço sendo planejado do zero, seria importante contar com essas duas novas áreas.
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O container também não recebeu nenhuma finalidade específica. Ele pode ser
utilizado de diversas maneiras, sendo a mais provável a de auxiliar no estoque de
materiais de maior valor agregado. Mas nada ficou definido a esse respeito.
O espaço de descarte foi considerado nesse projeto e uma área foi reservada para
essa finalidade. Mas um estudo mais profundo poderia detalhar melhor possíveis
equipamentos, condições de armazenamento e desenvolvimento do laboratório nesse
assunto em particular.
Por último, o próximo passo é a implementação dessas mudanças no espaço e a
verificação dos efeitos desta sobre a produção, a ergonomia e a segurança. Como o
próprio SLP sugere, o planejamento de um layout nunca é algo estático e somente a
experiência e a prova podem determinar a qualidade efetiva de um plano.
Esse projeto também serve de base para um planejamento financeiro e para
projetos que tenham um viés mais de design já que auxilia na visualização das
possibilidades e das limitações que o ambiente e seus equipamentos impõem.
Como guia inicial para um trabalho de organização da produção do laboratório, o
layout final se mostrou um resultado bastante satisfatório. É possível ter uma boa ideia
dos elementos que irão compor o espaço e existindo a necessidade de mudanças, o
trabalho é um bom ponto de partida.
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6 BIBLIOGRAFIA
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[20] N. C. Fiedler, F. B. Wanderley, M. Nogueira, J. T. d. S. Oliveira, P. P. Guimarães e
R. T. Alves, “Otimização do Layout de Marcenarias no Sul do Espírito Santo
Baseado em Parâmetros Ergonômicos e de Produtividade,” R. Árvore, pp. 161 -
170, 2009.
[21] Ministério do trabalho, NR-15, Rio de Janeiro, 2001.
