Espacios. Vol. 34 (12) 2013. Pág. 11

Vantagens econômicas e ambientais resultantes da aplicação do projeto para o meio ambiente (DfE)

Economic and environmental gains resulting from the utilization of the design for the environment (DfE)

Filipe Marafon de PAOLI 1, Geraldo Cardoso de OLIVEIRA NETO 2 y Wagner Cezar LUCATO 3

Recibido: 30-10-2013 - Aprobado: 16-11-2013

Contenido

• 1. Introdução
• 2. Revisão da literatura
• 3. Metodologia
• 4. A Pesquisa-ação
• 5. Conclusões
• Agradecimentos
• Referências Bibliográficas

RESUMO:
Dentre as diversas ferramentas utilizadas para melhorar o nível de ecoeficiência das empresas, o Projeto para o Meio Ambiente (Design for the Environment – DfE) tem sido destacado pela literatura como uma das alternativas para as empresas industriais atuarem sobre seus projetos de produto e sobre seus respectivos processos fabricação de maneira a reduzir o impacto ambiental resultante. Em adição a esse fato, a literatura também menciona que a aplicação do DfE acaba gerando significativas economias nos custos de manufatura dos produtos. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar e comparar as vantagens ambientais e econômicas resultantes da aplicação do DfE, valendo-se para isso de uma pesquisa-ação que considerou um processo discreto de usinagem de peças de grande porte. Para avaliar as vantagens ambientais adotou-se a análise de intensidade de material segundo o Instituto Wuppertal. A realização do presente estudo permitiu verificar que a adoção do DfE no processo selecionado propiciou uma redução no impacto ambiental resultante desse processo de fabricação da ordem de 62%, quando se considerou a intensidade de material de acordo com o Instituto Wuppertal. Em paralelo, também foi possível constatar que o custo de usinagem da peça em questão sofreu uma diminuição de 61% como decorrência das ações propostas pelo DfE, comprovando assim a interdependência entre as vantagens ambientais e econômicas decorrentes do uso dessa ferramenta da ecoeficiência.
Palavras chave: Ecoeficiência. Projeto para o meio ambiente (DfE). Usinagem.

ABSTRACT:
Amongst several tools used to improve the ecoefficiency of firms, the Design for the Environment (DfE) has been highlighted by literature as one of the alternatives for manufacturing companies to act on their product and process designs aiming at reducing their related environmental impact. Furthermore, the literature also indicates that the utilization of DfE ends up generating relevant economies in the manufacturing costs of products. Hence the objective of this paper is to evaluate and compare the environmental and economic gains resulting from the DfE application, which was done through an action-research based on the machining of a very large steel part. To measure the environmental gains, this work used the material intensity analysis as proposed by the Wuppertal Institute. Through the results of the research it was possible to recognize that the DfE utilization was able to generate a 62% reduction in the environmental impact considering the material intensity as measured by the Wuppertal Institute concept. In parallel, it was also possible to determine a 61% decrease in the related manufacturing cost of the selected part as a result of the DfE actions taken, confirming the interdependence between environmental and economic gains resulting from the use of that ecoefficiency tool.
Key words: Ecoefficiency. Design for the Environment (DfE). Machining.

1. Introdução

Atualmente, organizações de todos os tipos, têm adotado medidas ambientais mais eficazes e abrangentes referentes às suas concepções de projetos e de processos de produção, para atender as crescentes demandas ambientais existentes (Santos-Reyes, Lawlor-Wright, 2001; Donnelly et al. 2006; Casamayor, Su, 2013). De acordo com Knight e Jenkins (2009) uma maneira pela qual as empresas podem reduzir o impacto de suas atividades sobre o meio ambiente se dá pela adoção dos conceitos da ecoeficiência. Para Gianetti et al. (2003), o Projeto para o Meio Ambiente (Design for the Environment – DfE) é uma ferramenta de melhoria da ecoeficiência das empresas que pode ser utilizada pelas organizações como diferencial competitivo. O DfE contribui com o desenvolvimento de um projeto sustentável de um produto, para que seja reduzido o consumo de recursos energéticos durante sua fabricação ou a minimização de seus impactos no meio ambiente durante o seu ciclo de vida.

Como forma de contribuir com conhecimentos teóricos e com recomendações de ordem prática para aumentar o nível de ecoeficiência das empresas, este trabalho tem como objetivo central avaliar e comparar as vantagens ambientais e econômicas resultantes da aplicação do projeto para o meio ambiente (DfE). Para isso recorreu-se a uma pesquisa-ação na qual o referido instrumento foi aplicadoem um processo discreto de usinagem de peças de grande porte que envolvia substancial consumo de energia elétrica, água e fluido refrigerante, bem como significativa geração de cavaco resultante dos processos de usinagem.

2. Revisão da literatura

Para o World Business Council for Sustainable Development – WBCSD (1996) a ecoeficiência é a produção de bens e serviços que atendam as necessidades e satisfação humana, visando a redução do impacto ambiental por eles gerados durante todo o seu ciclo de vida. Ou, ela significa criar mais valor com impacto ambiental reduzido ou, ainda, simplesmente fazer mais com menos. Mais precisamente, Schmidheiny (2000, p.4) afirma que a ecoeficiência pode ser alcançada por meio “da disponibilização de bens e serviços a preços competitivos, que, por um lado, satisfaçam as necessidades humanas e contribuam para a qualidade de vida e, por outro, reduzam progressivamente o impacto ecológico e a intensidade de utilização de recursos ao longo do ciclo de vida, até atingirem um nível, que, pelo menos, seja compatível com a capacidade de renovação estimada para o planeta Terra”.

Segundo Holliday Jr. et al. (2002) a ecoeficiência significa produzir mais produtos e serviços, tendo como base à redução dos recursos energéticos utilizados, visando a minimização dos resíduos gerados. Por seu lado, Vellani e Ribeiro (2009) atestam que a ecoeficiência implica em integrar os desempenhos econômico e ambiental, de modo que o termo “eco” signifique tanto a economia como a ecologia. Pereira (2005) definiu ecoeficiência como sendo um conceito de gestão no qual se pode relacionar competitividade e desenvolvimento sustentável, integrando desempenho ambiental e econômico. Sissino e Moreira (2005) definem empresas ecoeficientes como sendo aquelas que alcançam benefícios econômicos, obtendo benefícios ambientais por meio da redução de resíduos que são gerados durante o processo produtivo. Para Schmidheiny (2000) as empresas que possuem o conceito de ecoeficiência implementado em suas atividades, estão propícias a gerar produtos e serviços com maior valor agregado, tendo em vista a maior redução do consumo de recursos e menor geração de fatores poluentes.

Assim, para melhorar a sua ecoeficiência, as empresas deveriam estabelecer, como objetivos, ações como a redução na intensidade do uso de materiais, a diminuição na intensidade do uso da energia consumida, a redução na dispersão de substâncias tóxicas no meio ambiente, o aumento da reciclabilidade, a maximização na utilização de recursos renováveis, a extensão da durabilidade dos produtos fabricados e o aumento da intensidade dos serviços (Schmidheiny, 2000). Entretanto, o que se pode verificar na realidade das indústrias condiz com Sissino e Moerira (2005), pois o conceito de ecoeficiência ainda tem sido pouco aplicado no setor industrial.

Também é sabido que organizações que visam crescimento econômico, alinhado a projetos ambientais sustentáveis, estão propícias a serem reconhecidas como portadoras de diferencial competitivo (Kraemer, 2005). Outro fator importante para as organizações se manterem competitivas, são as estratégias utilizadas como diferencial de projeto, tanto de processo como de produto. Devido à preocupação com a preservação ambiental, se tornou um grande desafio para as organizações desenvolver projetos de produtos e de seus respectivos processos de produção que minimizem a geração de resíduos ambientais durante sua concepção e o impacto ambiental durante o seu ciclo de vida. Ou seja, projetos que incrementem a sua ecoeficiência (Luttropp, Lagerstedt, 2006). Por outro lado, a ecoeficiência utiliza-se de uma série de ferramentas que propiciam às organizações a otimização do ciclo total de materiais, de material virgem, material acabado, componentes, sobras de material e descarte final (Gianeti et al. 2003 ; Graedel, Allemby, 1995). Dentre esses instrumentos, tem sido dado destaque relevante ao Projeto para o Meio Ambiente (Design for the Environment – DfE), que para Knight e Jenkins (2009) representa a integração sistemática de considerações ambientais no projeto do produto e do seu respectivo processo de fabricação. Para Giannetti et al. (2003), o DfE, é uma ferramenta da ecoeficiência utilizada para analisar todo o ciclo de vida  de  um produto, a fim de propor alterações no seu projeto e no processo de produção, de forma a minimizar o impacto ambiental, desde sua concepção e até o seu descarte final. Seu objetivo é prevenir a poluição e minimizar a utilização de recursos energéticos durante a criação e fabricação de um determinado produto. Segundo o WBCSD (2003) o DfE usa conceitos e práticas que encorajam a responsabilidade social e simultaneamente reduzem custos, promovem a competitividade e incentivam a inovação.

Para De Mendonça e Baxter (2001), o projeto para o meio ambiente se tornou a ferramenta mais promissora dentre as existentes, tais como: projeto para fabricação e montagem (Design for Manufacturing and Assemby – DFMA), engenharia simultânea (Concurrent Engineering– CE) e projeto para desmontagem (Design for Disassembly – DFD), pois por meio do DfE seria possível reverter décadas de negligencia ambiental, com o foco na minimização do impacto ambiental durante a fabricação. De fato, o DfE se tornou mais importante como uma maneira essencial para aumentar o desempenho ambiental e econômico de produtos, processos e sistemas (Erol, Thoming, 2005; Donnelly et al. 2006; Lim et al. 2013). Para poder verificar se o DfE pode efetivamente contribuir com o aumento da performance ambiental gerando ao mesmo tempo vantagens econômicas, este trabalho procurou aplicar essa ferramenta da ecoeficiência em um processo de usinagem discreta de peças de grande porte no qual o projeto para o meio ambiente foi aplicado e os resultados, tanto ambientais como econômicos, foram avaliados.

3. Metodologia

Para alcançar os objetivos propostos pelo presente trabalho, realizou-se uma pesquisa de abordagem quantitativa já que as variáveis consideradas foram mensuradas por valores quantificáveis (Martins, 2012). Ainda, como se procurou mostrar como a atuação do DfE contribui coma melhoria do desempenho econômico e ambiental das empresas, pode-se estabelecer que, do ponto de vista do objetivo, o presente estudo trata-se de uma pesquisa explanatória (Marconi, Lakatos, 2010).

Como método de pesquisa decidiu-se por utilizar a pesquisa-ação, pois no presente estudo, ao se aplicar o DfE a um processo discreto de usinagem, realizou-se um trabalho com um pequeno grupo, motivado, interessado, com conhecimento adequado e com o objetivo de resolver um problema e gerar conhecimento cientifico (Zumber-Skerrit, Fletcher, 2007). Além disso, os próprios pesquisadores fizeram parte do time que se dispôs a aplicar o DfE e medir os resultados ambientais e econômicos resultantes da intervenção feita no processo de produção selecionado para a pesquisa (Coughlan, Coghlan, 2002; Thiollent, 2007).

Para selecionar a empresa a ser analisada na pesquisa-ação, Patton (1990) recomenda o uso de amostras com conteúdo (purposeful sampling), isto é, situações das quais o pesquisador possa retirar quantidade relevante de informações importantes para o estudo. Dentre as várias estratégias sugeridas por Patton (1990) para eleger uma amostra com conteúdo, este trabalho considera a amostragem de situações típicas na qual a empresa a ser selecionada para apreciação deveria apresentar condições adequadas para se avaliar os efeitos econômicos e ambientais da aplicação do DfE. Em linha com essa abordagem foram estabelecidos três critérios para a escolha da empresa que iria servir de base para a pesquisa-ação que fundamenta este trabalho: a) a empresa a ser selecionada deveria permitir aos pesquisadores compor uma equipe de projeto com engenheiros e técnicos de processo da empresa para a aplicação do DfE; b) ela deveria possuir um processo de manufatura importante no qual recursos significativos fossem empregados; e c) esse processo deveria possibilitar a adequada aplicação do DfE.

Em atendimento a esses critérios, selecionou-se uma indústria mecânica nacional, de grande porte, com 102 anos de existência, pertencente ao setor de bens de capital, com aproximadamente 600 funcionários e com participação destacada nos principais segmentos de mercado da construção mecânica pesada tais como: geração e energia, metalurgia, mineração e petróleo e gás. A empresa possui sistema de gestão integrada, embasado nas normas ISO 9001, ISO 14001 e OHSAS 18001. Possui certificação ISO 14001, desde o ano 2000. Seu compromisso ambiental é assegurado por meio de sua política de gestão integrada, que tem por objetivo preservar o meio ambiente, de forma a prevenir a poluição, sendo controlados os aspectos ambientais significativos decorrentes das atividades, produtos e serviços por ela realizados.

O produto escolhido para o presente trabalho foi um equipamento montado em turbinas eólicas. A peça do objeto desta pesquisa-ação foi o cubo (Hub), onde são fixadas as pás do aerogerador. Esse cubo, que é responsável pelo controle dos movimentos das pás, é acoplado ao equipamento responsável pelo gerador de energia, chamado de Nacelle. Na Figura 1, o Hub é destacado pelo número 5.

FIGURA 1 – O Cubo (Hub) montado em um aerogerador. Fonte: Siemens (2009)

            O cubo objeto do presente trabalho é fabricado com ferro manganês GG40, e pesa aproximadamente 12,5 toneladas em bruto. Seu processo de usinagem é composto por 33 operações de fresamento e 15 operações de furação, sendo geradas aproximadamente 2,5 toneladas de material removido durante o processamento. A máquina, na qual é usinada a peça em questão é uma Mandrilhadora CNC com platô, fabricada pela empresa japonesa Shibaura, com características principais conforme Tabela 1.

TABELA 1 - Dados principais da máquina

A usinagem da peça em questão é divida em 3 fases, devido à sua configuração, como pode ser visto na Figura 2. A peça possui 9 faces a serem usinadas, sendo 3 delas com inclinação de 5 graus em relação ao eixo “X”.

FIGURA 2 – Distribuição das peças nos dispositivos de usinagem   

A sequência de usinagem se dá da direita para a esquerda, conforme ilustra a Figura 2, e a distribuição das operações é realizada conforme Tabela 2.

TABELA 2 – Distribuição das operações por dispositivo de usinagem

Também com base em informações colhidas na empresa, foi possível identificar que o processo de usinagem da peça em questão considera a produção de 3 peças por semana ou 156 por ano.

O trabalho de pesquisa-ação aqui desenvolvido envolveu dois ciclos consecutivos de acordo com Zuber-Skerrit e Perry (2002). A equipe do projeto DfE, sob liderança dos autores deste trabalho realizou o ciclo 1, que envolveu: a) planejar o ciclo 1: consistiu em se obter todas as informações que permitissem caracterizar as variáveis ambientais e econômicas envolvidas no processo de usinagem selecionado; b) agir: desenvolveu-se o cálculo da intensidade de material e dos custos associados ao processo de usinagem em estudo; c) observar: os valores obtidos no item anterior foram analisados de forma crítica pelo time do projeto; e d) refletir sobre os resultados: foram identificadas as oportunidades para a aplicação do DfE. O próximo passo envolveu a repetição pela equipe do projeto de um novo ciclo, o de número 2, por meio da repetição da mesma sequência de eventos: a) planejar: com base nos resultados do ciclo 1, a equipe do projeto planejou a maneira mais adequada de se adotar os princípios do DfE no processo em estudo; b) agir: aplicou-se ao processo de usinagem escolhido o DfE, de acordo com o planejado anteriormente; c) observar: os resultados observados foram medidos, com destaque para a nova intensidade de material e custo de produção em relação aos obtidos no ciclo1; e d) refletir sobre os resultados: comparou-se os resultados alcançados nos ciclos 1 e 2 para verificar se efetivamente a houve ganhos tanto ambientais como econômicos resultantes da aplicação do DfE. Por fim, refletiu-se, ainda, sobre todo o processo da pesquisa-ação e se relatou o que se aprendeu, o que foi feito por meio deste trabalho.

Ainda do ponto de vista da metodologia empregada neste trabalho, para analisar as vantagens ambientais, foi utilizado o método desenvolvido pelo Instituto Wuppertal, o qual tem por objetivo avaliar as mudanças ambientais associadas à extração de recursos naturais de seus ecossistemas. A quantidade de material de cada compartimento ambiental é definida como intensidade de material, conhecida pela sigla em inglês MIF (mass intensity factors) (Oliveira Neto et al., 2010).  Ela serve como um proxy  para a dimensão quantitativa  do potencial do impacto ecológico das atividades humanas. A intensidade de material é calculada considerando o ciclo de vida total dos bens e assume o input total de materiais que os humanos movimentam ou extraem para geração e entrega de produtos e serviços (Stiller, 1999). Para determinar a intensidade de material, é necessário multiplicar a quantidade de massa de um dado material pelo seu respectivo fator MIF (WBCSD, 2003). Observa-se, assim, que o MIF é um multiplicador, desprovido, portanto, de unidade de medida. No presente trabalho, foram utilizados os valores para o MIF expressos na Tabela 3 conforme Wuppertal (2013) e que considera apenas os materiais significativos para o processo produtivo estudado, tais como: água, ferro manganês e energia elétrica.

TABELA 3 - Fatores de intensidade de material usados no presente trabalho.

(Fonte: Wuppertal, 2013)

Os dados referentes aos estudos da intensidade de material desenvolvidos pelo Instituto Wuppertal, têm base na matriz energética da Alemanha, Europa ou Mundo, mas isso não impede que essa ferramenta metodológica seja aplicada no Brasil (OLIVEIRA NETO et al., 2010). Os fatores indicados na Tabela 3 significam que, por exemplo, quando se usa 1 Kg de ferro manganês consomem-se 16,69 Kg de materiais abióticos decorrentes de todo o processo de mineração, produção, uso e disposição final desse produto. Da mesma forma, consomem-se 193,76 Kg de água e 2,23 Kg de ar também durante toda a vida útil desse Kg de ferro manganês (Stiller, 1999).

4. A Pesquisa-ação

Após a seleção da empresa, da constituição da equipe de projeto, da escolha do processo e da peça a ser considerada, desenvolveu-se uma pesquisa-ação na qual inicialmente foram coletados e analisados os dados ambientais e de custos do processo de usinagem antes da aplicação do DfE (ciclo 1). Em seguida aplicaram-se os princípios do DfE enovamente foram medidas as mesmas variáveis ambientais e de custos consideradas inicialmente (ciclo 2). Uma comparação dos resultados obtidos nos dois ciclos permitiu confirmar a menção feita pela literatura na qual o DfE aplicado a um processo produtivo propiciaria ganhos tanto ambientais e como financeiros. Os detalhes das análises ambientais e econômicas feitas são relatados a seguir.

4.1 Ciclo 1 – Antes da aplicação do DfE

Como já se mencionou, na peça escolhida para o presente estudo são realizadas 48 operações de usinagem, distribuídas nas 9 faces da peça. Após algumas amostragens aleatórias e diversas análises, a equipe do projeto verificou que a peça possuía grande variação na quantidade de sobre metal em 14 operações devido à sua complexidade técnica. Isso interferia nos tempos do processo de usinagem, bem como no aumento significativo do consumo de energia elétrica e de insertos de usinagem e na geração de resíduos. Dessa forma, para a avaliação das vantagens ambientais e econômicas consideraram-se apenas as 14 operações que apresentavam excesso de sobremetal e ofereciam, assim, oportunidades evidentes de redução. Na tabela 4 encontram-se as informações relevantes do processo de usinagem das operações consideradas neste trabalho antes da aplicação do DfE (ciclo 1). Observa-se que a cada peça usinada havia um consumo de 21,43 horas de usinagem (3.343 horas por ano) e uma remoção de 1.750 kg de cavaco por peça o que significava uma geração anual de 273.000 kg de sucata de ferro manganês.

TABELA 4 – Espessuras médias e tempos de usinagem das faces significativas antes do DfE.

A água é utilizada no processo de usinagem apenas nas operações de furação da peça. São empregados 100 litros de água para cada peça (15.600 litros por ano). Nesse volume são diluídos 5 litros de fluido de corte, para compor o fluido lubrificante / refrigerante utilizado durante as operações de furação A água utilizada no processo estudado, não é reutilizada devido às condições do processo já que ela é consumida por evaporação, durante as operações de furação. O fluido refrigerante utilizado é isento de óleo mineral. É de classificação sintética e isento de nitritos e fenóis.

Quanto à de energia elétrica, a equipe do projeto mediu o consumo efetivo para a usinagem de uma peça, que multiplicado pelas 156 peças feitas por ano permite chegar ao consumo anual como mostra a Tabela 5.

TABELA 5. Consumo anual de energia elétrica em Kwh antes do DfE.

Com relação ao impacto ambiental do processo avaliado, como já se mencionou antes, utilizou-se o conceito desenvolvido pelo Instituo Wuppertal. O cálculo referente à intensidade de material relativo ao cavaco metálico gerado, ao consumo de água e de energia elétrica na usinagem das 14 operações da peça objeto de estudo antes da aplicação do DfE está apresentado na Tabela 6.

Pode-se verificar que, com base no multiplicador desenvolvido pelo Instituto Wuppertal, os dados expostos na Tabela 6, apresentam que a peça em estudo gera 63.917,049 kg de intensidade de material afetando o meio ambiente, para a usinagem das 14 operações críticas citadas na tabela 4 do presente trabalho. Desse total, consome-se do meio abiótico 4.687.944 Kg, de ar 58.574.530 Kg e de água 654.574 Kg.

TABELA 6 – Cálculo da intensidade de material do cavaco metálico antes da aplicação do DfE

Com relação aos custos de fabricação da peça em questão, a energia elétrica é usada nos motores e controles do equipamento de usinagem. Evidentemente o consumo de energia varia dependendo da potência utilizada e do tempo necessário para realizar cada conjunto de operações. Na tabela 7, são apresentados o consumo e os custos de energia elétrica, referentes às 14 operações que se propõe estudar no presente trabalho.

TABELA 7 – Consumos de energia elétrica das 14 operações a serem estudadas antes do DfE

Como decorrências dessas observações, evidenciou-se a possibilidade de redução na geração de resíduos, especificamente de cavacos de ferro manganês. Na análise realizada pela equipe do projeto, identificou-se que são geradas em média 2,5 toneladas de cavacos de ferro manganês por peça, considerando todas as operações do processo de usinagem. De acordo com o fornecedor da peça fundida em bruto, isso ocorre devido à característica técnica do produto e à tecnologia empregada durante o processo de fundição. A empresa objeto deste estudo revende esse material como sucata metálica e tem um retorno financeiro, conforme descrito na Tabela 8, na qual só são apresentados a quantidade e o retorno financeiro referente às 14 operações que se propõe considerar no presente trabalho.

TABELA 8 – Retorno financeiro da revenda do cavaco

Com relação aos insertos de usinagem, a equipe do projeto adotou para o cálculo do consumo uma média de 22 mm de espessura de sobremetal a ser usinado por face da peça. Os dados de consumo e seu respectivo custo no ciclo1 para a usinagem das 14 operações consideradas estão mostrados na Tabela 9.

TABELA 9– Custo do consumo de insertos antes da aplicação do DfE

A tabela 10 apresenta os dados do custo hora-máquina, referentes apenas às 14 dimensões expostas nas tabelas 4. A máquina utilizada pela empresa da pesquisa ação possui um custo de R$ 320,00 por hora, o que inclui os custos associados à depreciação, os custos de manutenção bem como o rateio dos custos administrativos da produção (overhead).

TABELA 10– Custo Hora-Máquina antes da aplicação do DfE

Na tabela 11 são sumarizados os diversos custos incorridos pela empresa para a usinagem das 14 operações consideradas no presente trabalho, antes da aplicação dos conceitos do DfE. É importante ressaltar, que a empresa incorre em um custo anual de R$1.227.527,60 para a usinagem das 14 operações que são consideradas neste trabalho.

TABELA 11 – Custos Totais antes do DfE

4.2 Ciclo 2 - Aplicação do DfE (Design for Environment)

Na análise do processo selecionado para a presente pesquisa-ação a equipe do projeto analisou as informações obtidas no ciclo 1 descrito acima e identificou a possibilidade de redução do impacto ambiental em relação ao uso de energia elétrica, água, fluido refrigerante, insertos de usinagem  e cavaco gerado pela usinagem do ferro manganês.

Como parte do ciclo 2 da pesquisa ação, aplicaram-se então os conceitos do DfE. Para isso os pesquisadores juntamente com os engenheiros e técnicos em usinagem da empresa em estudo avaliaram as oportunidades de modificação no projeto do produto com o objetivo de alcançar melhorias ambientais. Com resultado das análises e discussões realizadas, chegou-se a um consenso que seria importante a alteração de 14 cotas críticas na peça estudada. De acordo com a característica e complexidade técnica do produto, decidiu-se alterar apenas as espessuras das faces significativas. Isso seria necessário para que se pudesse obter vantagem ambiental decorrente da redução de material utilizado na peça fundida e a ser removido durante o processo de usinagem. Com base nos estudos realizados concluiu-se que, para a peça estudada, o ideal seria recebê-la do fornecedor da fundição com espessuras de sobremetal entre 5 mm e 10 mm, sendo necessário a empresa de fundição alterar seu processo para obter tais espessuras. Com decorrência dessa avaliação, gerou-se um protótipo da peça fundida fabricada pelo fornecedor com as novas cotas sugeridas pelo DfE, conforme Tabela 12 e na qual se pode verificar que após a aplicação da ferramenta DfE, houve uma redução para 7,8 horas de usinagem  e para 649 kg de geração de cavacos de ferro manganês, durante o processo de usinagem. No presente estudo, considerou-se a cota crítica média de 10 mm, para comparação dos tempos de usinagem.

TABELA 12 – Alteração das espessuras médias das faces significativas após aplicação do DfE.

Como o objetivo original da aplicação do DfE era promover ganhos ambientais,  para essa avaliaçãoutilizou-se novamente o método aplicado anteriormente e  desenvolvido pelo Instituto Wuppertal para mensurar a redução do impacto ambiental resultante da economia de energia elétrica, água e ferro manganês no processo em estudo. Como se observa acima, o total de massa em material consumido na geração de cavacos contabilizou, após a aplicação do DfE, 649 Kg de ferro manganês por peça ou 101.244 kg por ano. Com relação à energia elétrica, os novos tempos de usinagem redundaram em uma redução significativa do consumo, como mostra a Tabela 13.

TABELA 13. Consumo anual de energia elétrica em Kwh após o DfE.

 Entretanto, o consumo da água utilizado no processo de furação não apresentou redução, considerando que a operação de furação é realizada após o processo de fresamento e não sofreu qualquer alteração.

Para determinar a intensidade de material, o fluxo de entrada de massa (expresso nas unidades correspondentes) é multiplicado pelo fator MIF (mass intensity factors) que corresponde à quantidade de matéria necessária para produzir uma unidade de fluxo de entrada, utilizando-se os valores referenciais da Tabela 1.  A Tabela 14 apresenta a intensidade por material e o correspondente impacto anual decorrente dos novos consumos de ferro manganês e de energia elétrica após a aplicação do DfE. O impacto da água se manteve constante, uma vez que não houve alteração no seu consumo com a aplicação do DfE.  

TABELA 14 – Avaliação da intensidade de material por ano e por peça após o DfE..

Os resultados apontaram que, mesmo sem redução no impacto ambiental da água, o DfE provocou uma redução para 24.467.812 Kg de intensidade de material afetando o meio ambiente, para a usinagem das 14 operações críticas citadas na Tabela 12 acima. Desse total, 1.755.567 referem-se ao consumo de materiais abióticos, 22.463.600 kg ao consumo de ar e 248.645 Kg ao de água.

Essa redução, que visava apenas implementar melhorias ambientais, acabou por gerar em paralelo significativas reduções no custo de fabricação da peça. Assim, após a aplicação do DfE, na Tabela 15 mostra-se o custo correspondente do novo consumo de energia elétrica. Note-se que a alteração só se dá na operação de fresamento, visto que as operações de furação e stand-by (tempo utilizado para a troca de ferramentas que é feita manualmente), não sofreram alterações no presente estudo.

TABELA 15 – Custo do consumo de energia para a usinagem após aplicação do DfE

Como mencionado, a empresa revende os cavacos gerados durante o processo de usinagem, como sucata metálica. Na Tabela 16 apresentam-se os dados referentes ao faturamento da revenda de cavacos depois da aplicação do DfE.

TABELA 16 – Geração de cavacos depois da aplicação do DfE

Os dados referentes aos custos do consumo de insertos de usinagem, após a aplicação do DfE estão apresentados na Tabela 17.

TABELA 17– Custo do consumo de insertos depois da aplicação do DfE

A Tabela 18 apresenta os dados do custo hora-máquina, referente apenas à usinagem das 14 dimensões críticas consideradas no presente trabalho.

TABELA 18 – Custo Hora-Máquina

Na tabela 19 são apresentados os custos totais incorridos pela empresa para a usinagem do objeto de pesquisa após a aplicação dos conceitos do DfE. Verifica-se que a aplicação do DfE produz significativa redução dos custos de fabricação, atingindo agora um valor anual da ordem de R$ 480 mil.

TABELA 19 – Custos Totais Após o DfE

4.3 Resultados e comparação dos ganhos econômicos e ambientais resultantes da aplicação do DfE

O estudo evidenciou que a aplicação do DfE provocou uma economia anual de 171 ton na geração de cavaco e de 42,4 Mwh de energia elétrica resultante as alterações decorrentes da aplicação daquela ferramenta da ecoeficiência. Como consequência, foi possível reduzir o impacto ambiental anual em 39.449.236 Kg, dos quais 2.932.377 Kg no consumo de materiais abióticos, 36.110.930 Kg no consumo de ar e 405.929 Kg no consumo de água, como ilustra a Tabela 20. Essas reduções foram bastante significativas, pois, em média, corresponderam a 62% em relação à intensidade de material vigente antes da aplicação do DfE. Detalhes estão mostrados na Tabela 20.

TABELA 20 – Comparação do impacto ambiental antes e depois do DfE.

Como sugerido pela literatura, a aplicação do DfE, além de gerar resultados bastante favoráveis sobre o impacto ambiental das operações industriais, possibilitou também a obtenção de significativa redução no custo de fabricação da peça considerada na pesquisa ação. A tabela 21 apresenta a comparação dos custos totais da empresa para a usinagem das 14 operações consideradas, antes e depois da aplicação do DfE. O custo total de usinagem das 14 operações objeto do presente estudo teve uma redução de 61%, o que faz a empresa ter uma econômica anual de cerca de R$ 750 mil ou nada desprezíveis R$ 4,8 mil por peça.

TABELA 21 – Comparação dos custos de produção antes e depois do DfE.

5. Conclusões

O desenvolvimento do presente trabalho suportado pela pesquisa-ação, permitiu confirmar no mundo real o que a literatura preconiza: a adoção da ferramenta da ecoeficiência denominada Projeto para o Meio Ambiente (Design for the Environment – DfE) tem por objetivo propor alterações em projetos já existentes, para reduzir o impacto ambiental de um determinado produto. Isso pôde ser confirmado com a economia anual no consumo de 39.449.236 Kg de materiais abióticos, ar e água que representaram cerca 62% de diminuição em relação ao impacto ambiental antes da aplicação daquela ferramenta. Mas, o estudo feito permitiu concluir ainda mais. A literatura também menciona que a aplicação do DfE, além de gerar redução do impacto ambiental das operações industriais, provoca, em paralelo, a redução dos custos de manufatura. Esse fato pôde ser confirmado pela pesquisa ação desenvolvida, na medida em que os custos de usinagem considerados sofreram uma redução nada desprezível de 61% decorrente da utilização do DfE, gerando uma economia anual da ordem de R$ 750 mil. Também precisa ser enfatizada a representatividade da aplicação do DfE para reduzir a geração de cavacos de ferro manganês em 1.101 kg por peça ou 171 t por ano. Em termos de horas de usinagem os ganhos foram de 13,63 h por peça ou 2.126 h por ano. Como resultado o consumo de energia elétrica sofreu uma redução de 50 % ou de 272 Kwh por peça equivalente a 42,4 Mwh por ano.

Dessa forma, este trabalho traz contribuições à teoria na medida em que confirma o fato de que a aplicação do DfE pode trazer contribuições significativas à melhoria das condições ambientais na indústria, como também, em paralelo, pode contribuir de maneira importante para a redução dos custos de manufatura. Para a prática da Engenharia de Produção e da Gestão de Operações, as conclusões aqui estabelecidas fornecem aos gestores industriais ferramentas para reduzirem seus custos ao mesmo tempo em que buscam melhorias do meio ambiente em que produzem, alinhando as ações gerenciais às expectativas dos diversos stakeholders.

No entanto, apesar dos resultados significativos obtidos por este trabalho, é importante ressaltar, que, de acordo com o exposto pela literatura, o DfE ainda é pouco conhecido e disseminado nas empresas brasileiras em geral. Ainda é importante destacar, que os engenheiros precisam considerar em seus projetos, o impacto ambiental causado pelos processos de manufatura correspondentes, sem o que as atividades industriais continuarão gerando impactos ambientais desfavoráveis cada vez mais intensos.

Finalmente é relevante mencionar que este trabalho possui algumas limitações. Em primeiro lugar, o estudo desenvolvido baseou-se nos dados referentes a uma única peça, em equipamento específico de uma só empresa, o que impossibilita generalizar as conclusões aqui obtidas. Pesquisas futuras considerando outras empresas, outros tipos de equipamentos e peças distintas são sugeridas como forma de se poder confirmar de maneira mais ampla os resultados obtidos pelo presente estudo. Sugere-se ainda para futuros trabalhos, considerar os custos e os aspectos e impactos ambientais relativos à alteração do projeto e do processo de toda uma cadeia produtiva, e não apenas de um único processo do fluxo de valor.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Fundo de Apoio à Pesquisa da Universidade Nove de Julho – UNINOVE –  pelo suporte financeiro necessário para desenvolver este trabalho.

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