Pós Graduação em Engenharia de Produção (UFSM), Santa Maria, RS, Brasil

Engenharia e Análise de Valor para aplicação em aquecedor solar 1 RUSCHEL, Gabriel 2 ; SANTOR, Cilione; 3 ROSA, Leandro 4 1 Trabalho de Pesquisa _UFSM 2 Curso de Engenharia Mecânica Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria, RS, Brasil 3, 4 Pós Graduação em Engenharia de Produção (UFSM), Santa Maria, RS, Brasil E-mail:gabrielruschel@hotmail.com; cilionesantor@hotmail.com; leski78@hotmail.com; RESUMO A Engenharia e Análise do Valor apresenta-se como uma metodologia bem definida, com a finalidade de analisar os componentes de um produto através de suas funções e a partir disto encontrar quais funções tem capacidade de ter seu valor trabalhado e aumentado. No presente trabalho desenvolveu-se um estudo sobre a metodologia de Engenharia e Análise do Valor, com o objetivo de aplicá-la em um componente do sistema residencial para aquecimento de água com energia solar através do estudo desta metodologia e detalhamento do sistema. A pesquisa caracteriza-se como exploratória com revisão bibliográfica e estudo de caso. O aquecedor analisado usa duas chapas de aço inox sobrepostas, deixando um espaço entre as mesmas, suficiente para criação de uma lâmina d água que será aquecida. Ao final do estudo foram sugeridas modificações no produto que possibilitam a redução do custo de produção. Palavras-chave: Engenharia do valor; Análise do valor; Energia solar; Coletor solar. 1. INTRODUÇÃO Para se obter um produto com potencial competitivo no mercado não basta que este atenda perfeitamente as necessidades do cliente. Para alcançar tal espaço, faz-se necessário agregar valor ao produto. Engenharia e Análise do valor (EAV) compreende uma série de técnicas em torno da intenção de focalizar estudos de produtos em termos de funções em lugar de peças ou componentes, e tem por objetivo realizar estas funções com o menor custo. A Engenharia e Análise do valor (EAV) constitui-se de uma série de técnicas em torno da idéia de focalizar estudos de produtos em termos de funções em lugar de peças ou componentes, e tem por objetivo realizar estas funções ao menor custo. Os constantes problemas ambientais causados pela utilização de energias não renováveis aliados ao esgotamento destas fontes, têm despertado o interesse pela utilização de fontes alternativas de energia. a energia solar considerada uma fonte renovável 1

de energia é aproveitada para aquecimento de fluidos. Os coletores solares são muito usados em aplicações residenciais e comerciais para o aquecimento de água. O objetivo do presente trabalho é aplicar Engenharia e Análise do Valor (EAV) em um componente do sistema residencial para aquecimento de água com energia solar através do estudo desta metodologia e detalhamento do sistema. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Engenharia e análise do valor Conforme Carvalho e Massarani (2004) a engenharia e Análise de Valor - EAV procura olhar para um produto do ponto de vista das funções que este executa. Este é o primeiro passo para que possam ser desenvolvidos produtos que desempenhem as mesmas funções do produto inicialmente analisado a menor custo. Schröder (2004) utilizou a metodologia da Análise do Valor como forma de chegar a um resultado sistemático em análise de processos e custos, com o objetivo do seu trabalho em obter resultados financeiros que possam tornar o produto mais competitivo. Aplicou EAV na manufatura da porta de um veículo Volkswagen, constatando que o processo porposto era inviável economicamente, porém através deste estudo apresentou-se a idéia essencial na EAV Simplificar pode ser muitas vezes a melhor solução. Ibusuki e Kaminski (2007), realizaram estudo em uma indústria automotiva através de uma abordagem da Engenharia de Valor aliada á gestão de custos no desenvolvimento de produtos, onde uma ferramenta serve como complemento á outra. O estudo foi focado no sistema de motor-starter de um veículo, com o objetivo de reduzir custos, melhorar a funcionalidade e qualidade do produto. A EAV foi utilizada como ferramenta de gerenciamento de sistema de uma indústria de construção. Aplicada à teoria da solução inventiva de problemas, integrando as ferramentas na fase de criatividade do processo tornando-a mais organizada e focada no problema, aumentando a eficiência e eficácia da atividade (ZHANG; MAO; ABOURIZK, 2009). A EAV integrada ao DFMEA (análise do modo e efeito de falha de projeto) foi usada por Santana (2006), para auxiliar na determinação das funções do produto. 2.3 Conceitos fundamentais na Engenharia e Análise de Valor Ao se trabalhar com Engenharia e Análise de Valor é necessário ter o conhecimento 2

de conceitos, que integrados, possibilitam alcançar os resultados esperados com a aplicação de engenharia e Análise de Valor. Conforme Zhang, Mao e Abourizk (2009), a Engenharia e Análise Valor consiste em um processo estruturado para resolver problemas com base na análise da função de melhorar o valor de um sistema. A proposta desta metodologia atua para aumentar o valor funcional de um produto através da melhoria nas funções existentes, sem aumentar seus custos (IBUSUKI e KAMINSKI, 2007). Conforme Ruiz (2011), a Engenharia e Análise de Valor tem o objetivo de reduzir custos e originar novas idéias no processo de desenvolvimento de produtos a partir da percepção de valor do cliente. Através da EAV, cada uma das partes que formam o produto ou o processo são analisadas segundo as suas funções e extraída as mais importantes. As funçõesque possuem maior valor agregado são as que devem ser trabalhadas na redução dos custos (CHIAROT, 2008). As funções que o produto desempenha são subdivididas em dois tipos: de uso, que são as atividades relacionadas ao desempenho técnico do produto e de estima, que corresponde às atividades que auxiliam na comercialização do produto. Toda e qualquer função deve ser descrita através de um verbo seguido de um substantivo. (BASSO,1991). Após definidas as funções de cada componente do produto, lhe são atribuídos custos, que podem estar relacionados à quantidade de material empregada em um determinado produto, ou o tempo gasto para executar determinada função. (CHIAROT, 2008). A EV trabalha o desenvolvimento de produto com foco nos parâmetros de custos, mas tem como balizador e limitador o valor atribuído, agregado e entregue com o produto (RUIZ, 2011). Valor é o menor custo atribuído a um produto ou serviço, que deverá possuir a qualidade necessária para atingir a função desejada (BASS0, 1991). Esta metodologia se desenvolve através do uso de um plano de trabalho, o qual sistematiza em etapas o processo EAV. Pereira Filho (1994) propôs um plano de trabalho para análise do valor de um produto (Quadro 2). Para a implementação da metodologia EAV, deve-se desenvolver todas as etapas propostas pelo plano de trabalho apresentado resumidamente no Quadro 1. Todas as etapas são importantes, porém destaca-se a criatividade, a qual é apontada pelos especialistas em EAV como uma das características mais importantes do plano de trabalho. As propostas inovadoras provenientes do uso deste recurso proporcionam na maioria das vezes a redução de custos, bem como a garantia da funcionalidade e qualidade do produto. 3

Etapas Finalidade Passos Preparação Medidas preparatórias Escolher o produto Determinar o objetivo Compor o grupo de trabalho Planejar as atividades Informação Quadro 1 - Passo a passo do plano de trabalho. Fonte: Adaptado de Pereira Filho (1994). Conhecer a situação atual Obter as informações e os custos Descrever as funções Analisar as funções Examinar a situação atual Análise Determinar funções críticas Enunciar problemas Criatividade Obter idéias Obter idéias / Agrupar idéias Desenvolvimento Implementação Formular proposições Apresentar e implantar a solução proposta Viabilizar tecnicamente Viabilizar economicamente / Decidir Apresentar a proposta Planejar a implantação Implantar a alternativa Acompanhar a implantação A estruturação da metodologia EAV se dá através do uso de ferramentas que possibilitam realizar uma análise detalhada das características do produto estudado, a fim de obter as informações necessárias para a aplicação de EAV. Entre as ferramentas mais importantes e de uso mais freqüente estão: técnica de análise funciona de sistemas FAST, método de avaliação numérica (diagrama de Mudge) e Método COMPARE. Destaca-se aqui a técnica FAST, definida como técnica de análise funcional de sistemas - FAST é uma técnica que utiliza a lógica intuitiva para analisar a função objetivo de um sistema, e suas funções secundárias situadas nos níveis inferiores de sua estrutura, fornece uma identificação lógica e visual do inter-relacionamento das funções necessárias. (MARQUES et al 2007). As questões Como e Por quê são levantadas para todas as funções identificadas. Isso assegura o correto alinhamento das funções e de suas interrelações. 2.4. Aquecedores solares A água é aquecida através de um princípio de funcionamento básico: água fria entra no reservatório térmico e alimenta o coletor solar, onde é aquecida. Após o aquecimento a água retorna para o reservatório térmico de onde sai uma tubulação para abastecer os pontos de consumo. 4

A descrição do sistema de aquecimento solar está baseada em informações disponibilizadas pela DASOL (Departamento Nacional de Aquecimento Solar), órgão ligado a ABRAVA (Associação Brasileira de Refrigeração Ar, Condicionado, Ventilação e Aquecimento). Cada metro quadrado de coletor solar instalado, utilizado durante um ano, equivale a 56 metros quadrados de áreas inundadas (hidrelétricas); 215 kg de lenha; 66 litros de diesel; 55 kg de gás. O investimento inicial retorna, geralmente, entre 0 e 48 meses, porém, a tendência é de queda desse prazo ao longo dos próximos anos. Como o sistema tem uma vida útil de 15 a 20 anos em média, a sua utilização é muito vantajosa. Em 2010, a produção brasileira de coletores solares cresceu 21,1% em relação ao ano anterior, conforme pesquisa realizada pelo DASOL junto às empresas associadas. O crescimento da produção é resultado do fortalecimento das ações de eficiência energética e da utilização de fontes limpas de energia, como o aquecimento solar. 2.4.1 Funcionamento e componentes dos aquecedores solares O aquecedor solar com funcionamento através da convecção natural do fluido, (termossifão), consiste no aquecimento da água em função da sua diferença de densidade, no qual a água quente (menos densa) flui para o alto do sistema e se concentra no reservatório (pronta para o consumo), enquanto que a parcela mais fria desta flui em sentido oposto, na direção do coletor solar, onde tende a receber mais calor proveniente do mesmo e retornar ao reservatório. A diferença de densidade é dada em função da diferença de temperatura na água. (FARRET, 2010). O circuito estando fechado, o fluido quente é substituído pelo frio que por sua vez, é aquecido no coletor e se desloca para cima. A circulação continuará enquanto o coletor continua sob a ação da radiação do sol. A velocidade da circulação aumenta com a intensidade da insolação. (PALZ, 2005). Ao adicionarmos uma bomba hidráulica ao circuito transformamos a circulação natural em forçada. A ABRAVA recomenda tal aplicação para instalações grandiosas de aquecimento solar. Os principais componentes de um aquecedor solar são: coletor solar, reservatório térmico (boiler), caixa de água de passagem e conexões. O coletor solar é o componente do conjunto responsável por absorver a radiação solar incidente e transmitir a mesma para a água em forma de calor. Sendo portanto a peça 5

mais importante do sistema (SILVA, 2010). O coletor fechado é constituído de: - Caixa externa: geralmente feita de alumínio que suporta todo o conjunto. - Isolamento térmico: minimiza as perdas de calor para o meio. Reveste a caixa externa, normalmente é feito de lã de vidro ou de rocha ou espuma de poliuretano. - Tubos (flauta/calhas superior e inferior): tubos interconectados através dos quais, o fluido escoa no interior do coletor. Normalmente são feitos de cobre. - Placa absorvedora (aletas): responsável pela absorção e transferência da energia solar para o fluido de trabalho. São metálicas, feitas de alumínio ou cobre e são pintadas de preto fosco ou recebem tratamento especial para melhorar a absorção. - Cobertura transparente: geralmente de vidro, policarbonato ou acrílico que permite a passagem da radiação solar e minimiza a perda de calor por convecção e radiação para o meio ambiente. - Vedação: importante para isolar o sistema da umidade externa. 3. METODOLOGIA De acordo com as características do trabalho, pode-se definir este como de caráter exploratório (HAIR et al., 2005). O método de investigação é o estudo de caso, o qual consistiu no estudo de um produto da empresa escolhida e posterior aplicação da EAV aos processos definidos como objetos do estudo. A coleta de dados referentes ao caso estudado deu-se no primeiro semestre de 2011, em uma empresa produtora de sistemas de aquecimento solar térmico, fazendo uso dos registros documentais e eletrônicos da mesma. O desenvolvimento das atividades seguiu as etapas sugeridas pelo plano de trabalho da EAV, conforme apresentado no Quadro 1 deste trabalho. 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES Para o estudo de aplicação da engenharia e análise do valor no sistema de aquecimento solar foram realizadas e aqui são descritas, as mais importantes fases da EAV, exceto da ultima fase, a de implementação, pois este trabalho se detém à aplicação teórica do processo de análise do valor, ficando a cargo da empresa a decisão de aplicar as mudanças sugeridas no final do estudo. 6

Para a escolha do coletor solar como objeto de estudo, os fatores que colaboraram para tal escolha são: apresenta número significativo de componentes, o que propícia maior número de funções para análise, ou seja, maior chance de sucesso; é a parte fundamental do sistema, sendo responsável por absorver a energia solar e transmiti-la para a água; é o componente de maior custo do sistema. O objetivo determinado para o trabalho foi de aumentar o valor do coletor solar, seja reduzindo custo ou melhorando suas funções e o planejamento das atividades se deu através de um cronograma. As informações foram obtidas através do acompanhamento do processo de fabricação do coletor solar e construção do diagrama FAST. Figura 01. Como? Trocar Calor Garantir Fluxo Prover Estanqueidade Por quê? Canalizar Fluxo Resistir a Pressão Possibilitar Efeito Estufa Dar Resistência Isolar Termicamente Vedar Caixa Formar Caixa Fechar Caixa Formar Tampa Prender Vidro Figura 1: Diagrama FAST das funções. Através da construção do diagrama FAST foi possível relacionar as funções e conhecer melhor a estrutura do produto. O levantamento dos custos está descrito no Quadro 2, que mostra a porcentagem do total de recursos necessários gasto por cada componente. Cabe ressaltar que a mão de obra já está inclusa. Chapa em Inox 304 0,8 mm 64,10% Tubos em Inox 304 7/8 X 1,2 mm 2,05% Perfil em Alumínio 7,14% Cantoneira em Alumínio 4,89% Chapa Lisa em Alumínio 1 mm 8,21% Placa de Poliuretano 20 mm 3,90% Vidro 4 mm 8,82% Tinta Preta 0,89% 7

Tinta Preta 0,89% Quadro 2 - Consumo de recursos por componente Pode-se perceber que a função A (trocar calor) representa 46 % dos recursos consumidos para obter-se um coletor solar. O Quadro 3 apresenta a porcentagem de recursos consumidos por cada função Para enunciar os problemas, definiu-se que será atacada a função A (trocar calor) por ser a função com maior probabilidade de sucesso pois consome 46% dos recursos e representa apenas 20% das necessidades. Função Verbo Substantivo Custo em % A Trocar Calor 46,2% B Garantir Fluxo 3,1% C Canalizar Fluxo 2,9% D Manter Forma 6,2% E Prover Estanqueidade 8,2% F Possibilitar Efeito Estufa 8,2% G Vedar Caixa 2,3% H Estruturar Caixa 5,7% I Dar Resistência 1,5% J Estruturar Tampa 3,4% K Prender Vidro 0,8% L Fechar Caixa 7,5% M Isolar Termicamente 3,9% Quadro 3 Custos relacionados às funções. A função B (garantir fluxo), embora consuma poucos recursos, também será ataca, a forma como a estampa é executada, está diretamente ligada à função trocar calor. Desenvolvendo as idéias geradas anteriormente substituindo as nervuras por tiras de chapa elimina-se as nervuras que é um fator que causa grande desperdício na produção. Eliminando as nervuras pode-se diminuir a espessura das chapas de aço inox 304, e reduzir custos com matéria prima. Propõe-se substituir a estampagem para formação das nervuras nas chapas superiores e inferiores por sete tiras de aço inox 304 (espaçadores) com espessura de 3,18 mm, largura de 5 mm e comprimento 1084 mm. Os espaçadores são fixados nas posições das nervuras numa das chapas usando-se solda TIG. Após a fixação das duas chapas haverá reforço na fixação dos espaçadores com pontos de solda (eletrofusão continua). Eliminando as nervuras estampadas pode-se reduzir as espessura da chapa superior e inferior de 0,8 mm para 0,56 mm. 8

A alteração proposta reduz o peso da placa coletora de 13,47 kg para 10,48 kg. O Quadro 4 apresenta de forma resumida uma avaliação econômica preliminar. Componente Sugestão de mudança Investimento (R$) Impacto (aço inox/ peça) Nervuras Substituir por sete tiras de inox 304 de dimensão,18x5x 1084 mm Chapa superior Diminuir espessura das chapas de e inferior 0,8 mm para 0,56 mm Não houve Não houve Aumento de 0,89 kg Redução de 3,88 kg Total 0 Redução de 2,99 kg Quadro4 Investimento e impacto das mudanças sugeridas Como a redução no consumo em três quilogramas de aço inox 304, haverá uma redução de R$ 39,91 por coletor produzido (valor em julho/2011). Recomenda-se a implementação das mudanças sugeridas. Num primeiro momento para testes sendo produzido um protótipo com as mudanças e instalando o mesmo para testes. Sendo aprovado nos testes, as mudanças podem ser implementadas. 5. CONCLUSÃO Através do estudo da metodologia Engenharia e Análise de Valor, percebe-se que pode ser utilizada nos mais variados campos para auxiliar as empresas a alcançar objetivos como, agregar valor ao produto, aumento de qualidade, melhorar a funcionalidade, incentivar a criatividade além de proporcionar a redução de custo. Além disso, a EAV pode ser utilizada combinada com outras metodologias. No desenvolvimento deste trabalho, seguiu-se o plano de trabalho, sendo determinadas as funções criticas do equipamento e uma análise das mesmas, obtendo como resultado redução no custo de produção do coletor solar, conseqüentemente aumento no valor do produto. As ações propostas são de fácil aplicação na manufatura, mas a visualização destas só foi possível com uma visão funcional do produto. Aplicando as modificações propostas espera-se obter uma economia no custo de produção de aproximadamente R$ 39,91 por coletor solar fechado produzido. REFERÊNCIAS BASSO, J. L.. Engenharia e Análise do Valor - EAV: mais as abordagens da administração, contabilidade e gerenciamento do valor: Um guia prático para aplicação: interfaces de EAV x TQM x JIT e outros programas. São Paulo: IMAM, 1991, 193p. 9

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