CEGN 100524 - Metodologia de Projeto de Estaleiro

Convênio FUSP –FINEP/CT AQUAVIÁRIO 01.08.0627.00

“Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro”

Relatório Técnico

Elaborado por: Julio Favarin, Caio Requena e Luiz Soggia

Maio de 2010

Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro

Sumário 1

Preâmbulo ............................................................... ..................................................................................................................................... ................................................................................... .............4

2

Processos produtivos na construção naval ................................................................................................5 2.1

2.1.1

Estoque de aço ........................................................................................................................... ...........................................................................................................................6

2.1.2

Tratamento da chapa/perfil ......................................................................................................... .........................................................................................................7

2.1.3

Corte e marcação........................................................... ........................................................................................................................ .............................................................9

2.2

Mecânica....................................................................................................... ........................................................................................................................................... ....................................11

2.3

Elétrica ............................................................. ................................................................................................................................... ................................................................................. ...........12

2.4

Tubulação .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................13

2.4.1

Armazenagem..................................................................................................... ........................................................................................................................... ......................14

2.4.2

Tratamento.......................................................................................................... ................................................................................................................................ ......................15

2.4.3

Corte .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................16

2.4.4

Conformação................................................................... Conformação............................................................................................................................. ..........................................................16

2.4.5

Rotulação ............................................................ .................................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.6

Chanfragem ........................................................ .............................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.7

Soldagem ............................................................ .................................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.8

Pintura.............................................................................................................. ....................................................................................................................................... .........................18

2.4.9

Armazenagem em paletes ........................................................................................................18

2.5

Submontagem e montagem .......................................................................... .............................................................................................................. ....................................19

2.6

Oficina de Pintura........................................................................................................ Pintura.............................................................................................................................. ......................25

2.6.1

Jateamento ......................................................... ............................................................................................................................... ......................................................................26

2.6.2

Pintura.............................................................................................................. ....................................................................................................................................... .........................27

2.7 3

Processamento Processamento de Chapas .................................................................................................... ................................................................................................................. .............6

Edificação .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................31

Projeto das oficinas ............................................................................................................ .................................................................................................................................. ......................32 3.1

Definição dos parâmetros de projeto ................................................................................................ ................................................................................................32 Página | 2


Sumário 1

Preâmbulo ............................................................... ..................................................................................................................................... ................................................................................... .............4

2

Processos produtivos na construção naval ................................................................................................5 2.1

2.1.1

Estoque de aço ........................................................................................................................... ...........................................................................................................................6

2.1.2

Tratamento da chapa/perfil ......................................................................................................... .........................................................................................................7

2.1.3

Corte e marcação........................................................... ........................................................................................................................ .............................................................9

2.2

Mecânica....................................................................................................... ........................................................................................................................................... ....................................11

2.3

Elétrica ............................................................. ................................................................................................................................... ................................................................................. ...........12

2.4

Tubulação .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................13

2.4.1

Armazenagem..................................................................................................... ........................................................................................................................... ......................14

2.4.2

Tratamento.......................................................................................................... ................................................................................................................................ ......................15

2.4.3

Corte .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................16

2.4.4

Conformação................................................................... Conformação............................................................................................................................. ..........................................................16

2.4.5

Rotulação ............................................................ .................................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.6

Chanfragem ........................................................ .............................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.7

Soldagem ............................................................ .................................................................................................................................. ......................................................................17

2.4.8

Pintura.............................................................................................................. ....................................................................................................................................... .........................18

2.4.9

Armazenagem em paletes ........................................................................................................18

2.5

Submontagem e montagem .......................................................................... .............................................................................................................. ....................................19

2.6

Oficina de Pintura........................................................................................................ Pintura.............................................................................................................................. ......................25

2.6.1

Jateamento ......................................................... ............................................................................................................................... ......................................................................26

2.6.2

Pintura.............................................................................................................. ....................................................................................................................................... .........................27

2.7 3

Processamento Processamento de Chapas .................................................................................................... ................................................................................................................. .............6

Edificação .................................................................... ......................................................................................................................................... .....................................................................31

Projeto das oficinas ............................................................................................................ .................................................................................................................................. ......................32 3.1

Definição dos parâmetros de projeto ................................................................................................ ................................................................................................32 Página | 2

Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro 3.2

3.2.1

Processamento Processamento de chapas......................................................... ........................................................................................................ ...............................................36

3.2.2

Mecânica................................................................................................................................... ...................................................................................................................................37

3.2.3

Elétrica ................................................................. ...................................................................................................................................... .....................................................................39

3.2.4

Tubulação ........................................................... ................................................................................................................................. ......................................................................40

3.2.5

Submontagem e montagem ............................................................................. ...................................................................................................... .........................42

3.2.6

Oficina de pintura ............................................................................................. ...................................................................................................................... .........................43

3.2.7

Edificação ........................................................... ................................................................................................................................. ......................................................................45

3.3 4

5

Dimensionamento Dimensionamento das oficinas .........................................................................................................34

Área total de oficinas.............................................................. ......................................................................................................................... ...........................................................47

Definição de layout do estaleiro ............................................................................................................... ...............................................................................................................48 4.1

Revisão teórica e metodologia ........................................................... .......................................................................................................... ...............................................48

4.2

Mapeamento Mapeamento do fluxo de material .................................................................... ..................................................................................................... .................................51

4.3

Ordenação de alocação .................................................................................................................... ....................................................................................................................52

4.4

Algoritmo de alocação............................................................ ....................................................................................................................... ...........................................................55

4.4.1

Refinamento da solução ...........................................................................................................56

4.4.2

Avaliação dos layouts ................................................................ ............................................................................................................... ...............................................60

Bibliografia .............................................................. .................................................................................................................................... ................................................................................. ...........62

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1 Preâmbulo Este trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projeto financiado pela FINEP com recursos do CTAquaviário, intitulado “Metodologia de elaboração de projeto de estaleiro”. O documento apresenta a metodologia desenvolvida para o projeto de um estaleiro, e está dividido em três capítulos. O primeiro capítulo consolida informações da literatura técnica, de estaleiros, e de fornecedores de equipamentos sobre os “Processos produtivos na construção naval” . O segundo e terceiro capítulos apresentam as duas etapas da metodologia, o “Projeto das oficinas” e a “Definição de layout do estaleiro”. O estaleiro projetado baseou-se na premissa de capacidade de produção de 4 Embarcações de Apoio Marítimo de grande porte (AHTS ou superior) por ano. O resultado da metodologia indicou uma área necessária de 92.000 m 2 e uma redução de 40% no fluxo de material com relação ao layout pior classificado dentre os quatro resultantes do algoritmo de geração e refinamento de soluções iniciais, desenvolvido neste estudo.

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2

Processos produtivos na construção naval Este capítulo tem por objetivo apresentar os processos envolvidos em um estaleiro e o fluxo de produção. Um estaleiro pode ser dividido em 7 oficinas ou áreas, ilustrados na Figura 1: Processamento de Chapas

Tubulação

Pintura

Mecânica

Elétrica

Sub-montagem e montagem

Edificação

Figura 1: Processos produtivos

A seguir, faz-se um detalhamento destas etapas. Como será indicado no decorrer deste documento, o dimensionamento das oficinas para o projeto do estaleiro irá se basear em uma capacidade produtiva determinada de 4 navios de apoio de porte grande (AHTS ou superior) por ano. Salvo quando indicado, a descrição dos processos utilizará esta referência.

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2.1

Processamento de Chapas Nesta etapa prepararam-se as chapas e os perfis para a montagem, segundo o fluxograma apresentado na Figura 2: Estoque

Tratamento da Chapa

Nesting

Preparação da Máquina

Corte Chapa

Marcação Chapa

Transporte

Figura 2: Fluxograma de processamento de chapas

2.1.1

Estoque de aço

A área destinada ao estoque das placas e perfis situa-se próximo à entrada do estaleiro, usualmente ao ar livre. Chapas e perfis são estocados em pilhas, horizontalmente, e a movimentação é feita por um guindaste magnético. Esse guindaste leva individualmente as chapas para uma zona intermediária (“buffer zone”) para seguir até a linha de tratamento da superfície. Daí a chapa é descarregada numa

esteira através de um guindaste, ou um captador (equipamento que manipula as chapas através de um braço). Já os perfis são carregados em montes e separados manualmente.

Figura 3: Estoque de Chapas controladas por guindaste magnético (Fonte: Universidade de Michigan)

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro 2.1.2

Tratamento da chapa/perfil

Nesta etapa as chapas e perfis são submetidos a um tratamento da superfície. A unidade é completamente automatizada, e as esteiras aceitam chapas com largura entre 3m e 5m. O que irá definir a largura máxima das chapas é o meio de transporte até o estaleiro. Se forem utilizados caminhões, comum entre os antigos estaleiros brasileiros, a largura dessas chapas terá valor limite de 3m. Porém, se o estaleiro tiver estrutura alfandegada para receber cargas diretamente ou cais para receber barcaças, a largura pode ser de até 5m, de acordo com a especificação do fabricante da chapa. Os perfis são tratados em grupo ou individualmente, dependendo do equipamento. Esta mesa é equipada por: Esteira; Limpador a vapor (equipamento inicial para esquentar a chapa com o intuito de retirar a umidade e verificar se ela não corre o risco de empenar; pode ser também através de fogo) Máquina jateadora (com grãos metálicos ou não-metálicos); Máquina de spray sem ar com tinta primer; Secadora pós-pintura (completa a seqüência de tratamento, e assim a chapa já sai pronta para usinagem; é um aquecedor que não utiliza fogo, pois a tinta é inflamável, podendo ser por resistores, por exemplo).

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Figura 4: Esquema de uma mesa de tratamento de chapas (Fonte: Catálogo da CMV 1)

Em estaleiros com baixa escala produtiva, existe a opção de comprar as chapas já tratadas com primer . Após tratamento, as chapas são transportadas para a oficina de corte, onde serão feitos: o corte, a marcação, a seleção e a distribuição das chapas de aço. Tipicamente, o estoque desta oficina agrupa as chapas da seguinte forma: Menores que 0,3m x 0,3m: manejadas manualmente; Entre 0,3m x 0,3m e 1,5m x 1,5m: manejadas através de máquinas magnéticas; Entre 1,5m x 1,5m e 3m x 16m(dimensão máxima estabelecida): manejadas por guindaste suspenso; Antes do corte é feito o processo de nesting , em que são planejados os recortes da chapa, como a figura a seguir:

1 http://www.cmv.com.br/pintura_linha_jateamento_pintura.htm

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Figura 5: Processo de Nesting (Fonte: CEGN)

2.1.3

Corte e marcação

Após o tratamento das chapas, essas são direcionadas para uma área intermediária de estocagem e, assim que houver alguma máquina de corte liberada, são levadas até elas através de uma ponte rolante. Usualmente, utilizam-se máquinas de oxi-corte e plasma.

Figura 6: Máquina de corte a plasma (Fonte: Universidade de Michigan)

Após o corte, é feita a marcação das chapas, em que é identificado o seu lugar posterior na fase em que os blocos serão montados. É feita geralmente através de números e após esse processo são estocadas e levadas para a área de submontagem. Essa marcação pode ser manual, da maneira mais simples possível, onde o responsável pela marcação assinala na chapa o seu posterior local no bloco, ou então se o corte for a laser, a marcação pode ser automática.

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Figura 7: Marcação em perfil transversal (Fonte: Universidade de Michigan)

O tipo de máquina escolhida para corte e marcação dependerá da utilização final da chapa. Normalmente, os estaleiros são equipados com pelo menos uma máquina de oxi-corte e uma máquina de corte a plasma ou laser. As máquinas de oxi-corte são as que apresentam menor custo de investimento e de insumos. Apresentam também menor precisão, e a sua velocidade de corte varia entre 0,6 e 0,9 m/min, sendo utilizada para cortes planos. As máquinas de plasma são em média, duas vezes mais caras que as de oxi-corte, apresentam maior precisão e velocidade de corte entre 1,9 e 3,9 m/min. Já as máquinas a laser, três vezes mais caras que as de oxi-corte, são as de maior precisão, com velocidade de corte de 2,0 a 2,7 m/min. Estas duas últimas são utilizadas para cortes curvos.

Figura 8: Linha de Corte e Marcação (Fonte: Universidade de Michigan)

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2.2

Mecânica A oficina mecânica é responsável pelas seguintes atividades: montagens mecânicas; pequenas usinagens, carpintaria e fabricação de peças e acessórios de aço. Os ajustes e montagens são feitos em peças para linhas de eixo, lemes, válvulas, entre outros. Aqui também são fabricadas pequenas peças, buchas. Os acessórios usinados são: escadas, bases de equipamentos de tubulação, suportes, portas de aço, escotilhas e escotilhões. A carpintaria é responsável pela fabricação de móveis em geral para as instalações da embarcação em geral.

Figura 9: Acessórios fabricados na oficina mecânica (Fonte: Universidade de Michigan)

Em um estaleiro de médio porte, as dimensões para essa oficina são 60m de comprimento, 10m de largura e 10m de pé direito. Ela é provida, dentre outros equipamentos, de ponte rolante para transporte interno. Os processos, logo os equipamentos, em muito se assemelham ao da oficina de submontagem e montagem, porém em menor escala.

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Figura 10: Eixo propulsor (Fonte: AMRJ)

2.3

Elétrica A oficina elétrica é responsável pelas atividades de fabricação de painéis elétricos, demarradores, passagem do caminho mecânico dos cabos, lançamento dos cabos no navio, instalação de equipamentos, ligação das fiações, teste dos equipamentos e componentes elétricos, entre outros. Em um estaleiro de médio porte essa oficina tem cerca de 200m² de área. Ela é equipada com ponte rolante para transporte dos painéis, equipamentos em reparo na oficina, entre outros. A passagem do caminho mecânico para os cabos consiste em lançar ainda no período de pré- outfitting calhas por onde passarão os mesmos. Essas calhas são construídas no estaleiro pela Oficina de Tubulações, e transportada até a área de submontagem onde ficam armazenadas nos paletes correspondentes aos blocos. O lançamento de cabos é feito em parte na etapa de pré- outfitting e em parte no outfitting da embarcação no cais. Os cabos utilizados vêm em carretéis e ficam armazenados em estantes na própria oficina até o seu uso. Para esse processo faz-se uso de um equipamento de cortar e dobrar cabos elétricos.

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Figura 11: Armazenagem de carretéis de fios

A instalação de equipamentos eletrônicos, como quadros elétricos e equipamentos de navegação é realizada em parte na oficina e em parte no acabamento da embarcação, onde se realiza a ligação da fiação elétrica seguida da bateria de testes dos diversos equipamentos e sistemas eletrônicos.

2.4

Tubulação A oficina de tubulação é responsável pela fabricação das redes para óleo hidráulico, óleo lubrificante, combate a incêndio e descarga de gases. Uma oficina típica para um estaleiro de médio porte tem 70m de comprimento, 10m de largura e pé direito de 10 m. Com uma linha de montagem automática ela é capaz de produzir cerca de 550t de tubos anualmente. Para transporte de carga e tubulações ao longo do processo, a oficina é equipada com pontes rolantes, em média de 15t x 20 m, e pórticos sobre trilhos, em média de 3t x 3,5 m. Os processos de fabricação são:

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro Conformação Armazenagem

Tratamento

Rotulação

Chanfragem

Soldagem

Flange

Corte

Outfitting

Pintura

Figura 12: Fluxograma de produção das tubulações

2.4.1

Armazenagem

Os tubos chegam ao estaleiro por meio de caminhões ou navios (caso seja um estaleiro alfandegado) e são encaminhados para a armazenagem. O armazém é constituído de silos, onde os tubos são normalmente separados de acordo com seu diâmetro. Quando solicitados, os tubos são enviados para a linha de produção automaticamente. A área de armazenagem também conta com uma cabine para estoque dos acessórios de tubulação (flanges, curvas, acoplamentos, parafusos, juntas, etc.). Para controle de estoque, todas as peças são catalogadas quando chegam ao estaleiro.

Figura 13: Armazenagem de tubos (Fonte: Universidade de Michigan)

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Tratamento

Aqui, a superfície dos tubos é tratada e revestida antes do processo de fabricação. Existem dois tipos de tratamento: jateamento e decapagem. O primeiro consiste em jatear os tubos interna e externamente com partículas abrasivas (areia, granalha, etc.) ou água, a fim de limpar as impurezas da superfície e prepará-la para a aplicação de revestimento. O segundo consiste em mergulhar os tubos em diferentes tanques com substâncias químicas, que interagem com sua superfície. O primeiro tanque contém solução de

e ajuda na limpeza superficial.

O segundo, ácido fosfórico, age na passivação da mesma. A decapagem é aplicada quando as peças vêm do fornecedor já com algum tratamento superficial, servindo para garantir a homogeneidade da mesma antes do processo produtivo. A área de decapagem conta com uma ponte rolante para movimentação dos tubos por toda a área da oficina. Essa área, que em média tem 15m por 15m, é adjacente à oficina de tubulações, afastada das demais por questões de segurança.

HCL

Água

Ácido Fosfórico

Água

Figura 14: Fluxograma do processo de decapagem

Depois desses tratamentos, as peças passam por um processo de revestimento com primer para proteção contra corrosão. O revestimento é aplicado por um equipamento manual com sistema airless. A mão de obra associada ao processo de jateamento é composta por um funcionário para comandar o bico de jateamento e um assistente. Se a cabine tiver grandes dimensões é possível que duas equipes trabalhem simultaneamente. A própria equipe faz o trabalho de recolhimento da granalha após o jateamento. Página | 15


2.4.3

Corte

O corte pode ser realizado por serras especiais ou por Oxi/Plasma 2, sendo que para corte de diâmetros grandes, furos e contornos, o último método é mais vantajoso. Normalmente a rotulação automática dos tubos é feita nessa mesma estação.

Figura 15: Máquina para corte de tubos e soldagem de flanges (Fonte: Universidade de Michigan)

2.4.4

Conformação

Nessa etapa os tubos, com ou sem flanges, são dobrados automaticamente por máquinas

em

ângulos, ponto de partida e ângulo pré-programados. Existe a opção de se adotar uma máquina de dobragem para cada intervalo de diâmetro das tubulações, otimizando o processo ao eliminar o tempo de set-up do equipamento. Por exemplo: pode-se adotar uma máquina para diâmetro entre 2’’ -4’’, outra para 5’’ -10’’ e outra para tubos de 8’’ -24’’.

2

Equipamento automático controlado digitalmente

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Figura 16: Máquina automática para dobragem de tubos (Fonte: Universidade de Michigan)

2.4.5

Rotulação

Aqui, os tubos recebem o rótulo com identificação sobre o painel, bloco e seção ao qual pertencem. Essa marcação pode ser feita por uma máquina automática, combinada à estação de corte, ou pode ser feita a giz ou tinta ao fim das linhas de corte e/ou dobragem. Os tubos marcados são então enviados para os recipientes de armazenagem das estações seguintes de produção (chanfragem, acoplagem da flange ou soldagem).

2.4.6

Chanfragem

Esse processo é uma preparação da junta dos tubos para soldagem. Ele garante uma uniformidade na distribuição de material nas extremidades para uma melhor junção com outros tubos ou flanges. Os equipamentos utilizados podem ser automáticos ou manuais, dependendo do nível tecnológico do estaleiro.

2.4.7

Soldagem

Essa estação combina a acoplagem da flange ao tubo com a sua soldagem. As flanges são mantidas em recipientes adjacentes à estação para acesso mais fácil. A soldagem das flanges e ramificações é feita utilizando solda TIG ou plasma. Antes e depois do processo de soldagem é verificada a existência de imperfeições nas peças. Página | 17


2.4.8

Pintura

O processo de pintura consiste em revestir com primer a solda para proteção contra corrosão e pintar a tubulação segundo especificações. Os tubos são transportados até essa oficina, e posteriormente a região de outfitting, por pórticos.

2.4.9

Armazenagem em paletes

No processo de outfitting as tubulações são separadas segundo os rótulos classificadores. Em seguida, armazenadas em paletes referentes ao bloco ao qual pertencem.

Figura 17: Armazenagem final das tubulações (Fonte: Universidade de Michigan)

Os paletes, quando solicitados, são enviados para as estações de submontagem onde é realizado o pré outfitting dos blocos.

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Figura 18: Preparação da tubulação em pré- outfitting (Fonte: Universidade de Michigan)

2.5

Submontagem e montagem Fechando o ciclo de construção estrutural da embarcação, temos os processos de submontagem e montagem, responsáveis pela construção dos painéis (planos e curvos) e pela montagem dos blocos e seções finais respectivamente. O processo global pode ser descrito como: Junção das placas; Solda ponto para fixação das mesmas; Soldagem completa da junção; Marcação dos furos e da localização dos diversos perfis; Dobragem das placas e perfis no caso de painéis curvos; Colocação dos perfis e solda ponto para fixação; Soldagem dos perfis; Armazenagem do painel; Junção dos painéis; Formação dos blocos;

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Figura 19: Linha de fabricação dos painéis (Fonte: First Marine International )

Usualmente as linhas de fabricação dos painéis planos e curvos são paralelas, sendo que ao final delas se encontra uma região para armazenagem dos mesmos. Ao final também se encontra uma região destinada à montagem dos blocos, cuja localização é justificada pela proximidade às partes envolvidas no processo. Aqui, os diferentes painéis de diferentes tamanhos são juntados segundo projeto com o auxílio de pontes rolantes e guindastes. Os painéis planos respondem pela grande maioria dos painéis (compõem o fundo, costados retos, convés e decks do navio). Eles são fabricados em dois tipos de tamanho: pequeno e grande. Existem, na sua fabricação, roteiros de processos, lista de materiais, equipamentos requeridos e tempos de processamento parecidos, podendo haver diferenças quanto ao número e tamanho de perfis ou partes de aço que são soldadas às chapas.

Figura 20: Linha de painéis planos (Fonte: Universidade de Michigan)

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Os painéis de pequeno porte são fabricados em uma área de 90m de comprimento, 10m de largura e pé direito de 10 m, em média. Ela é geralmente equipada com pontes rolantes para transporte das diferentes partes. Além deles, existe uma vagoneta para movimentação transversal dos acessórios e peças entre as linhas de montagem dos painéis.

Figura 21: Linha fabricação de painéis planos ( First Marine International )

Os painéis curvos, por outro lado, são em menor quantidade (compões as seções de proa e popa e os blocos que unem os costados ao fundo do navio) e mais diferenciados. Cada um possui diferentes curvaturas, a serem dadas às chapas e perfis que o compõem nas oficinas com dispositivos especializados.

Figura 22: Mesa para soldagem de painéis curvos (Fonte: Universidade de Michigan)

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Há, portanto um maior tempo de setup na fabricação associado ao ajuste de gabaritos, cálculo das linhas de aquecimento das chapas, etc. Considerando essas dificuldades, e dependendo da escala, pode ser interessante para os estaleiros terceirizar a construção desses painéis, dando ao processo geral de fabricação maior velocidade.

Figura 23: Linha de painéis curvos (Fonte: Universidade de Michigan)

O layout dessa oficina depende significativamente do tipo de navio que será construído, quantidade produzida no ano, entre outros, mas pode-se assumir um modelo genérico para efeitos ilustrativos do processo. Sendo assim, pode-se dizer que essa linha de fabricação e a de painéis planos grandes se situa em uma área de 90m de comprimento por 20m de largura em média. Essa área é equipada com guindastes, pórticos e esteiras. Os processos de fabricação desses painéis são bastante similares como pode ser verificado a seguir. Painéis Curvos Conformação placas e perfis

Painéis Planos Arranjo das Placas

Solda ponto

Soldagem

Perfis Leves

Marcação e corte

Posicionamento dos perfis

Armazenagem

Checagem e reparos

Soldagem

Posicionamento perfis transversais Perfis

Montagem dos sub-blocos

transversais

Figura 24: Fluxograma de fabricação dos painéis

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Após o processamento (jateamento e pintura), as placas são enviadas para essa estação por guindaste ou rolo transportador. Aqui, depois de unidas três a três, são feitos pontos de solda para fixá-las. Em seguida é feita a soldagem final por MIG/MAG ao longo de toda a linha de junção das placas 3.

Figura 25: Máquina automática para soldagem (Fonte: Universidade de Michigan)

Após a soldagem, são feitas as marcações da localização dos perfis leves, perfis transversais e dos furos pelo próprio equipamento para que seja feito o corte a plasma dos mesmos. Caso seja um painel curvo, as placas e perfis são conformados em uma calandra. Então, a placa segue pela esteira para o estágio seguinte onde receberá os perfis leves e transversais, que são alinhados às marcações realizadas anteriormente. Os perfis e as estruturas são armazenados em paletes adjacentes à linha de montagem e transportados para o painel na linha principal por pórticos com prensas magnéticas. Em seguida, são feitos pontos de solda para fixação seguida da soldagem realizada por um pórtico móvel de soldagem.

3 Essa soldagem pode ser realizada em uma ou nas n as duas faces da placas.

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Figura 26: Armazenagem de perfis (Fonte: Universidade de Michigan)

Uma vez fabricados, os painéis (planos e curvos) são agrupados entre si, somados a conjuntos de tubulações e outros sistemas, dando origem a sub-blocos ou aos blocos. Depois, são enviados às áreas adjacentes ao dique ou carreira para montagem final, onde os blocos serão soldados uns aos outros para formar seções cada vez maiores do navio. Trata-se de um processo de montagem cujas características podem variar de estaleiro para estaleiro, em quesitos como grau de automação, terceirização terceirização de/para outros estaleiros e grau de pré- outfitting embutido. embutido.

Figura 27: Montagem de bloco (Fonte: Universidade de Michigan)

Essa área de montagem dos blocos possui 60m de comprimento por 20m de largura em média. É, geralmente, equipada equipada com ponte rolante de 80t x 20m de capacidade. A montagem do bloco é realizada segundo o projeto de construção realizado realizado pelo Departamento de Projetos Geral.

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2.6

Oficina de Pintura A oficina de pintura recebe os blocos montados e submete-os ao tratamento abrasivo (jateamento) e pintura. Após esse tratamento, os blocos são levados até uma área anexa ao dique, onde é feita a montagem das seções. A área disposta para pintura é dividida em quatro setores: Cabine de limpeza e jateamento; Cabine de pintura a spray; Área de estoque de tinta; Áreas intermediárias para estoque de blocos/seções;

Figura 28: Oficina de Pintura e Jateamento (Fonte: Universidade de Michigan)

O tamanho típico de uma oficina é suficiente para acomodar um bloco de dimensão 12m x 12m x 10m, que tipicamente pesa entre 50 e 80 toneladas. As etapas em que um bloco/seção é submetido na oficina de pintura são as seguintes:

Montagem

Limpeza e Jateamento

Pintura

Dique

Área intermediária

Figura 29: Fluxograma com as atividades realizadas na oficina de pintura

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro A seguir serão descritas as principais atividades realizadas na oficina de pintura. 2.6.1

Jateamento

O jateamento é um processo de tratamento abrasivo feito através de granalha metálica ou água, com o intuito de preparar a superfície dos blocos para posterior pintura. O jateamento dos blocos é feito apenas nas regiões soldadas, pois é o local onde as chapas não conservam a camada de primer que receberam no tratamento inicial. O processo pode ser automático ou manual.

Figura 30: Tratamento de superfície de aço com jato abrasivo

Antigamente, o processo mais comum de jateamento era o jato de areia. Devido aos sérios danos que causa à saúde dos operadores, este processo foi proibido e substituído pelo jateamento com granalha de aço, que pode ser recolhida e reutilizada enquanto a granalha ainda for adequada. Em um estaleiro de EAM, a dimensão típica de uma cabine de jateamento é de 25x25x12m, suficiente para caber dois blocos de 12x12x10m (aproximadamente 50t cada). Uma cabine de jateamento e seus componentes podem ser esquematicamente representados na figura abaixo:

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LEGENDA:

1. 2. 3. 4.

Porta de serviço Luminárias Painel de comando Transporte horizontal do abrasivo

5. 6. 7. 8.

Transporte vertical do abrasivo e separador Sistema de exaustão e coletador de pó Máquinas de jateamento/pintura Câmara de trabalho

Figura 31: Esquema de uma cabine de jateamento (Fonte: CEGN)

Em um sistema manual de jateamento, a mão de obra necessária é de um funcionário para comandar o bico de jateamento e um assistente. A produtividade média desse processo é 350m 2/dia. Essa produtividade é suficiente para jatear um bloco de 900m 2 em um dia, ou seja, a área jateada corresponde a 40% da área total do bloco. Existem dois sistemas de recolhimento de granalha, sendo que no recolhimento automático o recolhimento é simultâneo à operação, o que conduz a uma produtividade alta; o investimento nesse sistema é alto. No sistema semi-automático, o recolhimento é feito só no final do processo, assim a produtividade é média ou baixa, porém esse sistema tem um menor custo de aquisição. Para uma cabine com as características anteriores, o custo de implantação de um sistema automático é até dez vezes mais caro.

2.6.2

Pintura

Após o jateamento, o bloco é levado para a área de pintura, se houver espaço para um bloco. Se não houver, ele é levado para uma área de espera (“ buffer zone”), onde fica até ser liberado um espaço na

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro área de pintura. Analogamente à cabine de jateamento, a cabine de pintura também tem dimensões 25x15x12m e é capaz de abrigar dois blocos. O equipamento de pintura mais utilizado atualmente é do tipo airless, que pressuriza a tinta inserida na máquina para lançá-la na superfície a ser pintada, diferentemente do processo tradicional, onde é misturado ar na tinta para conseguir lançá-la até a superfície. Essas máquinas são utilizadas principalmente para evitar perdas com espalhamento pelo ar, podendo assim trabalhar com tintas mais viscosas e obter camadas mais grossas a cada demão.

Figura 32: Diferentes máquinas de pintura airless (Fonte: CEGN)

Em um estaleiro onde o processo não é automatizado, a produtividade da pintura é 2.500 m 2/dia, com quatro funcionários na cabine de pintura. Com essa produtividade consegue-se pintar um bloco por dia, pois são passadas duas demãos de tinta (700m²/bloco para o primer e 1.800m2/bloco para o acabamento).

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Figura 33: Máquina de pintura (Fonte: Sermetal)

São utilizados diversos tipos de tinta na construção naval, usadas de acordo com a superfície a ser pintada; essas tintas, bem como o local de aplicação, estão descritas a seguir. Primer : tinta protetora que impede a formação de óxidos e ferrugens na camada superficial do

aço. É aplicada no primeiro tratamento dado à chapa de aço, logo quando ela é retirada do pátio onde se estoca o aço. Além disso, é aplicada também depois da fabricação dos blocos, proporcionando uma proteção às chapas e soldas de aproximadamente seis meses. Normalmente é utilizado o primer de zinco, de coloração acinzentada. Costuma-se passar duas demãos. Inibidoras: têm como objetivo proteger o aço por meio de ação catódica e anódica servindo de metal de sacrifício. Pigmentos metálicos compõem a sua formulação, geralmente alumínio ou zinco, e é a camada mais próxima do primer . Costuma-se passar uma demão. Selante: tinta com capacidade de isolamento e estanqueidade, cria uma barreira entre a chapa e o meio externo. É utilizada no casco do navio e em todos os cômodos e ambientes externos. Possui alta resistência a impactos. Costuma-se passar uma demão. Anti-folion (anti-incrustante e polidora): tinta venenosa que tem como objetivo impedir a formação de craca. Seu efeito é notado em aproximadamente cinco anos de uso. Atua também como polidora, pois o movimento do navio e o atrito do casco com o mar fazem com que haja o desprendimento de todo material não desejado da parte exterior da embarcação. Costuma-se passar três demãos. Nessa área, os blocos são transportados entre trilhos. O abastecimento e o Página | 29

Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro transporte de tintas e ferramentas até o estoque é feito por paletes, e transporte dos blocos/seções até a área de pintura, bem como da área de pintura até a área final de montagem é feita por trolleys.

Figura 34: Trolley utilizado para transporte de blocos (Fonte:Global Win4)

Uma questão recente associada a este processo diz respeito ao impacto ambiental. As operações de jateamento e pintura podem ser altamente poluentes se não forem tomadas providências para atenuar esse potencial. Pensando em minimizar impactos ambientais, pode-se instalar um sistema de recuperação do material de jateamento combinado com o uso de um grão metálico mais resistente. Além disso, estocagem e manuseamento de tinta podem ser melhorados introduzindo-se um contêiner de armazenamento em massa, que permite reduzir perdas pelo descarte de embalagens individuais.

4 http://www.global-win.cn/

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2.7

Edificação A edificação é o processo de montagem final da embarcação. Aqui os blocos são juntados e soldados segundo uma seqüência pré-definida. Ela ocorre no dique ou na carreira, e conta com pórticos de até 100t em estaleiros de médio porte, para o transporte das diversas partes acabadas da embarcação.

Figura 35: Edificação (Fonte: Universidade de Michigan)

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3 Projeto das oficinas Este capítulo tem por objetivo descrever a metodologia utilizada para determinar a necessidade de máquinas em cada oficina e desenhar seu layout.

3.1

Definição dos parâmetros de projeto Estudos de mercado recentes 5 apontaram que existe uma demanda latente para a construção de embarcações de apoio marítimo. Grande parte dessa demanda origina-se na necessidade da Petrobrás em desenvolver os campos do pré-sal e outros recém adquiridos. Do Plano de Expansão e Modernização da Frota de Embarcações de Apoio Marítimo (PROREFAM) da empresa, prevê-se a licitação de 146 embarcações em seis anos, mais de 50% são embarcações complexas, de grande porte. No primeiro pacote já licitado de 24 navios, o perfil das encomendas foi o seguinte: 4 PSVs (Plataform Supply Vessel ), 18 AHTS ( Anchor Handling Tug Supply ) e 2 ORSVs ( Oil Recover Supply Vessel ). Do lado da oferta, os diversos estaleiros brasileiros que atuam neste segmento

estão capacitados a fazer apenas EAMs de pequeno porte, com exceção do STX Brazil Offshore (ExAker Promar). Dentro do segmento de EAMs, surge uma oportunidade interessante de produção de embarcações de grande porte. Este será o foco produtivo para o estaleiro a ser projetado. A capacidade de produção dos atuais estaleiros brasileiros de EAMs é de duas a três embarcações por ano. Alguns estaleiros internacionais, com maior escala e mais modernos, chegam a produzir até 7 EAMs por ano, de diversos tipos. Definiu-se como premissa para este projeto conceitual, de um estaleiro moderno no Brasil, a capacidade de 4 EAMs/ano de grande porte (equivalente em conteúdo de trabalho a 6 EAMs de baixa complexidade). As características principais da embarcação a ser produzida basearam-se em um “ROV Supply Vessel”. ROVs são sistemas oceânicos não tripulados responsáveis por realizar tarefas a profundidades impróprias para o homem. A RSV é a embarcação que acomoda esse sistema não tripulado, servindo como base de apoio. As informações da RSV foram obtidas no trabalho de Maues, B., & Dias, H. (2009), RSV - ROV Supply Vessel.

5 Como

aqueles contidos no Prospecto definitivo da OSX (disponível em www.osx.com.br ) e nos resultados da Comissão Especial de

Petróleo e Gás do Estado de São Paulo - CESPEG

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro A partir do projeto desta embarcação apresentado em MAUES & DIAS (2009), adotou-se os seguintes valores: 100m de comprimento, 20m de boca, 6m de calado e 3.000t de peso leve.

Figura 36: Embarcações RSV (Fonte: MAUES & DIAS (2009))

A título de exemplo, o peso de uma AHTS varia entre 1.800t e 2.200t, e de embarcações mais complexa pode chegar a 3.500t. O comprimento médio de uma AHTS é de 80m, com boca de 18m e calado de 6m. Uma RSV tem em média 110m de comprimento, boca de 24m e calado de 7m. Já uma OSTV (Offshore Supply Terminal Vessel ) tem em média 90m de comprimento por 18m de boca e 5m de calado.

Figura 37: AHTS e OTSV (Fonte: Norskan)

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3.2

Dimensionamento das oficinas A Figura 38 apresenta a metodologia utilizada para dimensionar as oficinas:

Levantamento de máquinas e suas respectivas capacidades •

Estudo de projetos de estaleiro

•

Pesqui sa em catálogo de fornecedores

Distribuição espacial das máquinas e cálculo da área de cada oficina

Definição do número de máquinas •

•

Garantir que a capacidade seja sufi ciente para atingir as premissas do projeto

•

Minimizar o flu xo de materiais

•

Obedecer à lógica do processo

Definição do fluxo de m ateriais no estaleiro

Figura 38: Metodologia de Definição do Layout das Oficinas

A definição do maquinário necessário em cada oficina baseou-se em diversos projetos de estaleiros (antigos e novos), catálogos de fabricantes, e dois livros de referência, o Ship Design and Construction, e o Ship Production. O próximo passo foi definir o número de máquinas necessário para uma capacidade de fabricar 4 AHTS por ano. Mostrou-se necessário realizar duas quebras do peso do navio: em tipos de painel e em componentes, apresentados na Tabela 1 e para cálculos subseqüentes.

Tabela 1: Peso do navio por tipo de painel

Tipos de Painéis Micro painéis Painéis planos Painéis curvos

% 15% 60% 25%

Massa (t) 315 1260 525

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Tabela 2: Peso do navio por componente

Componente Chapa Perfil Equipamentos Acessórios Tubulação Pisos Cabos e outros

% do peso total 60% 10% 20% 5% 3% 1% 1%

Massa (t) 1.800 300 600 150 90 30 30

Outra informação necessária para a estimativa de capacidade das máquinas e áreas de armazenagem intermediárias é a quantidade de blocos para a edificação da embarcação. Usualmente, esse número é dependente da configuração produtiva do estaleiro e calculado a partir de simulações numéricas que avaliam aspectos operacionais e financeiros. Este processo iterativo e longo, em busca de uma solução ótima. Tal procedimento é incompatível com um projeto conceitual a não ser que já se tenha um modelo que possa ser adaptado para o estaleiro em questão. Na metodologia proposta neste documento, desenvolveu-se um procedimento alternativo, que apesar de simplificado baseia-se em um projeto já existente e define uma ordem de grandeza razoável para o número de blocos da embarcação a ser produzida. Ao fazer isso, assume-se implicitamente que o procedimento de dimensionamento foi corretamente executado para aquele projeto e, portanto representa uma boa estimativa inicial. Diversos estudos apontam a necessidade do uso de tecnologias compatíveis com um nível tecnológico de 4, de uma escala até 5, como requisito para garantir a equivalência de custos de mão-de-obra entre estaleiros brasileiros e estaleiros coreanos. O único estaleiro de nível 4 no Brasil é o Atlântico Sul, projetado para produzir quatro navios petroleiros Suezmax de 45.000 toneladas por ano e com uma capacidade de içamento na edificação de 1.500 toneladas. Calcula-se que a quantidade de blocos é de 30 por embarcação, valor adotado também neste projeto. Para cada oficina, serão listadas as máquinas relevantes para o layout e calculada a área ocupada pelo arranjo sugerido. Máquinas portáteis não serão consideradas, pois não ocupam área.

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Processamento de chapas

A seguir estão listadas as máquinas necessárias para a oficina de tratamento de chapas:

Tabela 3: Equipamentos da oficina de processamento de chapas

Item Mesa para corte em plasma e oxi-corte Máquina de corte para pequenas peças Máquina jateamento e pintura auto

# 2 2 1

Área unitária (m²) 182 36 288

Área ocupada (m²) 364 72 288

A partir dessa lista, foi estabelecido o seguinte layout:

Armazenagem de chapas e perfis (150m 2)

Máquina de Jateamento e Pintura (288m 2)

e s a p a h c e ) d 2 o m i r 0 á i 8 ( d s e i f r m r e e t p n i e u q o t s E

Mesa de Corte (182m 2)

Mesa de Corte (182m 2)

Máquina pequenos cortes (36m2)

Máquina pequenos cortes (36m2)

45x60m

Área livre: 1.650m² Área ocupada:1.050m² Área total: 2.600m²

Figura 39: Layout da Oficina de Processamento de Chapas

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro Esse layout foi montado considerando as seguintes premissas: As máquinas de jateamento e de pintura devem ser instaladas próxima ao estoque intermediário de chapas; As máquinas de corte devem ficar na saída da máquina de jateamento e pintura, e após marcação e corte das chapas são encaminhadas para a área de submontagem; A capacidade da máquina de jateamento é de 15 chapas/turno, e a capacidade de cada máquina de corte é de aproximadamente 7 chapas/turno; A máquina para pequenos cortes foi dimensionada a partir do tamanho máximo de chapa que ela aceita (4m x 2m), levando em conta suas características e sua semelhança com as máquinas de corte para chapas de 12m x 3m; A área total dessa oficina é de 2.600m 2;

3.2.2

Mecânica

As máquinas utilizadas são listadas a seguir. Tabela 4: Equipamentos oficina mecânica

Item Armazenagem paletes Armazém Bancadas para trabalho Dobradeira de tubos Estoque intermediário Fresadora universal Furadeira radial Guilhotina Máquina de cortar Máquinas de prensar hidraúlicas Torno universal

# 1 1 6 3 5 3 3 6 1 2 5

Área unitária (m²) 50 150 10 15 8 1 1 9 1 1 3

Área ocupada (m²) 50 150 60 45 40 3 3 54 1 2 15

O layout dessa oficina está Figura 40.

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Bancada de trabalho (10m²)

Estoque (8m²)

Bancada de trabalho

Estoque e d o a h d l a a c b n a r a t B

Armazém

Máquinas

(150m²)

(225m²)

Estoque de materiais

Estoque

(50m²)

e d o a h d l a a c b n a r a t B

Bancada de trabalho

Estoque

Bancada de trabalho

Estoque 20x40m

Área livre: 275m² Área ocupada: 525m² Área total: 800m²

Figura 40: Layout oficina mecânica

As premissas adotadas para a concepção do layout foram: O almoxarifado inicial é destinado a armazenar chapas, tubos e outras peças de aço utilizadas nesta oficina; Foi adotada uma razão de 70% entre a área ocupada pelo maquinário e a área total (máquinas mais área de circulação e recuo); Os estoques intermediários servem como zona de espera para a utilização da bancada 6; O estoque final armazena os acessórios de aço em paletes de acordo com o bloco ao qual pertencem; A área da oficina mecânica é de aproximadamente 800m 2.

6 Pode servir como armazenagem de peças sobressalentes passíveis de aproveitamento futuro.

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Elétrica

Os equipamentos utilizados nessa oficina estão abaixo. Tabela 5: Equipamentos oficina elétrica

Item Área armazenagem final Área para corte dos cabos Área para estocagem dos materiais Bancada de trabalho Bancada para testes Fresa Guilhotina Máquina para corte Máquinas de enrolar e cortar cabos elétricos Torno

# 1 1 1 3 1 1 1 1 2 1

Área unitária (m²) 50 60 70 8 8 3 9 14 5 5

Área ocupada (m²) 50 60 70 24 8 3 9 14 10 5

O layout da oficina é apresentado Figura 41. Máquinas (50m²)

Armazenagem em paletes

Armazém (70m²)

(8m²)

Bancada de Trabalho (8m²)

Bancada de Trabalho (8m²)

Bancada para testes (8m²)

Bancada de Trabalho

7x10

(50m²)

Corte de cabos (60m²) 10x27m

Área livre: 80m² Área ocupada: 1 90m² Área total: 270m²

Figura 41: Oficina Elétrica

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro As premissas adotadas para o layout dessa oficina foram: A primeira área de armazenagem é destinada aos painéis elétricos, componentes eletrônicos, cabos elétricos e outras peças; Foi adotada uma razão de 70% entre a área ocupada pelo maquinário e a área total (máquinas mais área de circulação e recuo); A área de corte de cabos permite comprimentos de até 25m de fio; A bancada de testes contém aparelhagem para avaliação dos equipamentos montados na oficina; A armazenagem em paletes mantém os equipamentos separados de acordo com o bloco ao qual pertencem; A área total prevista para essa oficina é de 270m².

3.2.4

Tubulação

As máquinas aqui utilizadas são: Tabela 6: Equipamentos da oficina de tubulação

Item Armazenagem inicial Armazenagem paletes Chanfro Corte Decapagem Dobragem Estoques intermediários Flange/Solda Pátio de tubos Pintura

# 1 1 1 1 1 2 2 2 1 1

Área unitária (m²) 36 150 27 27 225 18 6 27 200 75

Área ocupada (m²) 36 150 27 27 225 36 12 54 200 75

O layout proposto para essa oficina é mostrado abaixo.

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Estoque

Pintura

(36m²)

(75m²)

e t r o C

Pátio de tubos (200m²)

Decapagem

m e g a r b o D

m e g a r b o D

a d l o ) ² S / m e 7 ( g 2 n a l F

a d l o S / e g n a l F

Armazenagem paletes (150m²)

18m²

(225m²)

Chanfro 6m²

(27m²)

25x50m

Área livre: 800m² Área ocupada: 500m² Área total:1.250m²

Figura 42: Layout da oficina de tubulação

As premissas adotadas para a concepção desse layout foram: A área do pátio de armazenagem de tubos não precisa ser abrigada; As oficinas de decapagem e pintura se localizam fora das dependências da oficina por questões ambientais e de segurança do trabalho; Adota-se 2 máquinas de dobragem para diferentes diâmetros a fim de garantir maior fluxo para o processo; Os estoques intermediários servem como zona de espera 7 para uso do equipamento seguinte; A armazenagem final separa os tubos em paletes de acordo com os blocos aos quais serão destinados ao outfitting ; A quantidade de equipamentos foi baseada em uma oficina de um estaleiro de grande porte com produção de 1 petroleiro Suezmax a cada 16 meses; A área coberta do processo de fabricação da tubulação tem 700m². Já a parte externa, que contém o pátio de tubo e as estações de decapagem e pintura, têm 550m², totalizando 1.250m² para essa oficina.

7 Pode servir como armazenagem de partes sobressalentes para eventual uso posterior.

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Submontagem e montagem

As máquinas aqui utilizadas são: Tabela 7: Equipamentos da oficina de submontagem e montagem

Item Solda chapa Marcação Solda perfil leve Solda perfil pesado Conformação Armazenagem materiais Armazenagem sub-blocos Montagem e armazenagem de blocos

# 3 3 2 2 1 1 1 1

Área unitária (m²) 150 150 150 150 150 400 4.300 2.000

Área ocupada (m²) 450 450 300 300 150 400 4.300 2.000

O layout proposto é apresentado na figura abaixo. Chapas

Armazenagem de sub-blocos 400m²

s o n s a e l P d s n i a é r n G i a P s o n s a o l n P e s u i é q n e i P a P s o v r u C s i é n i a P

(4.300m²)

Área de montagem e armazenagem dos blocos (2.000m²)

a a d l p a o h S c

a a d l p a o h S c

a a d l p a o h S c

o ã ç a c r a M

l a i f d l r o e S p

l o a i f d d l r a o e s S p e p

o ã ç a c r a M

o ã ç a c r a M

a l i f d l r o e S p

o a l i f d d l r a e s o S p e p

50x170m

Área livre: 4.500m²

Área equipamentos: 4.000m² Área total: 8.500m²

Figura 43: Layout da oficina de submontagem e montagem

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro As premissas adotadas para a concepção desse layout foram: As linhas de montagem dos painéis e dos perfis transversais são paralelas; A linha de montagem dos perfis transversais se encontra ao lado da área de armazenagem de materiais para redução dos caminhos percorridos; A fim de reduzir movimentação de grandes partes do navio, a área para montagem dos blocos encontra-se ao final da linha dos painéis; Foi adotado um tamanho padrão de 4 chapas 12x3m para dimensionar as estações das máquinas; O dimensionamento da área para armazenagem dos painéis foi feito considerando uma produção de 3 painéis/dia, 1 bloco a cada 3 dias, 3 painéis por bloco em um horizonte de 20 dias; A oficina é capaz de montar 1 bloco a cada 2 dias com capacidade de armazenar até 10 blocos; A oficina possui aproximadamente 8.500m².

3.2.6

Oficina de pintura

As máquinas necessárias na oficina de pintura são: Tabela 8: Equipamentos da Cabine de Pintura

Item Área de Espera Cabine de Jateamento Cabine de pintura

# 1 1 1

Área unitária (m²) 600 405 405

Área ocupada (m²) 600 405 405

O layout é apresentado na figura abaixo:

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Área de espera (600m²)

Cabine de jateamento

Cabine de pintura

(405m2)

(405m2)

30x47

Área livre: 600m² Área ocupada: 810m² Área total: 1.410m²

Figura 44: Layout da Oficina de pintura

Esse layout foi concebido levando em consideração as seguintes premissas: •

A oficina de pintura foi designada pelo tamanho padrão das cabines de jateamento e pintura, com tamanho suficiente para abrigar um bloco de 27m x 15m x 12m;

•

A capacidade da cabine de jateamento é de 350m²/dia, e a capacidade da cabine de pintura é de 2500m²/dia, sendo 700m²/dia para a pintura de tinta prime e 2.500m²/dia para acabamento;

•

A área total dessa oficina é de 1.410m 2. Página | 44


Edificação

Em estaleiros internacionais de médio porte, utiliza-se tanto diques como carreiras na edificação. Entretanto, em estaleiros de nível tecnológico 4 e com produtividade superior a 4 navios/ano verifica-se necessariamente o uso de dique. Isto será tomado como fator preponderante para a escolha do mesmo neste projeto. Outro fator determinante é o peso do bloco, que dita quais os equipamentos devem ser utilizados na área de edificação e suas respectivas capacidades. Como visto na introdução do item 0, cada embarcação será composta por 30 blocos de 100t de peso. Os equipamentos e principais áreas estão descritas a seguir. Tabela 9: Equipamentos de edificação

Equipamento Área dique Área para cais de acabamento Carro hidráulico Guindaste

# 1 2 3 2

Área unitária (m²) 3.680 1.800 90 30

Área ocupada (m²) 3.680 3.600 270 60

O layout para essa região é apresentado na Figura 45.

Página | 45


2

Guindaste Pórtico

1

1) 40x100m 2) 140x180m Área livre: 15.600m² Área ocupada: 13.600m² Área total: 29.200m²

Figura 45: Layout da área de edificação

As premissas adotadas para a concepção dessa região foram: O comprimento do dique é maior que o comprimento da embarcação tomada a ser construída. Essa diferença é destinada ao início concomitante da construção da praça de máquina de um segundo navio, dado que essa é a parte mais lenta do processo de edificação, e tem 1/3 do comprimento da embarcação tomada como base para o projeto; Com base em um cronograma de construção de um estaleiro, foram estimados 2 cais de acabamento para a entrega de 4 EAMs por ano. Segundo esse cronograma, o outfitting pode durar tanto tempo quanto a edificação; A quantidade de guindaste foi estimada de forma a atender os cais de acabamento das embarcações; A região ao redor ao dique e fora do alcance do pórtico possibilita o trânsito e o fornecimento de materiais diversos ao dique através de guindastes móveis e outros; Estima-se que para a edificação e acabamento das embarcações são necessários aproximadamente 29.200m². Página | 46


3.3

Área total de oficinas Na Tabela 10 estão consolidados os valores das áreas de cada oficina juntamente da área total para o estaleiro. Tabela 10: Áreas consolidadas

Oficina Processamento de chapas Mecânica Elétrica Tubulação Submontagem e montagem Pintura Edificação Total

Área (m²) 2.600 800 270 1.250 8.500 1.410 29.200 44.030

Estes valores alimentam a próxima etapa da metodologia, de definição do layout do estaleiro, detalhada adiante no próximo capítulo.

Página | 47


4 Definição de layout do estaleiro Este capítulo tem por objetivo propor uma metodologia de definição de arranjo físico otimizado para um estaleiro.

4.1

Revisão teórica e metodologia Definir o arranjo físico consiste em localizar as oficinas e as áreas de fabricação no espaço disponível, identificando o fluxo de materiais e de pessoas, pontos de estoque, estações de trabalho e as rotas de produção. Deve seguir uma lógica de distribuição que visa contemplar os seguintes princípios: Minimizar os custos de movimentação, que dependem do peso da carga transportada, geometria e da distância percorrida; Reduzir o congestionamento de materiais e pessoas, que podem gerar atrasos na produção Incrementar a segurança e a comunicação entre as partes produtivas; Aumentar a eficiência das máquinas e da mão-de-obra, através de um fluxo de processos, segundo uma lógica que maximize o aproveitamento dos recursos; Apoiar a flexibilidade, com layouts passíveis de alterações para readequação em caso de surgimento de novas necessidades. Com base nas diretrizes e princípios acima citados, obter um layout otimizado exige criar arranjos possíveis e melhorar sucessivamente até a obtenção de um resultado ótimo. Primeiramente, faz-se necessário a definição da orientação do sistema de produção do estaleiro, tipo de arranjo físico, características e suas conseqüências para o layout. Existem dois tipos de produção: orientada a processos e outra a produtos. O estaleiro se encaixa nesse primeiro caso. Ele é caracterizado pelo baixo volume de produção (em comparação com uma linha de produção contínua), alta variedade dos produtos (diferentes tipos de projetos), fluxo de materiais intermitente (picos e sazonalidades próprias do processo construtivo), emprego de máquinas universais e mão-de-obra intensiva. Dentro dessa classificação, existem 3 tipos de possíveis de arranjos físicos: posicional, funcional e celular. No primeiro, os recursos transformados não se movem entre os recursos transformadores. No segundo, os processos similares se localizam juntos um do outro. Já no terceiro, os recursos Página | 48

Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro transformados são movimentados até uma área específica da operação na qual todos os recursos transformadores necessários se encontram. Já para o arranjo linear, em processos orientados a produtos, a seqüência de atividades coincide com a seqüência a qual os processos foram arranjados fisicamente.

e d a d e i r a V

o t l A

Posicional o i d é M

Intermitente

Funcional

Contínua

Celular o x i a B

Linear

Baixo

Médio

Alto

Volume

Figura 46: Tipo de arranjo físico em função do volume e da variedade

A natureza da atividade de construção naval exige um arranjo físico do estaleiro do tipo posicional. Conclui-se isso pelo fato da construção da embarcação ocorrer em um lugar específico (dique) e das oficinas estarem distribuídas ao seu redor, seguindo a definição de que o objeto transformado não percorre por entre os meios transformadores. No entanto, esse tipo de arranjo não se aplica a cada oficina. Elas devem ser analisadas independentemente quanto aos produtos fabricados e a dinâmica de trabalho individual. A título de menção, classificaram-se as oficinas segundo a tabela abaixo. Tabela 11: Tipo de Arranjo das Oficinas

Oficinas Edificação Elétrica Mecânica Pré-outfitting

Pintura Processamento de chapas Submontagem e montagem Tubulação

Layout

Posicional Celular Celular Posicional Linha Linha Linha e posicional Funcional Página | 49


A metodologia empregada para a obtenção de layouts divide-se em duas etapas: a primeira de geração de soluções (heurística construtiva), e a segunda de refinamento (heurística de melhoramento). A Figura 47 ilustra essa metodologia.

Figura 47: Fluxograma da metodologia

A primeira consiste em gerar desenhos iniciais dos layouts através da análise do fluxo de material seguida pelo estabelecimento de uma ordem para alocação das oficinas e da aplicação do algoritmo alocador. A segunda parte consiste no melhoramento dessas soluções iniciais com base em critérios quanto a fluxo de materiais, pessoas e processos, compatibilidade das áreas edificadas e aprendizados anteriores.

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4.2

Mapeamento do fluxo de material Mapear o fluxo de material permite avaliar o grau de relação e dependência entre as oficinas. Em se conhecendo a sequência produtiva do estaleiro e os outputs de cada oficina, a obtenção do volume de material em trânsito é conseqüência. As premissas adotadas para o estabelecimento do fluxo estão na Tabela 12: Tabela 12: Premissas para o fluxo gerado pela oficinas elétrica, mecânica e de tubulações

Fluxo Tubulação para cais de acabamento Tubulação para pré-outfitting Acessórios e equipamentos mecânicos para cais de acabamento Acessórios e equipamentos mecânicos para pré-outfitting Equipamentos elétricos e cabos para pré-outfitting Equipamentos elétricos e cabos para cais de acabamento

% de material 20% 80% 20% 80% 50% 50%

Com base nelas e nas proporções obtidas para cada um dos componentes de uma AHTS, obteve-se os seguintes fluxos referentes à produção de uma embarcação de apoio. Tabela 13: Fluxo de material no estaleiro

Partida Pré-Outfitting Pintura Submontagem e montagem Processamento de chapas Tubulação Tubulação Mecânica Mecânica Elétrica Elétrica Almoxarifado Almoxarifado Almoxarifado

Chegada Fluxo (t) Edificação 2.373 Pré-Outfitting 2.100 Pintura 2.100 Submontagem e montagem 2.100 Cais de Acabamento 18 Pré-Outfitting 72 Cais de Acabamento 504 Pré-Outfitting 126 Cais de Acabamento 75 Pré-Outfitting 75 Mecânica 480 Elétrica 120 Cais de Acabamento 30

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4.3

Ordenação de alocação A ordenação consiste em definir a seqüência de alocação das oficinas e principais áreas no espaço disponível do estaleiro. O procedimento para criação da lista é apresentado a seguir. A primeira posição da lista é ocupada pela oficina de maior área. Isso decorre da dificuldade de posterior alocação de grandes áreas no espaço disponível; A posição seguinte é ocupada pela oficina de maior relacionamento com a anterior, ou seja, com a qual há maior fluxo de material, Caso dentre as oficinas restantes não haja alguma que se relacione com a anterior da lista, a próxima a entrar será a de maior área; Repete-se a etapa 2 para as oficinas restantes; Em todos os layouts as áreas de cais, dique e pré- outfitting possuem a mesma disposição no estaleiro. A área em frente ao mar foi determinada de forma a acomodar 2 cais de acabamento e uma saída de dique, totalizando 280m de extensão, tomada como padrão para a determinação dos layouts. A disposição contínua de cais surge como uma alternativa de arranjo para acomodação de embarcações de comprimento variável em torno da média de 120m. Por exemplo, o cais pode vir a acomodar uma embarcação de 100m e outra de 130m. Para se evitar a descontinuidade das áreas disponíveis para alocação ao longo do estaleiro, o que implicaria em restrições para o problema de arranjo físico, é preferencial a alocação do dique nas extremidades da área disponível junto à mar. Em decorrência desse posicionamento, a região de préoutfitting dos blocos foi alocada adjacente a disposição longitudinal do dique, a fim de reduzir os

movimentos de colocação dos blocos na área de edificação. Adotou-se o arranjo representado na Figura 48 como padrão para todos os layouts.

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Edificação

Cais de acabamento Pré-outfitting

Figura 48: Configuração cais/edificação e pré- outfitting padrão

Há também no estaleiro outras áreas que, apesar do baixo relacionamento com o processo produtivo, se fazem necessárias no estaleiro e compõem a lista de alocação. Estas áreas estão listadas na Tabela 14: Tabela 14: Espaços do estaleiro e respectivas áreas

Espaços comuns Área (m2) Pátio de Chapas e Perfis 5.000 3.500 Estacionamento Vestiário / Restaurante 2.500 Prédio Administrativo 2.000 400 Portaria 3.000 Manobra de Caminhões 4.500 Almoxarifado

Para todas as áreas foi estabelecido um racional para seu dimensionamento. O pátio de chapas e perfis foi dimensionado para abrigar a quantia anual necessária para produção de 4 embarcações, devido à possibilidade de importação desses insumos em grandes volumes. O cálculo levou em conta a quantidade de chapas utilizadas em um ano, suas dimensões e o máximo empilhamento. Cálculo similar foi feito para o pátio de perfis, levando em conta a proporção entre chapas e perfis em uma embarcação. O estacionamento é destinado para funcionários da administração, com exceção à diretoria que terá um estacionamento privativo. Esse número, tendo como base estaleiros do mesmo porte, foi estimado Página | 53

Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro para 200 empregados (25% do número total de funcionários, sendo que o restante utiliza transporte coletivo). As dimensões das vagas adotadas foram de 2,5m x 5m, e à área total obtida foi acrescido 50% para circulação dos automóveis. Vestiário e restaurante se situam no mesmo galpão. Considerando para um turno o total de 800 funcionários, o dimensionamento do refeitório utilizou a razão de 1m 2 por pessoa. O vestiário considerou 1,5m2 por funcionário. A área prevista para cozinha levou em conta 35% da área do refeitório, e a área de depósito de gêneros alimentícios 20%. Para a área do prédio administrativo foi utilizado o racional de 10m 2 por pessoa para um total de 300 pessoas. Percebe-se que esse número de funcionários difere daquele utilizado para a estimativa do estacionamento, uma vez que essa diferença representa funcionários de elevados cargos administrativos. Foi considerada também para a administração uma construção de 2 andares. A área prevista para a portaria leva em conta duas cancelas de entrada e duas cancelas de saída de veículos, guarita, área para recrutamento e vestiário para seguranças. A área para manobra e estacionamento de caminhões levou em conta um espaço mínimo para manobra de caminhões de até 30m, sendo a área restante destinada ao estacionamento. A área do almoxarifado foi estimada a partir de outros estaleiros de capacidade similar ao atual projeto. Com base no procedimento para listagem e nas premissas anteriormente explicitadas, a lista de alocação para o arranjo físico do estaleiro é dada a seguir. Tabela 15: Lista para alocação

Posição 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º 12º 13º

Oficina/área Pintura Submontagem e montagem Processamento de chapas e perfis Almoxarifado Tubulação Mecânica Elétrica Estacionamento Manobra e estacionamento de caminhões Pátio de chapas e perfis Administração Restaurante e vestiário Portaria Página | 54


4.4

Algoritmo de alocação O algoritmo de alocação é um método para arranjo físico de instalações diversas, gerando soluções iniciais viáveis para o problema em questão. O algoritmo baseia-se na lista de ordenação e através do seguinte procedimento faz a alocação das oficinas: Estabelece-se um par de eixos ordenados na extremidade superior esquerda da área disponível, orientando-os para sentido de crescimento da mesma; A primeira oficina é alocada a partir da primeira área disponível da esquerda para a direita e de cima para baixo; O próximo elemento da lista é alocado à direita do anteriormente alocado; Se não for possível alocar à direita, alocá-lo abaixo; Se não for possível, alocá-lo à esquerda; Se não for possível, alocá-lo acima; Caso não haja espaço para alocação, uma nova lista de ordenação é feita colocando-se o 2º maior elemento em área na 2ª posição da lista. Com essa nova lista, aplica-se o algoritmo de alocação novamente; Repete-se a etapa 3;

4

3

Oficina

1

2

Figura 49: Exemplificação das possibilidades de alocação

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro As possíveis soluções iniciais decorrem das diferentes possibilidades de alocação das oficinas. Serão descartados os posicionamentos incoerentes das mesmas segundo as restrições listadas a seguir. Comprimento longitudinal do estaleiro: delimitado pelo comprimento dimensionado para o dique e o cais, de 280 metros. O comprimento transversal foi mantido livre. Portaria: a entrada para o estaleiro foi imposta no lado inverso ao dique em um ponto não fixo, podendo ser alocada em qualquer região dessa extremidade. Pátio de chapas e perfis: são considerados como área única, com espaçamento de 8m, para passagem dos caminhões a serem descarregados. Ele foi considerado sempre contíguo à oficina de processamento de chapas, pois já se tinha conhecimento pelo estudo de outros estaleiros que não há necessidade de um espaçamento entre o pátio e essa oficina. Oficina de submontagem e montagem: foi considerada contígua à oficina de processamento de chapas. As demais possibilidades de layout validadas serão consideradas nas etapas seguintes de refinamento e comparação final.

4.4.1

Refinamento da solução

O refinamento da solução consiste em realizar mudanças nos layouts propostos em quesitos não contemplados pelo método. O algoritmo considera, por ordem crescente de prioridade, as áreas e o fluxo de material, como se pode perceber pelo método de listagem para alocação das oficinas. Caso fossem consideradas apenas essas premissas, surgiriam gaps no momento da alocação de oficinas, ou áreas sem vínculos com as anteriormente alocadas. Necessita-se avaliar o problema quanto às restrições impostas pelo fluxo de material, pessoas e processos, compatibilidade entre áreas edificadas, entre outros. O fluxo de material considerado foi detalhado na Tabela 13. O fluxo de processos segue a lógica desenvolvida na primeira parte desse projeto e é exemplificado mais adiante, na Figura 54.

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro O trajeto dos funcionários ocorre entre a portaria, administração e vestiário, entre esse último e as oficinas, e entre essas e o restaurante. Os caminhos e áreas de circulação previstos são contemplados por calçadas e/ou pavimentações adequados. Quanto às áreas edificadas, a verificação da compatibilidade entre elas resultou em uma lista de recomendações de alocação. O prédio da administração, por exemplo, é preferível manter a uma distância mínima das áreas de circulação de material e das principais linhas do processo construtivo, como o processamento de chapas e perfis, e submontagem e montagem. Outro exemplo é a alocação da portaria próxima às áreas de circulação de caminhões, pátios e almoxarifado, a fim de diminuir o fluxo no estaleiro. Baseado na experiência da equipe, fizeram-se ajustes como: alocação da administração em área de frente à edificação; inclusão de uma área de estacionamento para caminhões, de onde prevê-se congestionamentos decorrentes de variáveis externas ao estaleiro; alocação do estacionamento próximo à administração; alocação contígua de galpões a fim de reduzir custos de construção através do compartilhamento de infraestrutura; Outros parâmetros de refinamento foram: Tamanho mínimo de faixa para passagem de caminhões é de 7m; Largura mínima de 1,5m para as calçadas; A distância mínima entre a oficina de pintura e submontagem, levando em conta o aspecto operacional do transporte de blocos, é de 50m; Alocar a administração próxima a edificação e/ou com vista para a mesma; Arranjar as oficinas de forma a evitar fluxos cruzados; Os layouts obtidos através do processo de refinamento foram 4, apresentados a seguir:

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Figura 50: Layout 1

Figura 51: Layout 2

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Figura 52: Layout 3

Figura 53: Layout 4

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4.4.2

Avaliação dos l a y o u t s

A função para avaliação do fluxo de materiais consiste no produto entre o fluxo de materiais (em toneladas), e a distância a qual ele percorre (em metros) 8. Ao comparar os resultados, o layout escolhido será aquele que apresentar o menor valor desta medida. A distância entre as oficinas foi considerada de acordo com o seguinte método: se a oficina possuir um lugar de saída fixo (único), então a distância é medida a partir do centro da saída. Caso a oficina não tenha uma saída fixa, a distância é medida a partir do centro de sua área. O mesmo método foi estipulado para o local de entrada.

Figura 54: Distâncias adotadas nos layouts

8 Em

alguns projetos cujo nível de detalhamento necessário seja maior e a disponibilidade de informações seja elevada, é possível associar

valores de custo ao fluxo e criar um indicador mais robusto.

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Metodologia para elaboração de projeto de estaleiro A área total do estaleiro não foi restringida neste projeto. Caso os layouts apresentassem valores de muito próximos, o de menor área seria escolhido. Assim, a área do estaleiro foi calculada para ser utilizada como critério de desempate. A partir dessa metodologia, obtivemos os seguintes resultados: Tabela 16: Resultados do método empregado

Partida

Chegada

Outfitting

Edificação

Outfitting Pintura Montagem Pintura Processamento Montagem Tubulação Cais Tubulação Outfitting Mecânica Cais Outfitting Mecânica Elétrica Cais Elétrica Outfitting Almoxarifado Mecânica Almoxarifado Elétrica Almoxarifado Cais Total Área Total Estaleiro (m²)

Fluxo (t) 2.373 2.100 2.100 2.100 18 72 504 126 75 75 480 120 30

Layout 1 Distância Fluxo x (m) Distância 60 142.380 92 192.150 50 105.000 0 125 2.250 166 11.916 83 42.064 130 16.369 55 4.103 156 11.712 56 26.971 83 9.968 117 3.511 568.394 91.176

O layout 1 apresentou menor valor de

Layout 2 Layout 3 Layout 4 Distância Fluxo x Distância Fluxo x Distância Fluxo x (m) Distância (m) Distância (m) Distância 63 149.024 63 149.024 63 149.024 207 434.595 90 189.000 216 452.550 50 105.000 50 105.000 50 105.000 0 0 0 167 3.012 151 2.710 111 2.004 121 8.717 151 10.857 70 5.041 102 51.610 59 29.943 78 39.493 72 9.102 138 17.389 183 23.105 74 5.524 41 3.112 167 12.517 78 5.821 141 10.538 70 5.258 58 27.970 79 37.925 252 120.739 96 11.492 150 18.007 242 28.985 103 3.104 197 5.915 299 8.956 814.971 579.420 952.672 95.200 92.400 98.176

, e também menor valor de área. A redução do fluxo entre

os diferentes layouts planejados para o estaleiro foi significativa, chegando a 40%.

-40%

953 815 s e r a h l i m

568

579

Layout 1

Layout 3

Layout 2

Layout 4

Figura 55: Comparação dos valores de fluxo de materiais (

)

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CEGN 100524 - Metodologia de Projeto de Estaleiro

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