Validação e implementação industrial de desengraxe alcalino em baixa temperatura

MIT-ANPEI BRAZIL SUMMIT 2026

Validação e implementação industrial de desengraxe alcalino em baixa temperatura Redução de 57,43% do consumo específico de GLP com manutenção do desempenho de pintura INOVAÇÃO INCREMENTAL APLICADA | ENGENHARIA DE PROCESSO | ENERGIA | DESCARBONIZAÇÃO Resumo O problema. Cinco linhas de preparação de superfícies utilizavam desengraxe alcalino aquecido antes da pintura. Na linha piloto, a condição histórica de operação era próxima de 70 °C. O desafio foi reduzir a demanda térmica sem transferir risco para limpeza, fosfatização, aderência, corrosão ou requisitos de clientes.

A abordagem. O projeto avaliou uma tecnologia química comercial compatível com baixa temperatura e estruturou um processo de redução de risco: modelagem ex ante, seleção de alternativas, matriz experimental multissubstrato e multicontaminante , critérios de liberação conforme ASTM/ISO, piloto industrial e monitoramento ex post. A formulação química e o know-how de produto pertencem ao fornecedor; a contribuição do estudo está no desenho de validação, na integração ao processo e na quantificação industrial.

O resultado medido. Entre 8 de outubro de 2024 e 8 de dezembro de 2025, o boiler da linha piloto acumulou 3.916,88 h e consumiu 28.238 kg de GLP, equivalentes a 7,21 kg/h. Frente ao baseline operacional reportado de 16,94 kg/h, a redução específica foi de 57,43%. Aderência grau 0, delaminação inferior a 2 mm e espessuras de revestimento dentro das faixas técnicas foram mantidas.

Anualização revisada. Para evitar a inconsistência entre a janela total de monitoramento e uma média mensal previamente utilizada, esta versão anualiza diretamente as 3.916,88 h ao longo de 426 dias de calendário. O resultado é cerca de 32.7 t de GLP evitadas/ano e 95.7 t CO₂e /ano, considerando somente combustão direta do GLP no ponto de uso.

Indicador Evidência Resultado Temperatura Condição histórica -> piloto ≈70 °C -> 35 ± 5 °C GLP específico Baseline reportado -> pós-implantação 16,94 -> 7,21 kg/h Redução específica Comparação operacional 57,43% Janela principal 8 out. 2024 a 8 dez. 2025 3.916,88 h; 28.238 kg GLP GLP evitado anualizado Normalização pela duração exata da janela ≈32.7 t/ ano Emissões diretas evitadas 2,93 kg CO₂e/kg GLP ≈95.7 t CO₂e/ano Qualidade Ensaios de validação Aderência 0; delaminação <2 mm

1. Problema, contexto e hipótese de inovação

A preparação de superfícies metálicas é etapa crítica para a durabilidade de sistemas de pintura. Óleos, graxas, protetivos e particulados precisam ser removidos antes da conversão química e da aplicação do revestimento. Na operação analisada, cinco linhas produtivas empregam desengraxe alcalino e atendem diferentes substratos e requisitos de aplicação.

No processo histórico da linha piloto, o banho era mantido próximo de 70 °C. Essa condição era robusta sob o ponto de vista de limpeza, porém demandava aquecimento recorrente por GLP. O problema foi formulado como uma restrição dupla: reduzir energia e emissões sem degradar nenhum critério de qualidade da cadeia de pré-tratamento e pintura.

A hipótese de trabalho foi que a temperatura poderia ser reduzida para 35 ± 5 °C mediante sistema químico compatível, desde que a interação entre contaminante, substrato, concentração, tempo de contato, modo de aplicação e etapas posteriores fosse validada antes da alteração em produção.

2. Estado da prática e posicionamento da contribuição

A operação em baixa temperatura não é, por si só, inédita. A literatura demonstra que tensoativos não iônicos podem alcançar elevada eficiência de desengraxe em aço a 30-40 °C, com forte dependência do balanço hidrofílico-lipofílico e do ponto de névoa. Jeon et al. (2022) reportaram, para determinadas formulações e 2 min de contato, 97,9% de eficiência a 30 °C e 99,1% a 40 °C.

Também existem referências industriais. A Rittal , em parceria com a Henkel, reportou mudança de 60 °C para 40 °C e redução de 60% de energia, sem alteração do arranjo de equipamentos. A AGCO/ Fendt reportou redução de 55-65 °C para 40 °C no desengraxe por imersão, com economia estimada de 1.000 kWh/dia e manutenção da qualidade do fosfato. Além disso, fornecedores disponibilizam sistemas comerciais para operação em torno de 35 °C, como a família UniClean A101/B201 da Atotech .

2.1 Benchmark externo e diferencial do case Referência Escala / condição Resultado reportado Lacuna frente ao presente case Jeon et al. (2022) Laboratório; aço; 30-80 °C Até 97,9% a 30 °C e 99,1% a 40 °C, conforme tensoativo/tempo Demonstra mecanismo e viabilidade, mas não consumo energético industrial Rittal + Henkel Industrial; limpeza metálica 60 -> 40 °C 60% menos energia; equipamento mantido Benchmark industrial forte; contexto e métrica energética distintos AGCO/Fendt + Henkel Industrial; imersão 55-65 -> 40 °C ≈1.000 kWh/dia; fosfato estável Setor agrícola e processo comparável, porém indicador em eletricidade e outra química Atotech UniClean A101/B201 Produto comercial; 35 °C Operação ultra-low temperature ; diversos metais Evidencia disponibilidade de mercado, não um protocolo independente de derisking Presente case Industrial; ≈70 -> 35 ± 5 °C 57,43% menos GLP específico em 3.916,88 h; critérios de pintura mantidos Diferencial: integração de engenharia, validação e medição longitudinal em uma linha real

2.2 O que pertence ao fornecedor e o que pertence ao estudo Origem Conteúdo / responsabilidade Know-how do fornecedor Formulação química proprietária; seleção de matérias-primas e tensoativos; limites de concentração; conhecimento de aplicação; infraestrutura e suporte do laboratório de P&D.

Contribuição própria do estudo Definição do problema e baseline; modelagem de cinco linhas; requisitos de matriz experimental; seleção de substratos/contaminantes; critérios de aceite; análise energética/econômica/GEE; integração do piloto; monitoramento operacional; método de replicação por gates .

Desenvolvimento conjunto Execução e interpretação dos ensaios laboratoriais, ajustes de parâmetros e decisão técnica sobre as condições levadas ao piloto.

2.3 Alternativas consideradas no contexto de eficiência térmica Rota Potencial Limitação principal no caso Posicionamento Isolamento / redução de perdas Reduz demanda térmica Mantém necessidade de aquecimento e não ataca a temperatura de processo Complementar Recuperação de calor Pode reduzir combustível Requer integração térmica, fonte útil e CAPEX Alternativa de engenharia Eletrificação / bomba de calor Pode reduzir emissões diretas CAPEX, adequação térmica e dependência da matriz elétrica Rota futura possível Ultrassom / maior agitação Aumenta transferência de massa Mudança de equipamento, geometria e validação específica Técnica reconhecida em BAT Química de baixa temperatura Reduz o setpoint sem grande alteração física Maior dependência de concentração, consumo químico e compatibilidade Rota selecionada para o piloto

A decisão de selecionar a rota química não implica superioridade universal. Ela foi a alternativa de melhor encaixe para as restrições do piloto: possibilidade de reduzir o setpoint sem alteração física relevante, manutenção do fluxo de processo e viabilidade de testar a mudança progressivamente. A Decisão de Execução (UE) 2022/2110 reconhece, entre as técnicas de otimização de desengraxe, o controle de temperatura e concentração, agitação e uso de ultrassom, reforçando que a solução deve ser avaliada como combinação de química e engenharia de processo.

3. Metodologia: separação entre modelo ex ante e medição ex post

O estudo utilizou duas camadas de evidência que são mantidas separadas nesta versão. A primeira foi um modelo térmico para priorizar oportunidades antes da mudança. A segunda foi a medição operacional utilizada para avaliar o piloto após a implantação.

3.1 Modelagem ex ante A demanda de aquecimento foi estimada pela relação Q = m·cp · Δ T, utilizando massa de solução, calor específico aproximado ao da água e diferença de temperatura. Para conversão em GLP foi adotado poder calorífico de 11.100 kcal/kg, equivalente a aproximadamente 46,44 MJ/kg. Como referência externa, o IPCC (2006) apresenta valor líquido padrão de 47,3 MJ/kg para GLP, com intervalo de 44,8 a 52,2 MJ/kg; portanto, a premissa utilizada está dentro da faixa de referência internacional.

Figura 1 - Modelagem térmica ex ante das cinco linhas. Fonte: dados do estudo de caso (2026).

A modelagem apontou potencial teórico de redução de GLP entre 55% e 76% nas cinco linhas; para a e-coat 03, o potencial inicial foi de aproximadamente 71%. Esses valores são cenários de engenharia e não devem ser confundidos com os resultados medidos do piloto.

3.2 Rastreabilidade do indicador operacional Indicador Natureza Fonte / cálculo Observação de transparência Baseline 16,94 kg/h Operacional reportado Registro interno pré-implantação A base consolidada desta submissão não contém a decomposição de horas e GLP usada para reconstituir independentemente o baseline.

Pós- implantação 7,21 kg/h Medido/derivado 28.238 kg / 3.916,88 h Cálculo diretamente reprodutível com os dados apresentados.

Redução 57,43% Derivado (16,94 - 7,21) / 16,94 Resultado específico por hora de boiler, reduz efeito de diferenças de tempo ligado.

Anualização Derivado revisado 3.916,88 h / 426 dias × 365 Evita usar a média mensal 305,63 h, cuja origem não estava explicitada.

Emissões Derivado GLP evitado × 2,93 kg CO₂e /kg Somente combustão direta; fronteira de Escopo 1. Upstream não incluído .

4. Validação experimental e critérios de liberação

A matriz experimental foi desenhada para representar a variabilidade real da operação. Foram avaliados aço laminado a quente, aço laminado a frio, materiais galvanizados e alumínio, submetidos a oleamento controlado com diferentes lubrificantes e protetivos. Os ensaios foram conduzidos no laboratório de P&D do fornecedor, reproduzindo parâmetros industriais.

Foram testadas concentrações de 2,5% a 3% em aspersão e 4% em imersão, com adição de tensoativo e temperatura de 35 ± 5 °C. A sequência simulou desengraxe, enxágue, ativação, fosfatização, passivação, enxágue final e secagem. A primeira fase foi executada em triplicata; condições com maior incerteza foram reavaliadas em uma segunda fase, inclusive com novos contaminantes.

Figura 2 - Evidência do teste de quebra d’água antes e após a limpeza. Fonte: dados do estudo de caso (2026).

4.1 Critérios de liberação técnica Dimensão Método / referência Critério / resultado disponível Limpeza Teste de quebra d’água - ASTM F22-13 Aprovado qualitativamente nas condições selecionadas Fosfatização Microscopia Eletrônica de Varredura Cobertura/morfologia compatível com etapa subsequente Aderência

ISO 2409:2020

Grau 0 nas amostras avaliadas Corrosão / delaminação

ISO 9227:2022 + ASTM D1654-08

Delaminação ao redor do corte <2 mm Espessura de revestimento Controle de processo 15-35 µm (e-coat) e 50-100 µm (pó)

Limitação estatística. Embora a etapa inicial tenha sido realizada em triplicata, a base consolidada fornecida para esta submissão não contém a tabela com os resultados individuais de cada réplica nem incertezas de medição. Assim, esta versão não calcula intervalos de confiança ou testes de hipótese para os ensaios de qualidade. O case reporta os critérios de aceite efetivamente disponíveis e evita atribuir significância estatística não demonstrada.

4.2 Evidências de superfície e revestimento

Figura 3 - Caracterização por MEV da camada de fosfato em diferentes sistemas e modos de aplicação. Fonte: dados do estudo de caso (2026).

Figura 4 - Corpos de prova pintados após ensaios de aderência e avaliação de corrosão. Fonte: dados do estudo de caso (2026).

5. Implementação em produção

A implantação seguiu redução progressiva de risco: laboratório, pintura de corpos de prova em condição industrial, avaliação de desempenho e somente então aplicação em uma linha piloto de desengraxe e pintura e-coat por imersão. Cinco linhas foram estudadas, mas apenas uma foi alterada inicialmente para concentrar aprendizado e limitar exposição operacional.

A colaboração combinou conhecimento químico e infraestrutura laboratorial do fornecedor com conhecimento do processo, requisitos de cliente, dados energéticos e governança de implantação da empresa. Esse arranjo é relevante para a transferibilidade: o produto não foi desenvolvido pela empresa, mas a decisão de usar, validar, liberar e sustentar a mudança permaneceu condicionada a critérios próprios de engenharia e qualidade.

6. Resultados medidos em operação industrial

A implantação piloto iniciou em outubro de 2024. O gráfico abaixo mostra a série mensal disponível no estudo, com patamar de consumo mais elevado no período pré-implantação e níveis inferiores após a mudança. A janela primária usada no indicador de 57,43% foi de 8 de outubro de 2024 a 8 de dezembro de 2025; os meses posteriores mostrados no gráfico são acompanhamento adicional e não entram no cálculo principal.

Figura 5 - Consumo mensal de GLP do boiler da linha e-coat 03. A janela principal do indicador termina em 8 dez. 2025. Fonte: dados do estudo de caso (2026).

6.1 Energia e emissões Parâmetro Valor GLP pós-implantação na janela 28.238 kg Horas de boiler na janela 3.916,88 h Consumo específico pós-implantação 7.21 kg/h Baseline operacional reportado 16,94 kg/h Redução específica 57.44% (reportada no projeto como 57,43%) Taxa específica evitada 9.73 kg/h Horas anualizadas pela janela exata 3356 h/ ano GLP evitado anualizado 32.7 t/ano CO₂e direto evitado 95.7 t/ano

A redução real ficou abaixo dos 71% previstos pelo modelo térmico para a linha. Essa diferença é tecnicamente plausível porque a operação real incorpora perdas, clima, mix de produtos, paradas, carga térmica, frequência de aquecimento e estabilidade química. O case utiliza essa diferença como aprendizagem, e não como desvio a ser ocultado.

6.2 Fronteira de emissões O fator de 2,93 kg CO₂e /kg GLP foi adotado a partir da ferramenta do Programa Brasileiro GHG Protocol utilizada no projeto. Nesta submissão, o indicador é interpretado como redução de emissões diretas associadas à combustão estacionária do GLP na instalação (Escopo 1). Não são incluídas emissões upstream de produção, refino, transporte ou distribuição do combustível; portanto, o valor não representa pegada de ciclo de vida.

6.3 Qualidade e confiabilidade A redução de energia não foi obtida por relaxamento de especificações. Nas condições liberadas, o teste de quebra d’água foi aprovado; a fosfatização apresentou morfologia compatível; a aderência foi grau 0; a delaminação ficou abaixo de 2 mm; e as espessuras permaneceram nas faixas técnicas do processo. Esses resultados sustentam a continuidade do piloto, mas não substituem requisitos específicos de homologação de cada cliente ou linha.

6.4 Resultado econômico: o que pode e o que não pode ser afirmado O estudo original estimou, para a aplicação potencial nas cinco linhas, economia bruta agregada de aproximadamente R$ 500 mil/ano. Esse valor é uma projeção ex ante, não resultado realizado do piloto. No piloto, a documentação consolidada informa aumento de aproximadamente 30% no custo anual do novo sistema químico e ganho líquido equivalente a cerca de 86% do previsto no business case inicial.

Os valores absolutos de custo químico e ganho líquido do piloto não constam da base documental disponibilizada para esta versão. Para preservar honestidade intelectual, eles não foram reconstruídos por inferência. Caso a empresa autorize e disponibilize os números, a melhor melhoria adicional é incluir uma tabela com custo de GLP antes/depois, custo químico antes/depois, ganho bruto, ganho líquido e custo por m² tratado.

6.5 Incertezas e limitações Limitação Impacto na interpretação Mitigação / próximo passo Baseline 16,94 kg/h sem decomposição bruta no arquivo consolidado Impede auditoria independente do denominador pré-implantação Anexar período, GLP total e horas de boiler do baseline Antes/ depois não randomizado Sazonalidade e mix podem afetar comparabilidade Estratificar por estação/carga e usar série temporal interrompida Sem kg GLP/m² ou kg GLP/t produzida kg/h não controla produtividade/mix Adicionar KPI normalizado por área/massa/lote Incerteza metrológica não documentada Não permite propagar erro do indicador Registrar instrumento, classe, calibração e incerteza Triplicatas sem dados individuais Não há IC ou teste estatístico dos ensaios Preservar tabela bruta e calcular dispersão/IC NC/retrabalho sem série consolidada Não é possível afirmar taxa zero Adicionar indicador de NC, retrabalho e oxidação pré /pós Custo absoluto do piloto ausente Limita auditoria do business case Divulgar valores ou, se restritos, apresentar índices normalizados

7. Transferibilidade: método de redução de risco

O aprendizado transferível não é a formulação química específica. É o processo de decisão que evita levar uma solução comercial diretamente para produção sem demonstrar compatibilidade com o sistema real. A tabela abaixo propõe gates quantitativos e faixas de esforço orientativas. As durações são recomendações para replicação e não representam necessariamente a cronologia histórica deste projeto.

Gate Entregável mínimo Critério para avançar Esforço orientativo

1. Baseline

GLP, horas, temperatura, produção, químicos, qualidade Oportunidade material e dados reprodutíveis 1-2 semanas

2. Seleção

2+ alternativas compatíveis e análise TCO/EHS Viabilidade preliminar e ausência de impedimento de cliente 2-4 semanas

3. Laboratório

Matriz substrato × contaminante × concentração × temperatura 100% das amostras dentro dos critérios de limpeza/revestimento 4-8 semanas

4. Piloto

Linha controlada + indicadores energéticos/químicos/qualidade Qualidade não inferior ao baseline; redução energética sustentada; TCO favorável 8-12 semanas no mínimo

5. Sustentação

Plano de controle e série temporal Sem tendência de degradação; consumo químico dentro da janela; sem aumento de NC ≥3 meses antes da escala

7.1 Condições de aplicação e contraindicações Aplicação mais favorável Sinais de risco / quando não escalar Desengraxe aquoso alcalino com aquecimento relevante; contaminação por óleos/graxas; substratos e pintura compatíveis; possibilidade de controlar concentração e tempo.

Contaminantes carbonizados ou extremamente pesados; geometrias sem molhamento/renovação; requisito de cliente que fixa química/temperatura; instabilidade de banho; corrosão/aderência fora da especificação; aumento químico que elimina o ganho energético.

Linhas em que o setpoint do desengraxe é parcela material do consumo térmico e pode ser alterado sem afetar etapas subsequentes.

Processos em que o aquecimento dominante pertence a outras etapas, ou em que a redução de temperatura cria gargalo de tempo de ciclo, capacidade ou secagem.

7.2 Plano de monitoramento pós-escala Indicador Frequência sugerida Uso Temperatura real e concentração do banho Por turno / conforme plano de controle Detectar desvio químico-térmico GLP kg/h e kg/m² (ou kg/t) Mensal e por campanha Separar eficiência térmica de volume produtivo Consumo químico kg/m² e custo/m² Mensal Evitar erosão do ganho energético Quebra d’água / aderência / espessura Conforme plano de qualidade Gate de desempenho Corrosão / delaminação Por lote de validação e homologação Garantir robustez de longo prazo NC, retrabalho, oxidação e troca de banho Mensal Capturar efeitos colaterais

Com histórico suficiente, recomenda-se complementar médias simples com cartas de controle e/ou série temporal interrompida, estratificando pelo menos estação do ano, mix ou carga processada. Isso reduz o risco de atribuir à química variações causadas por produção ou clima.

8. Lições aprendidas e conclusão

• Tecnologia disponível não equivale a tecnologia pronta para o processo. A principal contribuição foi criar evidência suficiente para reduzir o risco de uma mudança em etapa crítica de preparação de superfície.
• O fornecedor domina a química; a empresa precisa dominar a decisão. O valor gerado pelo estudo está no entendimento das restrições reais, na definição dos critérios de aceite, na integração ao processo e na medição do resultado.
• Modelo térmico é ferramenta de priorização, não comprovação. A previsão de ~ 71% orientou o piloto; a redução real de 57,43% foi o resultado relevante. A diferença entre ambos deve permanecer visível.
• Energia e química precisam ser geridas em conjunto. A redução de GLP pode ser parcialmente consumida por maior dosagem ou reposição de produto. Por isso, o KPI econômico deve ser custo total por unidade tratada, e não somente kg de GLP.
• A replicação exige gates e limites claros. A solução não deve ser escalada quando contaminante, geometria, requisito de cliente, estabilidade do banho ou custo total não atenderem aos critérios definidos.

Conclusão Em uma linha industrial de pintura, a mudança de aproximadamente 70 °C para 35 ± 5 °C reduziu em 57,43% o consumo específico de GLP reportado, com manutenção dos critérios técnicos avaliados. A evidência compreende 3.916,88 h de operação. Pela normalização temporal revisada, o impacto anual é de aproximadamente 32.7 t de GLP e 95.7 t CO₂e de emissões diretas evitadas. O case é classificado como inovação incremental aplicada: seu diferencial está no método de redução de risco, na integração industrial e na transparência entre previsão, medição e limitações.

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Nota de transparência: esta revisão prioriza rastreabilidade. Onde a base consolidada não contém dado bruto suficiente (baseline detalhado, custo absoluto do piloto, calibração, normalização por m² e resultados individuais das triplicatas), o texto explicita a limitação em vez de inferir valores não documentados.