Estudo do Impacto da Automatização do Sistema de Pintura e Despintura de Aeronaves

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Estudo do Impacto da Automatização do Sistema de

Pintura e Despintura de Aeronaves

João Pedro Santos Ferreira

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em

Engenharia Aeroespacial

Orientadores:

Prof. Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Prof. Paulo Miguel Nogueira Peças

Júri

Presidente: Prof. Fernando José Parracho Lau

Orientador: Prof. Filipe Szolnoky Ramos Pinto Cunha

Vogais: Eng. Cláudia Sofia Tavares Magalhães

Prof. António Manuel Relógio Ribeiro

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”S ê todo em cada coisa. P õe quanto és No m´ınimo que fazes.” Ricardo Reis

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Agradecimentos

Com o t érmino desta tese de mestrado, chega ao fim um longo e intenso per´ıodo acad émido dedicado ao estudo de Engenharia Aeroespacial. Como tal, n ão podia deixar de expressar o meu agradecimento a todos aqueles que permitiram a realizaç ão deste trabalho, bem como a conclus ão do curso.

Em primeiro lugar, quero agradecer aos Professores Filipe Cunha e Paulo Peças pela possibilidade de explorar este tema e pela disponibilidade e orientaç ão prestada ao longo da realizaç ão de todo o trabalho.

Da mesma forma, quero agradecer à OGMA pela oportunidade de desenvolver este projeto em parceria com uma empresa de reconhecido valor no setor aeron áutico. Em particular, agradeço à Engª. Cl áudia Magalh ães pela forma como me recebeu, orientou e forneceu informaç ão essencial para a realizaç ão deste estudo.

Expressar a minha gratid ão, tamb ém, ao Lu´ıs Casquilho e a todos os funcion ários da área de pintura da OGMA que, com a sua boa disposiç ão e disponibilidade para ajudar, contribu´ıram com apoio e bom ambiente ao longo dos tempos em que estive na empresa. Em especial, quero agradecer aos meus companheiros de jornada: Mariana, Daniel e Laura.

Tamb ém quero deixar uma palavra ao Gonçalo, ao Pedro a a todos os amigos e colegas que, ao longo dos últimos anos, me ajudaram a superar a tarefa dif´ıcil, mas intelectualmente enriquecedora, de completar um curso no Instituto Superior T écnico.

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A Raquel, quero agradecer todo o carinho, compreens ão, motivaç ão e bons momentos vividos em conjunto. N ão h á d úvida que o teu apoio nas fases menos boas foi fundamental para chegar ao fim deste curso!

Por fim, mas n ão menos importante, quero expressar a minha profunda gratid ão aos meus pais, Jo ão e Cristina, pela educaç ão que me deram e pelo seu encorajamento e investimento na minha formaç ão acad émica. Sem eles, nada disto seria poss´ıvel. Agradecer tamb ém à minha irm ã, Rita, pelo seu companheirismo e paci ência.

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Resumo

A globalizaç ão impulsionou a utilizaç ão do avi ão como meio de transporte, o que levou a um au-mento do n úmero de passageiros e, consequentemente, do n úmero de aeronaves. O revestiau-mento org ânico do avi ão, vulgo esquema de pintura, é condiç ão fundamental para a aeronavegabilidade. No entanto, a pintura tem um tempo de vida útil limitado, sendo necess ária a sua substituiç ão recorrente-mente. Para acompanhar o crescimento do setor aeron áutico, fabricantes e empresas de manutenç ão de aeronaves t êm procurado alternativas aos atuais m étodos de pintura e despintura utilizados, na sua maioria manuais, demorados e dispendiosos. Neste sentido, o avanço tecnol ógico verificado na área da automatizaç ão faz com que esta se afigure como uma soluç ão natural para optimizar o processo de manutenç ão do revestimento org ânico das aeronaves.

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E com esse intuito que se realizou uma parceria com uma empresa do setor aeron áutico, a OGMA - Ind ústria Aeron áutica de Portugal, no sentido de se efetuar um estudo sobre uma soluç ão autom ática aplic ável à sua área de neg ócio de pintura e despintura de aeronaves e perceber de que forma a implementaç ão deste projeto teria impacto. Idealizando o procedimento para a intervenç ão das ae-ronaves, s ão obtidos os tempos e recursos necess ários para cada um dos processos. Estes resulta-dos s ão, por fim, compararesulta-dos com os resultaresulta-dos atuais para dar a conhecer o impacto causado pela implementaç ão do projeto em causa.

Palavras-chave:

Manutenç ão Aeron áutica, Pintura Industrial, Despintura, Automatizaç ão, Impacto, Viabilidade.

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Abstract

Globalization has boosted the use of airplane as a means of transport, which has led to an incre-ase in the number of passengers and, consequently, the number of aircraft. The airplane coating is a fundamental condition for airworthiness. However, the paint has a limited shelf life, which is required to be replaced repeatedly. In order to keep up with the growth of the aircraft industry, aircraft manufac-turers and maintenance companies have been looking for alternatives to the current painting and paint removal methods used, mostly manual, time-consuming and costly, as well as potentially dangerous for operators. In this sense, the technological advance verified in the area of automation makes this seem like a natural solution to optimize the maintenance of the aircraft finish system.

With this in mind, OGMA, an aircraft maintenance company, was associated with this study, in order to find an effective automatic solution for its activity and to be aware of the impact it would cause. Thus, during this work the knowledge of the current process is used to propose an effective automated solution for the OGMA painting and paint removal process. By idealizing the procedure for the aircraft interventions, the necessary times and resources are obtained for each one of the operations. These results are, finally, compared with the current results to determine a point of view about the impact caused by the implementation of the project.

Keywords:

Aircraft Maintenance, Industrial Painting, Paint Stripping, Automation, Impact, Via-bility.

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Conte ´

udo

Agradecimentos . . . v

Resumo . . . vii

Abstract . . . ix

Lista de Tabelas . . . xiii

Lista de Figuras . . . xv

Lista de S´ımbolos . . . xvii

Gloss ´ario . . . xix

1 Introduç ão 1 1.1 OGMA-Ind ústria Aeron áutica de Portugal . . . 1

1.1.1 Instalac¸ ˜oes e Equipamentos . . . 2

1.1.2 Avi ˜oes Intervencionados . . . 3

1.2 Motivac¸ ˜ao . . . 4

1.3 Objetivos . . . 5

1.4 Estrutura da Tese . . . 5

2 Estado d’Arte 7 2.1 Pintura e Despintura de Aeronaves . . . 7

2.1.1 M ´etodos e Equipamentos de Despintura . . . 10

2.1.2 M ´etodos e Equipamentos de Pintura . . . 13

2.2 Automatizaç ão na Ind ústria . . . 14

2.2.1 Pintura e Despintura Automatizada . . . 17

2.2.2 Automatizaç ão na Aeron áutica . . . 18

3 Pintura e Despintura na OGMA 23 3.1 Manutenç ão do Revestimento do Avi ão . . . 23

3.1.1 Processo de Despintura . . . 23

3.1.2 Processo de Pintura . . . 25

3.2 Requisitos de Qualidade . . . 28

4 Caso de Estudo: Pintura e Despintura Automatizada na OGMA 29 4.1 Especificac¸ ˜oes e Requisitos . . . 29

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4.2 Processo de Automatizac¸ ˜ao . . . 30

4.2.1 Equipamentos de Operac¸ ˜ao . . . 33

4.2.2 Navegaç ão e Segurança . . . 37

4.2.3 Controlo e Programac¸ ˜ao . . . 38

4.2.4 Outras Considerac¸ ˜oes . . . 39

4.3 Procedimento Operacional . . . 39

4.3.1 Trajet ´oria do Robot e Abordagem `a Aeronave . . . 40

4.3.2 Pintura . . . 44

4.3.3 Despintura . . . 46

4.4 Tempos de Operac¸ ˜ao . . . 47

4.4.1 Pintura . . . 47

4.5 Estudo de Custos . . . 50

4.5.1 Custos de Automatizac¸ ˜ao . . . 50

4.5.2 Custos de Operac¸ ˜ao . . . 52

5 Impacto da Automatizaç ão da Pintura e Despintura da OGMA 55 5.1 Operaç ão . . . 56

5.1.1 Processo de Manutenc¸ ˜ao . . . 56

5.1.2 Tempo de Processo . . . 58

5.1.3 Material . . . 61

5.2 Custos de Operac¸ ˜ao . . . 63

5.2.1 Pintura . . . 63

5.3 Outros Impactos . . . 65

5.3.1 Qualidade, Consist ˆencia e Previsibilidade . . . 65

5.3.2 Custo Ambiental . . . 65

5.4 Viabilidade de Implementac¸ ˜ao . . . 66

6 Conclus ˜ao 73 6.1 Trabalhos Futuros . . . 74

Bibliografia 75

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Lista de Tabelas

3.1 Caracter´ısticas t écnicas dos m étodos de projeç ão utilizados na OGMA . . . 26

4.1 Componentes do robot . . . 32

4.2 Caracter´ısticas da Nanobell 2 . . . 35

4.3 Seleç ão do m étodo de despintura . . . 36

4.4 Massa e posic¸ ˜ao relativa do centro de massa de cada um dos componentes do robot . . 42

4.5 Custos dos componentes dos robots . . . 51

4.6 Custos dos equipamentos de operac¸ ˜ao dos robots . . . 51

4.7 Custo final dos robots . . . 52

4.8 Pot ˆencia dos componentes do robot . . . 53

4.9 Custos com manutenc¸ ˜ao ao longo dos anos para cada robot . . . 54

5.1 Caracter´ısticas das aeronaves de exemplo . . . 55

5.2 Tempo do processo de pintura autom ´atica das aeronaves de exemplo . . . 56

5.3 Tempo do processo de despintura autom ´atica das aeronaves de exemplo . . . 56

5.4 Reduç ão de horas-homem com o sistema autom ático: pintura . . . 60

5.5 Reduç ão de horas-homem com o sistema autom ático: despintura . . . 61

5.6 Consumo de tinta, com o processo manual e autom ´atico, para um AMGP . . . 62

5.7 Consumo de tinta, com o processo manual e autom ´atico, para um AEMP . . . 62

5.8 Quantidade de material de isolamento economizada com o sistema autom ´atico . . . 62

5.9 Quantidade de despintor e água n ão utilizados com o sistema autom ático . . . 62

5.10 Valor por litro das tintas e produto despintor aplicados . . . 63

5.11 Diferenc¸a nos custos de pintura com o processo autom ´atico . . . 64

5.12 Diferenc¸a nos custos de despintura com o processo autom ´atico . . . 64

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Lista de Figuras

1.1 Vista a érea das instalaç ões da OGMA . . . 2

1.2 Construc¸ ˜ao do hangar de pintura da OGMA . . . 3

1.3 Estimativa da evoluçao do n úmero de avi ões em operaç ão . . . 4

2.1 Aeronave civil na fase final do processo de pintura . . . 7

2.2 Diagrama do processo de manutenc¸ ˜ao do revestimento de uma aeronave . . . 8

2.3 Esquema das camadas que comp ˜oe o revestimento do avi ˜ao . . . 9

2.4 Despintura qu´ımica de uma aeronave . . . 10

2.5 Despintura mec ˆanica de uma aeronave . . . 12

2.6 Despintura a laser de uma aeronave . . . 12

2.7 Variaç ão do n úmero de robots ao longo dos anos . . . 15

2.8 Automated Spray Method em ac¸ ˜ao . . . 19

2.9 Robotic Aircraft Finishing System em ac¸ ˜ao . . . 20

2.10 Advanced Robotic Laser Coating Removal System em ac¸ ˜ao . . . 21

3.1 Diagrama com as etapas do processo de despintura . . . 23

3.2 Diagrama com as etapas do processo de pintura . . . 25

3.3 M étodos de aplicaç ão de tinta . . . 27

4.1 Esboc¸o da estrutura autom ´atica selecionada . . . 30

4.2 Representaç ão gr áfica daquilo que ser á o Laser Coating Removal . . . 31

4.3 Representaç ão gr áfica do robot . . . 32

4.4 Principais dimens ˜oes do robot . . . 33

4.5 Taxas de transfer ˆencia de v ´arios tipos de pistolas . . . 34

4.6 Rotary Bell selecionada para aplicar no robot, Nanobell 2 . . . 35

4.7 Laser selecionado, produzido pela CleanLaser . . . 37

4.8 Sensor laser rotativo BEACON . . . 38

4.9 Trajet ´oria do robot em torno do avi ˜ao . . . 40

4.10 Exemplo da divis ão da superf´ıcie do avi ão em v árias faixas . . . 41

4.11 Forc¸as que atuam sobre o robot em repouso . . . 41

4.12 Forc¸a resultante no movimento do robot . . . 42

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4.14 Trajet ´orias de pintura . . . 44

4.15 Sequ ˆencia de despintura das faixas do avi ˜ao . . . 46

4.16 Gr áfico da velocidade em funç ão do tempo das deslocaç ões do robot . . . 48

5.1 Distribuiç ão temporal pelas v árias etapas da pintura de um AMGP . . . 57

5.2 Distribuiç ão temporal pelas v árias etapas da pintura de um AEMP . . . 57

5.3 Distribuiç ão temporal pelas v árias etapas da despintura de um AMGP . . . 57

5.4 Distribuiç ão temporal pelas v árias etapas da despintura de um AEMP . . . 57

5.5 Tempo de aplicaç ão de tinta, com o processo manual e autom ático, para um AMGP . . . 58

5.6 Tempo de pintura de um AMGP com o processo manual e autom ´atico . . . 59

5.7 Tempo de aplicaç ão de tinta, com o processo manual e autom ático, para um AEMP . . . 59

5.8 Tempo de pintura de um AEMP com o processo manual e autom ´atico . . . 59

5.9 Tempo de despintura de um AMGP com o processo manual e autom ´atico . . . 60

5.10 Tempo de despintura de um AEMP com o processo manual e autom ´atico . . . 60

5.11 Precis ˜ao da espessura do revestimento aplicado manual e automaticamente . . . 65

5.12 Comparaç ão dos res´ıduos gerados atrav és da despintura qu´ımica e a laser . . . 66

5.13 Nº de avi ˜oes a intervencionar para recuperar o investimento inicial - pintura . . . 67

5.14 Nº de avi ˜oes a intervencionar para recuperar o investimento inicial - despintura . . . 67

5.15 Nº de avi ões a intervencionar para recuperar o investimento inicial - pintura e despintura 67 5.16 VAL para o projeto de implementaç ão do sistema de pintura autom ática . . . 69

5.17 VAL para o projeto de implementaç ão do sistema de despintura autom ática . . . 69

5.18 VAL para o projeto de implementaç ão do sistema de pintura e despintura autom ática . . 70

5.19 Variaç ão do VAL em relaç ão à taxa de desconto . . . 71

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Lista de S´ımbolos

a Acelerac¸ ˜ao

Aaviao Área da Superf´ıcie do Avi ão Apass Área Coberta por uma Passagem CF0 Cash Flow de Investimento

CFi Cash Flow do Ano i

d Dist ˆancia

DF T Dry Film Thickness F Forc¸a M ´axima

j Velocidade de Despintura do Laser Lvao Largura da Faixa

m Massa Total do Robot N Força de Reaç ão Normal P Pot ência

P C Pratical Coverage Qt Quantidade de tinta

r Taxa de Desconto

Sh Proporc¸ ˜ao de Superf´ıcies Horizontais

Sv Proporc¸ ˜ao de Superf´ıcies Verticais

SV R Solid Volume Ratio tdesp Tempo de Despintura tpass Tempo de uma Passagem T E Transfer Eficiency

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T C Theoretical Coverage

Vh Velocidade de Pintura para Superf´ıcies Horizontais

Vv Velocidade de Pintura para Superf´ıcies Verticais

W Trabalho

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Gloss ´ario

AEMP Avi ão Executivo de M édio Porte AMGP Avi ão Militar de Grande Porte APR Automatic Paint Robot

ARLCRS Advanced Robotic Laser Coating Removal System

ASM Automated Spray Method ATEX ATmosphere EXplosibles CEO Chief Executive Officer

CLP Controlador L ´ogico Program ´avel DFT Dry Film Thickness

EPI Equipamento de Proteç ão Individual FTPP Ficha T écnica do Produto de Pintura HH Hora-homem

HVLP High Volume Low Pressure LCR Laser Coating Removal MPW Medium Pressure Water

MRO Maintenance, Repair and Overhaul PC Pratical Coverage

PMB Plastic Media Blasting

PRI Prazo de Recuperac¸ ˜ao do Investimento RAFS Robotic Aircraft Finishing System SVR Solid Volume Ratio

TC Theoretical Coverage TE Transfer Eficiency TIR Taxa Interna de Retorno USAF United States Air Force VAL Valor Atual L´ıquido

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Cap´ıtulo 1

Introduc¸ ˜ao

Globalizaç ão deixou de ser um conceito difuso do futuro para ser a realidade do presente, num Mundo em constante evoluç ão. O avi ão, como meio de transporte r ápido, seguro e moderno, afigurou-se como um dos principais ve´ıculos impulsionadores da globalizaç ão. Nos dias de hoje, a aviaç ão desempenha um papel essencial na sociedade, comprimindo tempo e espaço, rompendo fronteiras e negando a geografia como um obst áculo.

A pintura é, geralmente, a primeira impress ão que é transmitida para algu ém quando olha para uma aeronave pela primeira vez. Al ém disso, o revestimento org ânico protege a estrutura da aeronave, permitindo que opere em condiç ões de segurança. Durante a vida útil do avi ão, a pintura pode ser aplicada e removida por v árias vezes para garantir a sua boa condiç ão ou para alterar a personalizaç ão exterior da aeronave, como acontece, por exemplo, quando o aparelho muda de operadora a érea.

Apesar de em outras ind ústrias o processo de pintura j á ser completamente automatizado h á mais de 50 anos, a manutenç ão do revestimento de uma aeronave continua a ser, na sua maioria, realizada de forma manual. No entanto, o aumento do n úmero de aeronaves e a forte concorr ência neste setor faz com que, cada vez mais, as empresas que intervencionam os avi ões procurem soluç ões para melhorar a área da despintura e pintura.

´

E com este objetivo em mente que a OGMA, empresa portuguesa que se dedica à manutenç ão de aeronaves, aceitou fazer uma parceria para a realizaç ão desta dissertaç ão de mestrado com o objetivo de encontrar uma soluç ão autom ática para a pintura e despintura da empresa e estudar o impacto que a sua implementaç ão causaria na mesma.

1.1 OGMA-Ind ´

ustria Aeron ´autica de Portugal

A ’OGMA – Ind ústria Aeron áutica de Portugal’ é uma empresa sediada em Alverca que se de-dica à prestaç ão de serviços de manutenç ão de aeronaves, bem como à fabricaç ão de estruturas aeron áuticas.

Esta organizaç ão, j á centen ária, surge a 29 de Junho de 1918, com a designaç ão de ’Parque de Material Aeron áutico’, ao abrigo da reorganizaç ão do ’Serviço Aeron áutico Militar’. Inicialmente, o

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’par-que’ tinha como objetivo fabricar, guardar e fornecer material aeron áutico, bem como formar mec ânicos especializados no ramo da aeron áutica. Dez anos depois, o nome é alterado para ’Oficinas Gerais de Material Aeron áutico’, designaç ão que originou o atual acr ónimo adotado pela empresa.

Nos primeiros tempos, a OGMA atuava sobretudo na construç ão, sob licença, de v árias aeronaves utilizadas pela Força A érea Portuguesa. Em 1955 surge o primeiro contrato internacional, com a Mari-nha dos EUA, e, 4 anos mais tarde, com a Força A érea do mesmo pa´ıs. Em 1966, a empresa inicia-se nos serviços de manutenç ão com os avi ões C-130 e P-3 Orion e os helic ópteros Puma e Alouette. Em 1993, a OGMA torna-se um Centro de Manutenç ão Autorizado Rolls-Royce para a reparaç ão de motores desta marca.

´

E em 2004 que se d á uma importante mudança no percurso da OGMA: 65% da empresa passa a ser detida pelo grupo Embraer, um dos maiores fabricantes de avi ões no panorama Mundial. Os restantes 35% continuam a pertencer ao estado portugu ês, atrav és da empresa Empordef.

Atualmente, a OGMA ocupa uma ´area superior a 440 000 m2 _{e conta nos seus quadros com mais}

de 1700 colaboradores. Com a integraç ão no grupo Embraer, a área de Manutenç ão, Reparaç ão e Re-vis ão Geral (MRO) passou a intervencionar tamb ém avi ões ciRe-vis, obtendo certificaç ão para v ários tipos de avi ões desse fabricante. Tamb ém a área de fabricaç ão de aeroestruturas cresceu, posicionando-se como fornecedor de v árias empresas de renome no ramo aeron áutico, como a Boeing, Airbus, Lockheed Martin, etc.. Mais recentemente, a OGMA passou a fabricar parte dos componentes do novo avi ão KC-390, lançado pela Embraer [1].

Figura 1.1: Vista a érea das instalaç ões da OGMA [1]

1.1.1 Instalac¸ ˜

oes e Equipamentos

Na OGMA, a área de MRO representa aproximadamente 70 % da receita total. A pintura e despin-tura de aeronaves, sendo uma etapa fundamental no processo de manutenç ão aeron áutica, represen-tam, portanto, um ponto de m áximo interesse para a continuidade dos bons resultados que a empresa tem vindo a alcançar [1].

Com o objetivo de melhorar as condiç ões para a pintura e despintura das aeronaves, mas tamb ém com a firme intenç ão de alavancar esta área na busca de novas oportunidades de neg ócio, a OGMA investiu na construç ão de um hangar de pintura (Figura 1.2). A n´ıvel tecnol ógico, foram avaliadas e

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implementadas v árias soluç ões que permitissem otimizar o uso do hangar, como por exemplo soluç ões de iluminaç ão LED, de tratamento de ar atrav és da recuperaç ão do calor depositado e de tratamento de efluentes (res´ıduos provenientes da pintura). No entanto, aquilo que representa um maior avanço relativamente à forma como se pintavam as aeronaves na OGMA anteriormente é, sem d úvida, o sis-tema de circulaç ão de ar Down-draft, em que o ar é insuflado pelo topo da cabine e extra´ıdo por baixo, promovendo uma melhor deposiç ão da tinta e, consequentemente, aumentando a qualidade do produto final.

Figura 1.2: Construc¸ ˜ao do hangar de pintura da OGMA [1]

O hangar est á preparado para receber aeronaves de pequeno e grande porte (alcança a pintura de um A321), por vezes at é em simult âneo j á que podem existir duas naves separadas, uma de maior e outra de menor dimens ão, al ém da possibilidade de efetuar intervenç ões em peças soltas nas v árias estufas de pintura de dimens ões inferiores, existentes numa das laterais do hangar. Todo este espaço pode tamb ém funcionar como estufa, o que acelera e otimiza o processo de secagem das tintas aplica-das. O hangar conta ainda com uma zona de preparaç ão de produtos de pintura e uma área de apoio à manutenç ão. Esta infraestrutura ficou pronta em Julho de 2016 e representou um investimento de oito milh ões de euros [2].

1.1.2 Avi ˜

oes Intervencionados

O hangar de pintura da OGMA foi constru´ıdo tendo em conta, n ão s ó as dimens ões das aeronaves que habitualmente realizam a manutenç ão na empresa, mas tamb ém outras que poder ão vir a faz ê-lo no futuro.

Dentro do ramo da aviaç ão civil, destacam-se as fam´ılias de avi ões Embraer ERJ e Embraer E-Jets. Tamb ém a fam´ılia de avi ões A-320 da Airbus e os jatos executivos Dassault Falcon podem vir a ser intervencionados neste espaço.

No ramo da aviaç ão militar destacam-se as intervenç ões nos avi ões C-130 e P-3 Orion, produ-zidos pela Lockheed e as intervenç ões em F-16. Com menos frequ ência, surgem os serviços de manutenç ão em pequenos avi ões militares como os CASA C-212 Aviocar e EADS C-295, bem como pontuais reparaç ões em helic ópteros. Do fabricante Embraer, numa perspetiva de futuro, h á condiç ões para pintar/despintar o recente KC-390 [1].

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1.2 Motivac¸ ˜ao

A aviaç ão, sendo considerada uma área propulsora da globalizaç ão, acaba por ser, igualmente, impulsionada por ela. Assim, tem-se assistido a um aumento do n úmero de passageiros de ano para ano e prev ê-se que o crescimento continue no futuro. Segundo a International Air Transport Association, é esperado que se atinjam 7,2 bili ões de passageiros em 2035, quase o dobro dos 3,8 bili ões de viajantes verificados em 2016. Para dar resposta à procura por voos, tamb ém é esperado que at é 2037 mais que duplique o n úmero de avi ões atualmente em operaç ão (Figura 1.3) [3].

Figura 1.3: Estimativa da evoluçao do n úmero de avi ões em operaç ão [3]

O aumento do n úmero de avi ões, por sua vez, provocou um aumento do volume de neg ócio das empresas de manutenç ão de aeronaves. No entanto, na maior parte destas empresas, o processo de decapagem e pintura continua a ser um processo manual e pouco evolu´ıdo tecnologicamente. Estes m étodos t êm em comum o facto de serem dispendiosos, demorados e produzirem grandes quantidades de efluentes l´ıquidos e gasosos poluentes. Al ém disso, estes m étodos exigem operadores altamente qualificados. [4].

Com a lista de avi ões em espera para ser intervencionados a aumentar e a alta competiç ão no setor, as empresas do setor aeron áutico est ão a procurar soluç ões para melhorar os seus serviços. A dificuldade e esforço f´ısico impl´ıcito nestes trabalhos, a falta de produtividade e as falhas na qualidade do produto final est ão a aguçar ainda mais a necessidade de mudança [5].

´

E aqui que entra a automatizaç ão. Os sistemas automatizados s ão geralmente considerados al-tamente eficientes, melhorando potencialmente a competitividade das empresas em que s ão imple-mentados. Abordando especialmente a área da pintura, a automatizaç ão deste sistema poderia trazer grandes benef´ıcios, tanto para as empresas como para os operadores. A aplicaç ão de tinta de forma robotizada pode levar a reduç ões de material na ordem dos 30 a 50%, o que significaria tamb ém uma reduç ão de peso acrescentado ao avi ão pelo seu revestimento e, consequentemente, melhorias na efici ência de operaç ão da aeronave [6].

Assim, este estudo vai de encontro às pretens ões do mercado, constituindo um apoio para a an álise ao investimento num sistema de pintura e despintura autom ática, tanto para a OGMA, como para outras

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empresas que se dediquem à manutenç ão do revestimento de aeronaves.

1.3 Objetivos

O principal objetivo do presente estudo é estimar o impacto e calcular a viabilidade da implementa-ç ão de um sistema autom ático para a pintura e despintura de aeronaves numa empresa que se dedique a esse neg ócio.

Para cumprir o objetivo principal, surgem uma s érie de objetivos secund ários. Pretende-se que este estudo encontre uma soluç ão autom ática que v á de encontro às necessidades do trabalho. Pretende-se encontrar um procedimento de operaç ão para a soluç ão automatizada. E, por fim, pretende-se estimar os tempos envolvidos na intervenç ão dos avi ões e os custos de investimento e operaç ão.

1.4 Estrutura da Tese

A presente dissertaç ão de mestrado est á estruturada em seis distintos cap´ıtulos, incluindo este onde é realizada uma breve introduç ão ao tema.

No Cap´ıtulo 2 ser á exposta a revis ão bibliogr áfica sobre o tema desta tese, focando a pintura e despintura na aeron áutica e o estado atual da automatizaç ão na ind ústria em geral e neste setor em particular.

No Cap´ıtulo 3 ser á feita uma descriç ão do estado atual do processo de pintura e despintura de aeronaves na OGMA.

No Cap´ıtulo 4 ser á explorada a melhor soluç ão de automatizaç ão do sistema de pintura e despintura da OGMA. Ap ós se obter uma proposta de soluç ão, ser á idealizado um procedimento de atuaç ão e um estudo dos tempos e custos associados à operaç ão.

No Cap´ıtulo 5 ser á apresentado um estudo sobre o impacto que a implementaç ão do sistema de pintura e despintura automatizada provocaria na empresa, bem como uma an álise de viabilidade a este investimento.

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Cap´ıtulo 2

Estado d’Arte

2.1 Pintura e Despintura de Aeronaves

A superf´ıcie de uma aeronave est á exposta a condiç ões adversas e rigorosas durante o per´ıodo de voo. Assim, o revestimento org ânico da superf´ıcie desempenha um papel preponderante na proteç ão da aeronave contra a corros ão resultante do contacto com o meio ambiente nas referidas condiç ões. Na aviaç ão militar, al ém da proteç ão das superf´ıcies, a pintura desempenha ainda um relevante papel na camuflagem do avi ão, tornando-o mais dif´ıcil de detetar pelos radares inimigos durante as miss ões. J á na aviaç ão civil, assegurar uma boa apar ência est ética da aeronave é uma das funç ões da pintura, tal como a sinalizaç ão atrav és de ins´ıgnias de segurança e as personalizaç ões finais que identificam a companhia a érea para a qual o avi ão opera. Al ém do j á mencionado, o revestimento org ânico da aero-nave torna mais f ácil a manutenç ão e lavagem da mesma, conferindo-lhe uma menor vulnerabilidade à sujidade e ao óleo [7–9].

Figura 2.1: Aeronave civil na fase final do processo de pintura [10]

Pese embora uma correta aplicaç ão da tinta e uma boa qualidade da mesma possa aumentar o tempo de vida útil do revestimento da aeronave, os m étodos e tecnologias utilizados atualmente para pintar um avi ão t êm uma validade inferior a uma d écada, normalmente de 5 a 6 anos [11]. Ap ós este per´ıodo começa-se a verificar deterioraç ões na tinta como fissuras ou falta de ader ência da tinta, o que

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pode p ôr em causa a sua efici ência na proteç ão das superf´ıcies. Isto acontece devido à aç ão de agentes ambientais e ir á depender de v ários fatores como a agressividade do meio em que a aeronave voa e a quantidade de horas de operaç ão [12]. Assim, chegado o fim do per´ıodo de vida útil do revestimento org ânico do avi ão, surge a necessidade de realizar a remoç ão da pintura antiga e a aplicaç ão de uma nova.

A manutenç ão do revestimento de uma aeronave é um processo extenso e n ão envolve apenas a remoç ão e a aplicaç ão da tinta. Todos os trabalhos seguem procedimentos que est ão bem especifica-dos em manuais t écnicos. Segundo o manual t écnico da Força A érea especifica-dos Estaespecifica-dos Uniespecifica-dos da Am érica (USAF) [9] o processo é composto por: preparaç ão para a despintura, despintura, preparaç ão e trata-mento da superf´ıcie para pintura, pintura e, por último, inspeç ão do revestitrata-mento org ânico de pintura aplicado (Figura 2.2).

Figura 2.2: Diagrama do processo de manutenc¸ ˜ao do revestimento de uma aeronave

A preparaç ão para a despintura envolve a limpeza da aeronave e o isolamento das superf´ıcies que n ão podem entrar em contacto com os qu´ımicos que normalmente s ão utilizados nos processos de despintura. J á a preparaç ão para a pintura é considerada como uma das etapas mais importantes para atingir um bom resultado final neste processo, uma vez que uma superf´ıcie suja ou engordurada n ão permitir á uma pintura de qualidade [8].

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A operaç ão de decapagem do revestimento antigo da aeronave é dado o nome de despintura. Al ém da manutenç ão de rotina, segundo a refer ência [13], a pintura original de uma aeronave deve ser removida caso:

• a superf´ıcie de um painel ou ´area da aeronave apresente a pintura deteriorada;

• a tinta ou outros materiais para reparo de um defeito n ˜ao sejam compat´ıveis com os materiais utilizados na pintura existente, impedindo assim o retoque;

• haja suspeitas ou evid ˆencias de corros ˜ao sob uma camada de tinta aparentemente em bom es-tado.

Existem v árias formas de executar o processo de despintura de uma aeronave. No entanto, o m étodo mais utilizado é a despintura qu´ımica, no qual decapantes qu´ımicos s ão aplicados na superf´ıcie do avi ão [9].

Depois da remoç ão do revestimento da aeronave, é feita uma cuidadosa inspeç ão para detetar fissu-ras ou outros danos causados pela corros ão ou por qualquer outro motivo ligado à utilizaç ão da mesma. Muitas vezes, o facto da aeronave estar despintada é aproveitado para a realizaç ão de intervenç ões de manutenç ão ou reparaç ões mais profundas. Ap ós isto, a aeronave ter á de ser pintada novamente.

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Na pintura de aeronaves, na grande maioria dos casos, a tinta é aplicada a spray com um sistema de baixa press ão e alto volume (conhecido pelo termo em ingl ês, High Volume Low Pressure), respons ável por criar uma camada muito fina de pintura. No entanto, existem outros equipamentos habilitados para pintar um avi ão [9].

Geralmente, o revestimento final da aeronave é composto por tr ês camadas: tratamento de su-perf´ıcie (pr é-tratamento), prim ário e tinta de acabamento (Figura 2.3). O pr é-tratamento é, normal-mente, um composto qu´ımico à base de cromatos que é aplicado no metal da superf´ıcie, formando uma pel´ıcula de convers ão (cromataç ão). Posteriormente aplicam-se os revestimentos org ânicos: o prim ário (em ingl ês primer ), de base resina ep óxi ou poliuretano, e a tinta de acabamento (em ingl ês topcoat), de base resina poliuretano ou polisulfito. Devido a aspetos de segurança, costumam ainda ser pintadas no exterior da aeronave v árias ins´ıgnias e sinalizaç ões. Por motivos est éticos e publicit ários, ao topcoat podem tamb ém ser acrescentados esquemas que identifiquem a companhia a que pertence o avi ão [14].

Figura 2.3: Esquema das camadas que comp ˜oe o revestimento do avi ˜ao

A tinta, geralmente, apresenta tr ês componentes: resina como material de revestimento, pigmento para a cor e solventes para reduzir a mistura a uma viscosidade vi ável. Na aeron áutica a escolha da tinta é um processo que deve ser criterioso j á que o revestimento enfrenta condiç ões peculiares como grandes variaç ões de temperatura e press ão, tempestades de granizo, res´ıduos da pista e derrames de óleo e de combust´ıvel. Assim, as tintas a aplicar à aeronave devem ser as recomendadas pelo fabricante da mesma, sob pena do revestimento ficar danificado com a operaç ão do avi ão, ou at é causar danos na superf´ıcie do mesmo. A aplicaç ão da tinta deve ainda ser feita por t écnicos especializados e seguir as condiç ões de pintura recomendadas pelo fabricante da mesma, tais como a temperatura, humidade relativa, ventilaç ão do espaço, equipamentos apropriados e ordem de aplicaç ão [12].

Pintar uma aeronave comercial pode demorar cerca de 15 dias, dependendo do tamanho da fusela-gem e de qu ão complicado é o esquema de cores adotado pela companhia a érea [11].

Apesar do car ácter utilit ário da pintura de uma aeronave, a tinta provoca um aumenta de peso à mesma. Por isso, é importante que sejam cumpridas as espessuras m áximas e m´ınimas aprovadas pelo fabricante, sob pena do avi ão ficar com a distribuiç ão de peso afetada [7]. Por exemplo, o avi ão Airbus A380, que possui uma superf´ıcie exterior de 4400 m2_{, requer tr ês camadas de tinta que pesam}

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2.1.1 M ´etodos e Equipamentos de Despintura

A finalidade do processo de despintura de uma aeronave é a remoç ão completa das camadas de tinta sem que ocorra qualquer dano nas superf´ıcie em que estas est ão aplicadas. Antes de se iniciar o processo, para se escolher o m étodo de despintura mais adequado, deve ser assegurado um equil´ıbrio entre o m áximo poder de remoç ão e a m áxima proteç ão para o equipamento que vai sofrer a despintura. Uma grande variedade de materiais e m étodos podem remover os sistemas de revestimento. Os m étodos mais usuais na ind ústria aeron áutica t êm sido a despintura qu´ımica e mec ânica. No entanto, a despintura ótica, recorrendo à tecnologia laser, começa a ser cada vez mais explorada e at é utilizada por v árias organizaç ões que fazem despintura de aeronaves. De seguida ser á explicado em que consiste cada um dos m étodos acima referidos, tendo por base as indicaç ões do manual t écnico da USAF [9].

Despintura Qu´ımica

A decapagem atrav és de produtos qu´ımicos é a mais antiga e usual t écnica de remoç ão de tinta. Este tipo de despintura foi especialmente desenvolvido para superf´ıcies met álicas.

Primeiramente, a superf´ıcie estrutural é lavada para remover a sujidade, gordura, óleo e outras poss´ıveis fontes de contaminaç ão do processo de despintura. Os componentes e materiais que n ão precisam/podem ser despintados, como por exemplo a borracha, silicone, cola, adesivos, pl ástico, ma-teriais comp ósitos e componentes eletr ónicos ou avi ónicos, como equipamentos de radar e antenas, s ão removidos ou cobertos com fita de alum´ınio antes de ser aplicado o despintor qu´ımico. O decapante é pulverizado ou espalhado com escovas ou rodos na superf´ıcie da tinta a ser removida e é deixado a amolecer e a levantar as camadas de revestimento. Este processo pode variar entre 10 minutos e v árias horas, dependendo da temperatura, humidade, efici ência do despintor e condiç ões da pintura que est á a ser removida. A tinta amolecida e o excesso de solvente s ão ent ão removidos utilizando raspadores de borracha dura e jato de água. O despintor é reaplicado, caso necess ário, em áreas em que a pintura n ão tenha cedido, repetindo o processo acima. Ap ós tr ês aplicaç ões, caso a pintura n ão tenha sa´ıdo na totalidade, é necess ário recorrer ao m étodo de despintura mec ânica para finalizar o processo de remoç ão.

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As principais vantagens da utilizaç ão deste m étodo s ão o pouco investimento em equipamento e o excelente resultado final, quando todos os procedimentos s ão cumpridos. Al ém disso, este m étodo n ão necessita de m ão de obra muito especializada, sendo composto por procedimentos acess´ıveis a qualquer operador.

J á as desvantagens formam uma longa lista. Em primeiro lugar, este m étodo gera um grande volume de efluentes l´ıquidos e gasosos poluentes que necessitam de ser tratados e que podem ser prejudiciais para a sa úde dos t écnicos caso ocorra o contacto direto. Como resultado, a ind ústria aeron áutica foi forçada a tomar medidas que restringissem a decapagem qu´ımica com decapantes com base em diclorometano e a fornecer melhores condiç ões aos trabalhadores a n´ıvel de ventilaç ão e EPIs (Equipamentos de Protecç ão Individual) no local de trabalho.

Al ém disto, a despintura qu´ımica é incompat´ıvel com superf´ıcies em comp ósito, material que é cada vez mais utilizado na ind ústria aeron áutica. Mesmo o alum´ınio, superf´ıcie em que supostamente este m étodo é mais eficaz, pode ser danificado se ficar demasiado tempo em contacto com o decapante.

Por fim, este m étodo requer o devido isolamento de todas as áreas sens´ıveis ao decapante ou à humidade, sob pena dessas superf´ıcies ou componentes ficarem danificados [17].

Despintura Mec ˆanica

Em alternativa à via qu´ımica, caso esta seja impratic ável por quest ões legais, complexidade estru-tural ou devido à fraca resist ência qu´ımica do material em si, como é o caso dos comp ósitos, opta-se pelos m étodos mec ânicos.

O processo mec ânico de remoç ão de tinta recorre à utilizaç ão de lixas, à projeç ão de part´ıculas abrasivas ou à projeç ão de um jato de água.

A mais recente tecnologia de projeç ão, Plastic Media Blasting (PMB), foi criada com o intuito de substituir a decapagem qu´ımica, e é referenciada por ser uma via mais econ ómica, r ápida e segura. Este m étodo utiliza part´ıculas de pl ástico, projetando-as a uma press ão entre 0,28 e 0,41 M P a, a cerca de 30 a 60 cm da superf´ıcie que se pretende despintar. O material abrasivo pode ser reutilizado pelo menos dez vezes (caso haja um sistema de recolha e de separaç ão), o que gera menos res´ıduos face ao uso dos decapantes qu´ımicos [17].

Outro m étodo mec ânico autorizado para as aeronaves militares é o Medium Pressure Water (MPW), que consiste na projeç ão de um jato, composto por uma soluç ão aquosa de bicabornato de s ódio, na superf´ıcie que se pretende despintar. Normalmente utiliza-se uma press ão a rondar os 100 M P a, com um fluxo de 11 litros por minuto, a 5 a 10 cm da superf´ıcie que se pretende despintar. Este m étodo é frequentemente utilizado como complemento ao m étodo qu´ımico, nomeadamente para limpeza da aeronave ap ós a atuaç ão dos decapantes [17].

Embora os processos mencionados sejam autorizados e utilizados na ind ústria aeron áutica, a de-capagem mec ânica tem diversos inconvenientes, tais como necessitar de um investimento elevado em equipamentos, requerer profissionais qualificados e envolver riscos consider áveis de danificar o metal, o que pode levar à necessidade de reparaç ão ou substituiç ão do componente se o grau de degradaç ão for elevado [19].

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Figura 2.5: Despintura mec ˆanica de uma aeronave [18]

Despintura ´Otica

Um laser é um dispositivo que amplifica as ondas de luz e as concentra num único feixe de energia estreito e intenso. Atrav és desta tecnologia, os sistemas baseados em laser s ão usados em muitas aplicaç ões em setores t ão diversos como a medicina, a metal úrgica e a eletr ónica.

A remoç ão de pintura a laser é uma tecnologia recente que é vista como uma alternativa aos m étodos de despintura atualmente em uso. A energia do laser é focada na superf´ıcie e é absorvida pelo revestimento, resultando na decomposiç ão e remoç ão da pintura, causando apenas um aumento m´ınimo na temperatura do substrato [17, 19].

Dentro da tecnologia de remoç ão de pintura a laser existem v árias t écnicas e equipamentos. Assim, existem lasers que removem a pintura atrav és da vaporizaç ão da mesma, enquanto outros fazem com que a camada de tinta simplesmente se “solte” da superf´ıcie em que foi aplicada. No primeiro m étodo, ondas cont´ınuas vaporizam camadas finas do sistema de revestimento que sofrem combust ão assim que entram em contacto com o oxig énio da atmosfera, ou seja, os lasers de onda cont´ınua aplicam energia por um longo per´ıodo de tempo, aquecem o material e queimam-no. Como é f ácil danificar o substrato, os lasers de onda cont´ınua exigem treino, controlos e diagn ósticos extensivos para remover tinta com segurança. J á o outro m étodo, atrav és de feixes n ão cont´ınuos, ou de pulso, cria uma onda de choque na camada de pintura que provoca fissuras no resto do revestimento, levando à sua remoç ão [22].

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A remoç ão do revestimento a laser é um processo que pode ser aplicado numa grande varie-dade de substratos, incluindo metal, comp ósitos e pl ásticos, o que constitui uma grande vantagem em comparaç ão com m étodos em que o mesmo n ão se verifica. Al ém disso, foi demonstrado nos últimos anos que um sistema de remoç ão de revestimento assistido por laser tem o potencial de ofe-recer melhorias ambientais significativas e uma grande reduç ão dos res´ıduos causados pelo processo de despintura. Por fim, apesar do grande investimento que tem de ser feito no equipamento, a despin-tura a laser tem custos operacionais muito reduzidos, o que resulta em ganhos que podem facilmente compensar o esforço inicial.

Como maior desvantagem é apontado o facto desta tecnologia ser relativamente recente e, portanto, n ão haver um grau de conhecimento como aquele que se possui na área da despintura qu´ımica ou mec ânica [21, 22].

2.1.2 M ´etodos e Equipamentos de Pintura

Existem v ários m étodos para a aplicaç ão de tinta numa aeronave e nos seus componentes. Entre os mais comuns est ão a imers ão, pincelagem e pulverizaç ão com pistola. Apesar de todos estes m étodos poderem ser utilizados, é a pulverizaç ão com pistola que é respons ável pela cobertura da maior parte da superf´ıcie do avi ão, devido a ser um m étodo r ápido e que produz camadas de tinta de boa qualidade e uniformidade [9].

Todos os sistemas de pulverizaç ão t êm v árias semelhanças b ásicas: deve haver uma fonte ade-quada de ar comprimido, um reservat ório ou tanque que forneça o material de acabamento e um dispo-sitivo que controle a proporç ão de ar e tinta que s ão ejetados numa nuvem atomizada (spray ) contra a superf´ıcie a ser revestida. Seguidamente ser ão apresentados alguns tipos diferentes de pistolas, bem como as suas principais caracter´ısticas.

Pistola High Volume Low Pressure

Com esta pistola, o material de revestimento é atomizado por um grande volume de ar a baixa press ão. Ou seja, ar a baixa press ão, igual ou inferior a 0,7 bar, é usado para atomizar a tinta na “cabeça” da pistola, enquanto um grande volume de ar empurra o material de revestimento em direç ão

`a mesma, formando um padr ˜ao muito suave e de baixa velocidade.

Durante a aplicaç ão, a pistola HVLP deve ser mantida mais pr óxima da superf´ıcie (max. 15 cm) do que uma pistola de pulverizaç ão de ar convencional, devido à menor velocidade das part´ıculas de tinta. Isto representa uma vantagem na medida em que o pintor pode estar mais pr óximo da superf´ıcie que est á a preencher.

As pistolas HVLP atingem taxas de transfer ência de cerca de 65 a 75 %, o que diminui considera-velmente o excesso de pulverizaç ão (overspray ) quando comparado com as pistolas de tinta convenci-onais, resultando numa cobertura mais consistente e num melhor acabamento geral. A maior taxa de transfer ência tamb ém representa poupanças a n´ıvel da quantidade de tinta gasta [9, 23].

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Pistola Airless

A pistola de spray airless, como o pr óprio nome indica, n ão funciona atrav és da press ão do ar mas sim atrav és da press ão hidr áulica, que é a respons ável pelo fornecimento do material de revesti-mento para a “cabeça” da pistola e de o atomizar, expulsando-o por bicos de pulverizaç ão especiais. Esses bicos podem aumentar at é cem vezes a press ão e s ão respons áveis pela criaç ão do leque de pulverizaç ão.

A aplicaç ão de tintas por este m étodo requer cuidados de segurança redobrados por parte do pintor, devido às elevadas press ões envolvidas. A dist ância entre o bico da pistola airless e a superf´ıcie a ser pintada deve ser entre 25 e 50 cm.

Este m étodo permite a aplicaç ão de tintas com elevadas quantidades de s ólidos por volume sem a necessidade de diluiç ão e em espessuras elevadas. No entanto, estima-se que a taxa de transfer ência se encontre apenas entre os 50 e 65 % [9, 23].

Pistola Eletrost ´atica

Este m étodo de pintura consiste na adiç ão, aos m étodos atr ás descritos, de uma carga ele-trost ática. O produto de pintura est á em contacto com um el éctrodo, percorrido por uma corrente el éctrica, respons ável pela induç ão de uma certa carga eletrost ática neste mesmo material. Desta forma, as part´ıculas de tinta, carregadas eletricamente, s ão atra´ıdas para a peça de trabalho, que tem de se encontrar devidamente ligada à terra. As pistolas para a aplicaç ão de tinta desta forma t êm de ser especialmente concebidas para suportarem as cargas el éctricas, n ão colocando em causa a inte-gridade f´ısica dos t écnicos. O equipamento de pintura eletrost ática pode ser alimentado por uma fonte el étrica externa ou por uma fonte el étrica contida dentro da pr ópria pistola.

Com este m étodo, o excesso de pulverizaç ão é bastante reduzido e as áreas de dif´ıcil revestimento s ão pintadas de maneira mais eficaz. Assim, a taxa de efici ência desta forma de pulverizaç ão encontra-se numa gama entre 65 e 90%.

No entanto, e efic ácia deste m étodo n ão se mant ém constante em todas as superf´ıcies pintadas. Devido ao efeito Faraday, cantos internos, fendas e cavidades s ão prop´ıcios a repelir as part´ıculas de tinta. Al ém disso, a efici ência torna-se mais baixa em materiais comp ósitos que geralmente n ão apresentam uma boa condutividade el étrica [23, 24].

2.2 Automatizac¸ ˜ao na Ind ´

ustria

A automatizaç ão industrial pode ser definida como a “operaç ão controlada automaticamente de um aparelho, processo ou sistema por meio de dispositivos mec ânicos ou eletr ónicos que substituem o trabalho humano”. Basicamente, a automatizaç ão é a substituiç ão do homem pela m áquina para o desempenho de tarefas, o que pode envolver movimento, recolha de dados e tomada de decis ão. A automatizaç ão, portanto, cobre uma ampla matriz de dispositivos, m áquinas e sistemas que v ão desde simples operaç ões de transporte at é aos complexos sistemas de monitorizaç ão e controle utilizados

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nas centrais nucleares [25].

Na “Ind ústria 4.0” é cada vez mais evidente a opç ão pela aplicaç ão nos processos industriais de v árias t écnicas, novas tecnologias e equipamentos espec´ıficos com o objetivo de aumentar a sua efici ência, fiabilidade ou previsibilidade e, assim, acompanhar as tend ências de um mercado onde a concorr ência é cada vez mais intensa. Em suma, o principal objetivo é a criaç ão de condiç ões para produzir o melhor produto com o menor custo.

O intensificar da procura por soluç ões automatizadas é bem representado pelos dados da comerciali-zaç ão de robots industriais a n´ıvel mundial: no ano de 2016 foram instalados cerca de 294 mil unidades, quando em 2012 estes valores tinham sido pouco mais de metade, 159 mil. Este crescimento acentuado deveu-se principalmente à iniciativa de pa´ıses onde o setor autom óvel é parte importante da ind ústria local, como por exemplo o Jap ão, onde existem 1562 robots industriais por cada 10 mil operadores deste ramo [26]. Segundo um estudo realizado em 2018, levado a cabo pela International Federation of Robotics, prev ê-se que em 2020 mais de 3 milh ões de robots industriais ser ão utilizados em f ábricas de todo o Mundo (Figura 2.7). A cumprir-se esta previs ão, a quantidade de robots operacionais mais do que duplicar á em apenas sete anos (2014-2020) [27].

Figura 2.7: Variaç ão do n úmero de robots ao longo dos anos [27]

Esta mobilizaç ão em torno da automatizaç ão de sistemas adv ém dos v ários benef´ıcios que da´ı s ão retirados. Os principais objetivos da automatizaç ão industrial podem ser resumidos nos seguintes pontos [25, 28]:

• Melhorar a Produtividade: Com recurso à automatizaç ão consegue-se um aumento do n úmero de itens produzidos por hora.

• Reduzir o Custo de Produç ão: Utilizando m áquinas e equipamentos autom áticos diminui-se a necessidade de m ão-de-obra humana, reduzindo os custos com pessoal e, consequentemente, o custo de produç ão.

• Aumentar a Qualidade do Produto: Em trabalhos repetitivos, feitos pelos t écnicos, é dif´ıcil man-ter a mesma qualidade em todas as peças, enquanto um sistemas automatizado consegue manman-ter sempre o mesmo padr ão de qualidade.

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• Melhorar as condiç ões de trabalho dos t écnicos: Atrav és da automatizaç ão, trabalhos perigo-sos ou pouco ergon ómicos passam a ser realizados por uma m áquina, passando o operador a ter um papel de supervis ão. Desta forma, aumenta-se a segurança e previnem-se os acidentes no local de trabalho.

• Substituir as inspeç ões peri ódicas e controlos manuais: Na atividade industrial existem v árias operaç ões que s ão complexas para um operador humano, mas que s ão facilmente executadas por um sistema automatizado, como por exemplo o controlo da press ão e temperatura de um local. Desta forma s ão poupados recursos humanos e, na maior parte dos casos, aumenta-se a fiabilidade do processo.

A automatizaç ão é aplicada em v ários setores da produç ão industrial. Em 2016, a n´ıvel Mundial, 70% dos robots em funcionamento encontravam-se nos segmentos da ind ústria autom óvel, eletr ónica e metalo-mec ânica. Na pr ática, isto resulta principalmente em soluç ões para processos de moldagem de chapa, maquinagem, soldadura e pintura [27]. No entanto, s ão v árias as atividades econ ómicas onde a automatizaç ão tem sido aplicada: a ind ústria de mineraç ão, de espaço, de papel, entre outras... O processo de embalagem de produtos em v árias ind ústrias tamb ém é, por norma, um processo automati-zado, desde a confeç ão de embalagens at é à selagem do produto final. Apesar da parte mais vis´ıvel da automatizaç ão estar ligada à rob ótica, tamb ém nas ind ústrias qu´ımicas, petroqu´ımicas e farmac êuticas se nota a utilizaç ão desta ferramenta com o uso de transdutores de press ão, caudal, temperatura entre outras vari áveis pass´ıveis de ser controladas [25].

No passado, os sistemas automatizados eram sistemas fechados que controlavam individualmente cada processo de uma instalaç ão, mas, com o passar do tempo e a evoluç ão da tecnologia, rapidamente se passou para um panorama em que a automatizaç ão se estende a todos os sistemas da planta industrial, fazendo com que estes atuem de uma forma integrada e otimizada, focada no produto final.

Um sistema automatizado é composto pela parte operacional e pela parte de controlo. A parte operacional é a respons ável pela atuaç ão direta no processo, sendo composta pelo conjunto de todos os elementos f´ısicos que tornam poss´ıvel a realizaç ão da tarefa desejada, como por exemplo motores, cilindros, compressores, v álvulas e pist ões, e tamb ém dispositivos de deteç ão e navegaç ão, como sen-sores indutivos, capacitivos, sensen-sores de vis ão ou ultrass ónicos. A parte de controlo é composta pelo conjunto de todos os equipamentos utilizados na programaç ão do sistema. Geralmente é utilizado um CLP (Controlador L ógico Program ável) que é considerado o c érebro da automatizaç ão industrial, j á que é este que estabelece a comunicaç ão com todos os componentes do sistema automatizado de forma a reconhecer as entradas, processar a l ógica e atualizar as sa´ıdas. Neste processo s ão tamb ém aplica-dos v ários dispositivos eletr ónicos, tais como computadores, microcontroladores, Sistemas Digitais de Controlo Distribu´ıdo ou Controlos Num éricos Computorizados [28, 29].

Os robots s ão uma forma particular da automatizaç ão. Na maioria dos casos, esta é a soluç ão mais flex´ıvel e economicamente vi ável para a automatizaç ão de um processo, sem que sejam necess árias grandes alteraç ões no ch ão de f ábrica e podendo estes aparelhos ser rentabilizados em diferentes tarefas. Os robots acabam por ser um meio para a utilizaç ão das ferramentas que lhes s ão aplicadas,

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como pistolas de pintura, garras ou sistemas de soldadura. A utilizaç ão de robots, bem como de outros equipamentos que permitam uma automatizaç ão do sistema de produç ão, implicam, no entanto, custos elevados. Assim, a implementaç ão ou n ão deste processo depende da tipologia e da dimens ão da atividade econ ómica em quest ão, devendo ser bem estudada a sua viabilidade [30].

2.2.1 Pintura e Despintura Automatizada

Dentro da vasta gama de aplicaç ões para os sistemas automatizados, destaca-se a área da pintura. Estima-se que em 2023 este mercado movimente mais de 2700 milh ões de euros, com uma taxa composta de crescimento anual de 10,4% no per´ıodo entre 2016 e 2023. Empresas como a Kawasaki Robotics, ABB, Fanuc, Yaskawa, Kuka Robotics e Durr Systems s ão algumas das l´ıderes de mercado deste setor [31].

Um “Robot de Pintura” distingue-se dos restantes devido a duas caracter´ısticas que, apesar de n ão serem exclusivas, s ão muito pr óprias desta área: s ão constru´ıdos com braços rob óticos à prova de explos ão, para que possam ser utilizados em ambientes inflam áveis como o criado pela pulverizaç ão de tintas, e t êm a capacidade de controlar todos os par âmetros de pulverizaç ão, desde a press ão do ar at é ao fluxo de tinta, contribuindo para a qualidade do produto final [32].

O crescimento evidente na utilizaç ão de robots de pintura é uma consequ ência clara da reaç ão a algumas limitaç ões encontradas no desempenho desta atividade por parte das empresas do setor. Caso n ão sejam providenciadas as devidas condiç ões de segurança, como ventilaç ão das instalaç ões ou EPIs, a aplicaç ão de tinta por pulverizaç ão é uma tarefa que afeta a sa úde e bem-estar dos t écnicos devido à possibilidade de explos ão na combinaç ão de tinta inflam ável e ar, emiss ão de fumos t óxicos no ambiente de pintura e a possibilidade de doenças cancer´ıgenas e problemas de audiç ão devido ao ru´ıdo do bico da pistola de pulverizaç ão. A utilizaç ão de robots vem, tamb ém, contornar a necessidade de pintores altamente qualificados, eliminando os defeitos normalmente encontrados nas superf´ıcies de pintura como os escorridos e o overspray. A estes fatores podem ser somados o aumento de con-sist ência, precis ão e previsibilidade na pintura de grandes componentes dentro de um tempo otimizado, devido à confiabilidade, capacidade e precis ão dos programas desenvolvidos para controlar o robot [32].

Inicialmente, os robots de pintura usavam um princ´ıpio de programaç ão em que o t écnico segurava o braço do robot e o levava pelo caminho necess ário. O robot registava esse caminho e repetia-o. Desta forma, era poss´ıvel que as trajet órias fossem criadas rapidamente, no entanto, esses robots tinham capacidade limitada para ediç ão das mesmas. Assim, foram desenvolvidos programas que permitem uma programaç ão off-line das trajet órias de pintura utilizando apenas uma simulaç ão computorizada do robot, do ambiente de trabalho e do produto a ser pintado.

Existem diversos processos de pintura que podem ser manipulados por sistemas de robots, incluindo tintas à base de solvente e água, bem como tintas de dois componentes e tamb ém tinta em p ó. Cada um deles requer equipamentos de entrega e aplicaç ão diferentes. Os robots podem manusear pistolas de pulverizaç ão atomizadas com ar padr ão, pistolas eletrost áticas e tamb ém rotary-bells eletrost áticas,

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a mais recente tecnologia no que toca à aplicaç ão de tinta [25].

Concluindo, as melhorias introduzidas pelos robots de pintura podem ser resumidas nos seguintes pontos [33, 34]:

• Repetibilidade - Devido à capacidade de programar o robot para pintar continuamente padr ões repetitivos, pode-se garantir que todas as áreas do produto sejam efetivamente cobertas de forma igual. Al ém disso, dificilmente haver á variaç ões significativas entre a pintura de v ários produtos. • Segurança - Os braços de pintura rob óticos evitam a exposiç ão dos t écnicos ao ambiente t óxico

gerado pela aplicaç ão de tinta e aos perigos que significam o manuseamento de pistolas ele-trost áticas.

• Produtividade - Um braço rob ótico pode pulverizar 8 horas por dia sem interrupç ão. Os fun-cion ários precisam de tempo de pausa, podem adoecer e costumam ter dificuldades de concentra-ç ão em tarefas repetitivas.

• Qualidade - A automatizaç ão do processo de pintura traz maior consist ência e menos defeitos para o produto final.

Pese embora as melhorias descritas, a utilizaç ão de robots tamb ém tem alguns constrangimentos, tais como [33]:

• Custo - Um robot de pintura pode ter um alto preço inicial associado. Al ém do custo do produto, podem haver custos adicionais associados à instalaç ão, programaç ão e formaç ão para operar o robot.

• Manutenç ão - Como qualquer dispositivo mec ânico, um robot de pintura exige manutenç ão de rotina para evitar a degradaç ão do equipamento. Al ém disso, podem surgir avarias que exigem reparo e, por isso, aumentam os encargos com manutenç ão.

• Desafios com a Variabilidade de Produtos - A programaç ão dos robots leva algum tempo, pelo que, em atividades em que a forma dos produtos muda frequentemente podem haver algumas dificuldades de implementaç ão.

2.2.2 Automatizaç ão na Aeron áutica

Durante v ários anos, a ind ústria aeron áutica, considerada como uma área tecnologicamente evolu´ı-da, resistiu à vaga de automatizaç ão que invadiu a ind ústria em geral. Esta relut ância à automatizaç ão deveu-se à especificidade deste sector: a grande dimens ão das aeronaves, a alta precis ão requerida e o baixo volume de produç ão fizeram com que a automatizaç ão na aeron áutica fosse um enorme desafio.

No entanto, o aumento da procura de avi ões tem feito com que os principais fabricantes tenham lon-gas listas de clientes em espera, o que significa algumas oportunidades de neg ócio perdidas. Assim, a automatizaç ão da produç ão afigurou-se como uma das medidas a tomar para acelerar o processo e,

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desde ent ão, a ind ústria aeron áutica tem feito esforços no sentido de desenvolver sistemas persona-liz áveis, adapt áveis e capazes de oferecer fiabilidade e precis ão [35].

Devido às caracter´ısticas j á apresentadas, os robots perfilam-se como as ferramentas de menor custo para muitas operaç ões de fabricaç ão aeron áutica: perfuraç ão, fixaç ão (rebitagem), pintura e produç ão de peças em materiais comp ósitos s ão algumas das tarefas j á realizadas por estes equi-pamentos. A juntar a isto, alavancados pelo incessante avanço na tecnologia, surgem os processos de manufatura aditiva e fixaç ão livre de rebites que podem transformar a forma como a aeronave é fabricada [5].

Al ém dos j á mencionados benef´ıcios da automatizaç ão dos processos, este avanço tecnol ógico tem tamb ém o benef´ıcio de atrair clientes e, assim, ganhar terreno face à concorr ência [36].

Os principais fabricantes de avi ões t êm estado atentos às inovaç ões que se t êm verificado no campo da automatizaç ão. A Boeing possui instalaç ões em todo o mundo equipadas com robots de perfuraç ão e fixaç ão. Na área da pintura aeron áutica, esta empresa foi pioneira ao desenvolver um sistema au-tom ático para pintar as asas do seu modelo B-777 (Figura 2.8). O sistema, denominado por Auau-tomated Spray Method (ASM), é composto por dois robots montados em carris e est á a substituir 35 a 40 pin-tores, possuindo ainda a capacidade para aplicar duas tintas diferentes, a diferentes espessuras, ao mesmo tempo [5, 37].

Figura 2.8: Automated Spray Method em ac¸ ˜ao [38]

J á a Airbus planeia fazer grandes investimentos em automatizaç ão para combater os atrasos na entrega de avi ões comerciais. Na sua f ábrica em Cadiz, Espanha, foi recentemente lançado um projeto para implantar robots humanoides para executar tarefas de montagem repetitivas [39].

Tamb ém a Embraer fez uma parceria com o Instituto Tecnol ógico de Aeron áutica, do Brasil, para desenvolver a automatizaç ão na ind ústria aeron áutica. Al ém disso, segundo informaç ões da pr ópria Embraer, os avi ões produzidos na f ábrica brasileira j á s ão pintados de forma autom ática.

Na área que diz respeito a esta dissertaç ão, a pintura e despintura autom ática na ind ústria ae-ron áutica, contam-se ainda muitos outros projetos, alguns ainda em desenvolvimento e outros j á em funcionamento:

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A Lockheed Martin, empresa respons ável pela conceç ão dos avi ões militares F-16 e C-130, entre outros, desenvolveu um sistema de pintura aut ónoma para o seu modelo F-35. Este sistema ficou conhecido como Robotic Aircraft Finishing System (RAFS) e compreende tr ês robots FANUC, cada um com seis graus de liberdade, montados num sistema de carris. Estes robots est ão equipados com longas pistolas de pintura, o que lhes permite atingir todas as superf´ıcies do avi ão a ser pintado (Figura 2.9). O RAFS j á pinta este tipo de avi ões desde 2008 [40].

Figura 2.9: Robotic Aircraft Finishing System em ac¸ ˜ao [40]

Outro projeto nesta área est á a ser desenvolvido por uma start-up holandesa, LR Systems, em cooperaç ão com o Southwest Research Institute. Este projeto est á a tentar juntar a pintura e a des-pintura de um avi ão no mesmo dispositivo rob ótico: o Automatic Paint Robot (APR) e o Laser Coating Removal (LCR) (Figura 4.2) partilham a mesma estrutura f´ısica, com 7 + 3 graus de liberdade. Tanto um como o outro s ão soluç ões de última geraç ão, integradas, escal áveis e totalmente aut ónomas. No caso do APR, a empresa revela que a utilizaç ão deste robot limita simultaneamente o uso excessivo de tinta, reduz o tempo de processamento, diminui a carga de trabalho do pessoal e suporta uma operaç ão cont´ınua 24 horas por dia, 7 dias por semana. Este sistema est á preparado para 7 processos diferentes: lavagem, lixagem, limpeza, pintura por spray, pintura com rotary bell, secagem por raios UV e impress ão. J á no caso do LCR, al ém da capacidade de trabalho sobre-humana, a LR Systems afirma que com a utilizaç ão do seu laser de CO2de alta pot ência, controlado por um ciclo fechado de

300 Hz, resultar á uma despintura r ápida, eficiente e com um ´ındice de poluiç ão muito abaixo do dos m étodos convencionais. A velocidade de despintura atual é de 40 m2_/h_{para uma espessura de tinta de}

180 micr ´ometros. Potencialmente, um sistema de 2 robots LCR a despintar um avi ˜ao C-130 poderiam terminar o trabalho em 11 horas [4].

Nesta área da despintura h á j á projetos que foram implementados com sucesso. E o caso do´ Advanced Robotic Laser Coating Removal System (ARLCRS), desenvolvido pelo National Robotics En-gineering Center e a Concurrent Technologies Corporation para remover os revestimentos dos avi ões da força a érea americana, USAF (Figura 2.10). Este sistema consiste na associaç ão de uma fonte de laser comercialmente dispon´ıvel, um scanner e um sistema de captura de part´ıculas que s ão montados numa base rob ótica m óvel com sensores de monitorizaç ão da superf´ıcie. Uma equipa de robots fun-ciona cooperativamente para remover o revestimentos da aeronave de maneira r ápida e eficiente. Os ARLCRS j á s ão utilizados na despintura de avi ões militares F-16 e C-130. Nestas condiç ões, reduziram

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os dias de operaç ão em mais de 50%: de sete para tr ês dias para os F-16 e de dez para cinco dias para os C-130 [41].

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Cap´ıtulo 3

Pintura e Despintura na OGMA

3.1 Manutenç ão do Revestimento do Avi ão

Na OGMA, os processos de pintura e despintura do exterior da aeronave acontecem, principal-mente, devido à necessidade de desenvolver trabalhos de manutenç ão na estrutura da aeronave. Este processo segue r´ıgidas especificaç ões internas que foram realizadas de acordo com os manuais e especificaç ões t écnicas fornecidas pelos fabricantes dos avi ões intervencionados.

Assim, o avi ão é inicialmente despintado. Findo este processo é deslocado para os hangares de manutenç ão onde permanece v ários dias, semanas ou at é meses, dependendo dos trabalhos a cumprir. Por fim, regressa ao hangar de pintura onde lhe é aplicado um novo revestimento.

Nesse sentido, apesar da OGMA adotar o esquema de manutenç ão recomendado pela Força A érea Americana, j á representado pelo diagrama da Figura 2.2, o processo n ão decorre continuamente, ha-vendo a paragem para manutenç ão entre o processo de pintura e o processo de despintura.

3.1.1 Processo de Despintura

O m étodo de remoç ão de tinta na OGMA é a despintura qu´ımica, auxiliada pela despintura mec ânica em casos em que haja a impossibilidade de aplicar a primeira, ou por requisito contractual com o cliente.

Como mostra o diagrama da Figura 3.1, quando o avi ão chega ao hangar de pintura iniciam-se os trabalhos de preparaç ão do mesmo para a remoç ão da pintura e isolam-se os componentes sens´ıveis aos produtos qu´ımicos. Ap ós isto, aplica-se o produto despintor qu´ımico, remove-se a tinta que foi levantada pelo mesmo e, por fim, aplica-se o tratamento anticorrosivo e removem-se os isolamentos.

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Cada uma destas etapas ser á abordada de seguida, explicitando a sua execuç ão na OGMA, bem como os meios e materiais envolvidos [42].

Preparaç ão do Avi ão

Antes de se iniciar o processo de despintura qu´ımica, ocorre uma inspeç ão da superf´ıcie do avi ão quanto ao seu estado de limpeza, uma vez que a presença de óleo, massa ou outras mat érias estranhas prejudicam a efici ência do produto despintor. Caso a aeronave esteja excessivamente suja é necess ário lavar a sua superf´ıcie antes da aplicaç ão do produto despintor.

A lavagem da aeronave é, por norma, realizada por grupos de duas pessoas, munidos de pistolas com água à press ão, utilizando plataformas manuais e el étricas.

Isolamento

Para remover a pintura da aeronave é necess ário proteger as áreas que n ão devem entrar em contacto com o produto despintor ou com a água utilizada para lavar a superf´ıcie do avi ão e remover o decapante. Por norma, fecham-se todas as janelas, portas e escotilhas da aeronave e isolam-se as frestas entre a estrutura e esses componentes. Outros elementos, como os trens de aterragem, mo-tores, equipamentos hidr áulicos, rolamentos, pneus, borrachas, pl ásticos vedantes, antenas, sistemas avi ónicos e materiais comp ósitos tamb ém devem ser isolados.

Para estas aç ões de isolamento é utilizado papel de alum´ınio, fita de alum´ınio e pl ásticos resistentes ao produto qu´ımico utilizado. Os t écnicos aplicam estes materiais com o aux´ılio de plataformas el étricas e manuais.

Aplicac¸ ˜ao de Despintor e Lavagem

A aplicaç ão do produto despintor inicia-se pela superf´ıcie superior da aeronave, com recurso a uma pistola de baixa press ão. Deixa-se atuar o produto qu´ımico at é que a tinta fica amolecida ou empolada (normalmente este processo demora cerca de uma hora, dependendo do estado do revestimento) e, de seguida, esfrega-se toda a superf´ıcie com uma escova. Neste processo n ão se deve deixar secar o produto despintor sob pena de se tornar dif´ıcil a sua remoç ão e poder originar corros ão na superf´ıcie em que est á aplicado. Se necess ário, aplica-se uma nova camada de despintor nas áreas onde a tinta n ão foi suficientemente amolecida, repetindo-se a escovagem depois da tinta se mostrar amolecida ou empolada. A tinta solta e despintor devem ser removidos da superf´ıcie do avi ão recorrendo a água sob press ão e aquecida a uma temperatura entre 38 e 49º C, começando pela parte de baixo do avi ão at é ao cimo. As operaç ões de despintura repetem-se at é que a tinta seja completamente removida, bem como os cord ões de massa vedante existentes nas juntas da superf´ıcie da aeronave. Ap ós despintura, a aeronave deve ser lavada com uma soluç ão de água e detergente alcalino.

O manuseamento dos produtos qu´ımicos deste procedimento exige a utilizaç ão de Equipamentos de Proteç ão Individual (EPI) tais como luvas de borracha, avental, óculos de proteç ão, m áscara de respiraç ão e botins de borracha, al ém de um fato especial que proteja todo o corpo e vestu ário.