Otimização de custos e recursos hídricos e energéticos em processos de tingimento têxtil

Abstract

RESUMO: A indústria têxtil, um dos setores mais relevantes da economia global, enfrenta o desafio contínuo de conciliar a crescente demanda de produção com a necessidade urgente de adotar práticas sustentáveis. Seus processos de beneficiamento, notadamente o tingimento e o acabamento de malhas, são caracterizados pelo consumo intensivo de recursos hídricos e energéticos, o que acarreta elevados custos operacionais e significativos impactos ambientais. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento e a validação de um modelo matemático de otimização destinado à minimização dos custos de água e energia elétrica, integrando de forma holística os problemas de dimensionamento e sequenciamento de lotes. Para tal, foi formulado um modelo de Programação Linear Inteira Mista (MILP) que representa um sistema produtivo multiestágio, englobando as operações de tingimento, abertura de malha e acabamento, considerando as restrições de capacidade de múltiplas máquinas e as metas de produção para diferentes tipos de fibra. Implementado no ambiente General Algebraic Modeling System (GAMS) e resolvido com o solver IBM ILOG CPLEX, o modelo foi aplicado a um estudo de caso representativo de uma planta industrial de grande porte. A análise dos resultados identificou o processo de tingimento como o centro de custo crítico, respondendo pela maior parcela dos dispêndios. Adicionalmente, uma análise de cenários prospectivos revelou que a reconfiguração estratégica do parque fabril pode gerar uma redução de até 1,95 % no custo total, enquanto a atualização dos parâmetros de consumo hídrico com dados de tecnologias modernas demonstrou um potencial de economia de 72,34 % nos custos de água, evidenciando o impacto da modernização. Conclui-se que o modelo desenvolvido constitui uma ferramenta de apoio à decisão robusta e flexível, capaz de otimizar tanto o planejamento tático-operacional diário quanto a análise de investimentos estratégicos em novos equipamentos. Dessa forma, a pesquisa contribui para o avanço das práticas de gestão na indústria têxtil, demonstrando que a otimização matemática é um caminho viável para alinhar a competitividade econômica com a indispensável sustentabilidade ambiental.

ABSTRACT: The textile industry, one of the most relevant sectors of the global economy, faces the continuous challenge of reconciling growing production demand with the urgent need to adopt sustainable practices. Its finishing processes, notably the dyeing and finishing of knitted fabrics, are characterized by the intensive consumption of water and energy resources, which entails high operational costs and significant environmental impacts. In this context, the main objective of this work was the development and validation of a mathematical optimization model aimed at minimizing water and electricity costs, holistically integrating the problems of lot sizing and scheduling. To this end, a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model was formulated, representing a multi-stage production system that encompasses dyeing, rope opening, and finishing operations, considering the capacity constraints of multiple machines and production targets for different fiber types. Implemented in the General Algebraic Modeling System (GAMS) platform and solved with the IBM ILOG CPLEX solver, the model was applied to a case study representative of a large-scale industrial plant. The analysis of the results identified the dyeing process as the critical cost center, accounting for the largest share of expenditures. Additionally, a prospective scenario analysis revealed that the strategic reconfiguration of the machine park could generate a reduction of up to 1.95 % in total cost, while updating water consumption parameters with data from modern technologies demonstrated a potential saving of 72.34 % in water costs, highlighting the impact of modernization. It is concluded that the developed model constitutes a robust and flexible decision support tool, capable of optimizing both daily tactical-operational planning and the analysis of strategic investments in new equipment. Thus, this research contributes to the advancement of management practices in the textile industry, demonstrating that mathematical optimization is a viable path to align economic competitiveness with essential environmental sustainability.