XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção
Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
DIAGNÓSTICO DO PROCESSO DE
HOMOGENEIZAÇÃO REALIZADO POR
UM SILO CF (CONTROLLED FLOW):
ESTUDO DE CASO EM UMA FÁBRICA
DE CIMENTO PORTLAND
Nathan Louzada Vieira (UNEMAT)
[email protected]
Silmara Gomes Barnabe (UNEMAT)
[email protected]
Eduardo Oenning Soares (UNEMAT)
[email protected]
O
objetivo
deste
trabalho
foi
diagnosticar
o
processo
de
homogeneização realizado por um Silo CF (Controlled Flow), no que
diz respeito a operação dos seus componentes, identificando anomalias
com a utilização de ferramentas destinadas a análise e priorização de
problemas, para assim atuar sobre as causas críticas. Para isso,
inicialmente foi estimado o Fator de Homogeneização, com os dados
percentuais do Fator de Saturação de Cálcio. Para análise das causas
de anomalias foi utilizado primeiramente o método 5W2H, para se
obter uma visão geral do problema. Para análise do funcionamento do
silo foi verificada a perda de carga nos filtros dos cilindros de
aeração, a condição dos sopradores, a situação das tubulações, a
lógica de extração e aeração e as condições das válvulas e orifícios de
extração. Posteriormente foi utilizado o Diagrama de Relações, para
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mostrar especificamente quais causas eram efetivas e a Matriz GUT
para identificar as causas críticas de forma a atuar sobre elas. Além
disso, com a obtenção dos resultados após as correções foram
realizados testes estatísticos para valida-los. Conclui-se que, a
homogeneização realizada pelo Silo CF antes das correções não
estava sendo satisfatória, o Fator de Homogeneização obtido foi de
2,92. Com as correções observou-se uma mudança significativa do
desvio padrão da segunda amostragem para a primeira, resultando em
uma melhoria no processo de homogeneização, observada na redução
do desvio padrão da farinha alimentada de 2,23 para 1,50.
Palavras-chave: Fator de Homogeneização, Análise de Causas,
Priorização
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1 Introdução
No desenvolvimento mundial e nacional, o cimento tem um importante papel, pois é o
principal insumo da construção civil. Isto pode ser observado em nosso dia-a-dia, através da
infraestrutura, sendo fundamental no abastecimento de água, fornecimento de energia,
transportes, combustíveis, comunicação e produção industrial. A indústria brasileira de
cimento é hoje reconhecida internacionalmente pela produção de um cimento de alta
qualidade e por sua excelente performance energética e ambiental, com reduzida emissão de
gases de efeito estufa (SILVA, 1994).
Cimento Portland é a denominação dada mundialmente para o cimento. Este nome foi dado
pelo construtor inglês Joseph Aspdin, que foi quem o criou e o patenteou em 1824. Nesse
período utilizava-se na Inglaterra para construção civil a pedra de Portland (ilha situada no sul
do país). Devido a semelhança da invenção de Aspdin a essa pedra, em termos de cor e
dureza, o mesmo decidiu registra-la com este nome (ABCP, 2012). De acordo com Silva
(1994) a fabricação do Cimento Portland é feita a partir da moagem fina de uma mistura de
proporções adequadas de clínquer, gesso e aditivos. O clínquer por sua vez, é obtido através
do cozimento e resfriamento de uma mistura fina de calcário, argila e corretivos (alumínio,
minério de ferro, etc.) denominada farinha.
A farinha (matéria prima do forno para fabricação de clínquer) é resultado desta mistura que é
dosada adequadamente ao sistema de moagem. O processo de homogeneização desses
componentes inicia-se no recebimento desses materiais, alocados em pilhas e silos de
diferentes conformações, para que sejam minimizados os desvios das composições dos
mesmos. Depois, estes materiais passam por um processo de moagem onde são cominuidos e
misturados e assim armazenados no silo de homogeneização (ABCP, 2012). O silo de
homogeneização auxilia na mistura do material a ser alimentado ao forno, através das suas
diferentes dimensões, aeração e extração, tornando a farinha mais uniforme (SMIDTH, 2011).
Dentre os equipamentos utilizados na fabricação do cimento, o forno constitui o bem de
capital de maior importância dentro do processo. É dentro dele que ocorre a transformação
mais importante, no caso a formação do clínquer. Essa clinquerização depende
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fundamentalmente das características da farinha e é influenciada por uma série de fatores tais
como, a composição mineralógica, composição química, composição granulométrica da
farinha e dos componentes mineralógicos individuais, processo de fabricação, sistema de
operação do forno e pelo grau de homogeneização dos compostos da farinha (DUDA, 1985).
Nesse contexto, o grau de homogeneização da farinha influi diretamente na qualidade do
clínquer. Dessa forma, é muito importante que o equipamento responsável pela
homogeneização, esteja operando de forma adequada, a fim de alcançar uma alta qualidade do
cimento. A homogeneização da farinha é sempre feita em silos, que tem por objetivo
equilibrar a composição química para obter-se um produto de qualidade (SMIDTH, 2011).
O presente trabalho tem como objetivo diagnosticar o processo de homogeneização realizado
por um Silo CF (Controlled Flow) no que diz respeito a operação dos seus componentes,
identificando anomalias com a utilização de ferramentas destinadas a análise de causas de
problemas e priorização atuando assim sobre as causas críticas.
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Produção de Cimento e Silo CF
A maioria dos processos nos dois métodos são idênticos, exceto na preparação de matérias
primas, moagem e homogeneização. Os métodos básicos para produção de cimento são
denominados: via seca –processos executados com o material apresentando umidade muito
baixa – e via úmida – a moagem e a homogeneização (Silo CF) são executadas na presença de
água. No Brasil grande parte das fábricas de cimento utiliza o método via seca,
principalmente pela eficiência energética, pois se utiliza menos calor no processo (SILVA,
1994).
O processo de fabricação de cimento segue uma sequência comum na indústria. Inicialmente
as matérias-primas são extraídas das jazidas, passando por um processo de britagem,
seguindo-se para pré-homegeneização e posteriormente para produção de farinha. A farinha
produzida é homogeneizada e queimada a cerca de 1450 °C, formando assim o clínquer
(denominação dada ao produto desse processo de sinterização). O clínquer devidamente
misturado com gesso e outros aditivos dão origem ao cimento (SILVA, 1994).
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O Silo CF é um sistema de homogeneização contínua, foi desenvolvido pela F.L Smidth
(PROCHNIK; PEREZ; SILVA, 1998). De acordo com este fabricante, tal homogeneização só
é satisfatória se todo volume de material dentro do silo estiver em constante movimento,
obedecendo a uma lógica de extração, garantindo que o material seja extraído de vários
pontos em velocidades diferentes. O fluxo controlado é obtido através da descarga de material
através de várias saídas na base do silo, que operam em vazões diferentes e são misturados em
um pequeno tanque de mistura. Todo processo de extração e feito de forma automática dentro
de uma programação lógica, o que mostra a operação de controle (SMIDTH, 2011).
Como pode ser observado na figura 1, a base do silo é composta por 7 setores hexagonais
idênticos, sendo que no centro de cada setor há uma abertura para extração coberta por um
cone que tem por objetivo aliviar a pressão. Os 7 pontos de extração são subdivididos em 6
segmentos triangulares, logicamente a base do silo contém 42 segmentos que são responsáveis
pela aeração do mesmo. Três segmentos podem ser arejados em conjunto e de forma
independente através de 3 sopradores. Todos os pontos de extração são equipados com
válvulas, que quando abertas, permitem o transporte do material para o silo de mistura com a
ajuda da aeração (SMIDTH, 2011).
Figura 1 – Corte lateral do Silo CF
Fonte: Adaptado de Smidth, 2011
2.2 Diagnóstico
O objetivo de um diagnóstico é verificar quais situações estão ocasionando ou não disfunções
dentro dos processos. De acordo com Pedrosa (2007, p. 3) o diagnóstico “é um verdadeiro
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check-up, uma visão global que indica insuficiências, que permite analisar as instabilidades e
avaliar os desequilíbrios”. Tal definição alude à ideia de que o diagnóstico é uma ferramenta
indispensável para mostrar as desarmonias entre as estruturas da empresa e com isso a mesma
pode solucionar seus problemas. O autor ainda afirma que o diagnóstico é um instrumento
necessário de gestão, ainda que a empresa apresente bons resultados. Analisar
minuciosamente um processo é de suma importância quando se objetiva melhorá-lo, é preciso
conhecer profundamente as atividades que constituem os processos essenciais de uma
organização e os processos que os apoiam, em termos de sua finalidade, pontos de início,
entradas, saídas e influências limitadoras, cita o supracitado autor.
Para diagnosticar corretamente as causas de desvios em processos, é possível utilizar
inúmeras ferramentas, desde a intuição que é muito utilizada e importante devido a rapidez na
identificação do problema, até sofisticadas análises estatísticas (SIQUEIRA, 2012). Neste
trabalho serão utilizadas as ferramentas:
 5W2H: Consiste em equacionar o problema, descrevendo-o por escrito, da forma
como é sentido naquele momento particular, mostrando como afeta o processo, as
pessoas e que situação desagradável o problema causa. Cada item analisado deve
responder as questões: Onde? (Where?), O que? (What?), Quem? (Who?), Quando?
(When?), Por quê? (Why?), Como? (How?), Quanto custa? (How much?)
(MEDEIROS, 2013).
 Diagrama de Relações: Segundo Moura (1994, p. 12) a ferramenta “mostra os diversos
fatores ou itens relevantes em uma situação ou problema complexo”. Indica por meio
de setas as relações lógicas, buscando facilitar o entendimento amplo, identificar os
fatores e as soluções adequadas.
 Matriz GUT: Tem por finalidade a seleção/priorização de problemas, é uma alternativa
para priorizar as ações relacionadas à gestão. A priorização é feita através da
formulação e resposta a três perguntas: (1) Qual a Gravidade (G) do problema?; (2)
Qual a Urgência (U) de se eliminar o problema?; e (3) Qual a Tendência (T) do
problema e seu potencial de crescimento? O passo seguinte consiste em avaliar e
hierarquizar os problemas, considerando-se as três perguntas acima, agora
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consideradas como fatores: G = Gravidade do Problema; U = Urgência para a Solução
do Problema e; T = Tendência de Evolução do Problema com o Tempo. Cada
problema deve ser ponderado de 1 a 5 em cada critério, após a ponderação calcula-se o
resultado G x U x T, estabelecendo parâmetros de prioridades dos problemas a serem
resolvidos. (MEDEIROS, 2013).
3 Metodologia
Este trabalho constitui-se em um estudo de caso que foi realizado em uma fábrica de cimentos
no estado de Mato Grosso. De acordo com Yin (2001) um estudo de caso se trata de uma
investigação empírica e compreende um método abrangente, com a lógica do planejamento,
da coleta e da análise de dados.
Diante das ferramentas de diagnóstico disponíveis para aplicação nas organizações, foi
necessário definir uma sequência estratégica das aplicadas, a fim de alcançar o resultado
esperado. Na Figura 2 é mostrada a sequência de atividades realizadas para fins de
diagnóstico e atuação sobre causas do estudo de caso.
Figura 2 – Sequência das atividades realizadas
Fonte: Autoria prórpia
O Fator de Homogeneização é o termo mais utilizado para avaliar a eficiência de um silo de
homogeneização (DUDA, 1985). Neste trabalho, além da estimativa deste fator foram feitos
testes estatísticos para validar os resultados, utilizando um suplemento do MS Excel o
software estatístico Action 2.4.
A coleta de dados foi realizada por observações diretas, conversas informais não estruturadas
e através de um Brainstorming, onde se pode observar os principais causadores e todo o
processo de homogeneização, identificando onde estavam as anomalias. As medições e
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inspeções foram realizadas periodicamente, fazendo o uso de fichas de observações,
posteriormente os dados foram tabulados e organizados em planilhas eletrônicas.
4 Estudo de Caso
O estudo foi realizado em uma multinacional que atua em diversos segmentos, porém o
estudo foi realizado na unidade do ramo de cimentos. Nesta seção, iremos apresentar um
diagnóstico do processo homogeneização realizado por um Silo CF, aplicando a um caso do
processo de fabricação da farinha da cimenteira “Z” no Estado de Mato Grosso. No decorrer
deste capítulo serão apresentadas breve resumo da aplicação das ferramentas e posteriormente
os resultados e discussões.
4.1 Aplicação das ferramentas
Para aplicação das ferramentas foi formada uma equipe composta por um engenheiro de
produção, um engenheiro químico, um engenheiro eletricista, dois técnicos eletricistas e um
técnico mecânico.
Inicialmente buscou-se identificar o grau de homogeneização feito pelo silo, calculando o
Fator de Homogeneização (H) (DUDA, 1985). Para tanto, foram coletadas 60 amostras de
farinha produzida e farinha alimentada, ou seja, amostras de farinha produzida pelo moinho
de cru e farinha alimentada ao forno. A coleta foi realizada de acordo com o plano de
amostragem da empresa, sendo a cada 2 horas com uma quantidade de 500 g por amostra. As
coletas foram realizadas considerando dias de funcionamento estável do forno, moinho e o
silo com pelo menos o nível mínimo para funcionamento do forno (12000 toneladas). Foi
considerado ainda o tempo de residência do material no silo, que é o resultado da razão da
quantidade de material estocado em toneladas pela capacidade usual vazante em
toneladas/hora.
As amostras foram submetidas a análises químicas de acordo com o padrão operacional da
empresa que tem como referência a NBR 14656. Foram preparadas pastilhas para serem
analisadas no equipamento de Raios-X e obter os teores de CaO, SiO2, Al2O3e Fe2O3
utilizados para o cálculo do percentual de Fator de Saturação de Cálcio (FSC), que é
normalmente utilizado para obtenção do Fator de Homogeneização (figura 3) (DUDA, 1985).
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Figura 3 - Fórmula do Fator de Saturação de Cal (FSC) e Fator de Homogeneização (H)
Fonte: Adaptado de ABCP (2012)
Onde: Fator de Homogeneização (H), Desvio padrão da farinha produzida (Se); Desvio
padrão da farinha alimentada (Ss) e Desvio padrão da análise (As).
Após a identificação do grau de homogeneização, buscou-se formar um mesmo conceito da
equipe a respeito do que estava sendo tratado no estudo. Utilizou-se primeiramente o método
5W2H para obter uma visão geral e inicialmente subjetiva das causas do problema. Com
posse das causas pré-definidas do problema, procurou-se a comprovação destas anomalias.
Assim, estimou-se a perda de carga nos filtros das tubulações de aeração, o funcionamento
elétrico e mecânico das válvulas solenoides, os pontos de vazamento de ar nas tubulações e a
verificação do sequenciamento lógico de extração e aeração. Feitas estas análises foi possível
diagnosticar a situação real dos componentes do Silo CF. Assim pode-se obter uma visão mais
real das causas do problema utilizando o Diagrama de Relações. Definidas as causas do
problema identificaram-se as principais, utilizando a Matriz Gravidade, Urgência e Tendência
– GUT. De acordo com a priorização pode-se atuar sobre a causa e posteriormente verificar o
efeito da correção. Para tanto, foi realizado um novo cálculo do Fator de Homogeneização.
Para validar os resultados obtidos, verificando qual foi o efeito causado pelas correções
realizadas, foi feito o teste F para constatar se houve alteração significativa no processo.
5 Resultados e discussão
A farinha produzida (que sai do moinho de cru e entra no Silo CF) apresentou elevado grau de
dispersão. Muitos valores estão acima de 105% e abaixo de 100%, o ideal seria entre 92% e
96%, considerando um limite de 102%. A fábrica em estudo busca uma FSC em torno deste
limite, com o objetivo de aumentar a quantidade de CaO obtido no processo de
clinquerização. O objetivo do processo de homogeneização é reduzir essa dispersão para
assim obter resultados satisfatórios na produção do clínquer, em termos de qualidade. Já a
farinha alimentada (que sai do silo de homogeneização) apresentou grau de dispersão
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reduzido se compararmos a dispersão da farinha produzida. Contudo a variação ainda está
longe de ser ideal, pois o desvio padrão da farinha alimentada está alto e consequentemente
gera um H fora do padrão (Figura 4).
Figura 4 – Resultado do Fator de Homogeinização
Fonte: Autoria própria
Este resultado ainda está correlacionado a outros agravantes como, por exemplo, o calor
consumido para transformar a farinha em clínquer, que é decorrente principalmente da
descarbonatação do calcário, e esta depende da homogeneidade da farinha e também de outros
fatores como natureza mineralógica das matérias primas e finura. Além disso, uma
homogeneidade deficiente pode aumentar a presença de CaO não combinado (Cal livre), pois,
durante a clinquerização dá origem a concentrações irregulares, e portanto, a formação de
zonas, caracterizadas por cristais de Cal livre primária dispersos ou agrupados, que não
puderam combinar-se por falta de sílica e zonas amplas de belita, com carência de fundentes
nas zonas adjacentes (ABCP, 2012).
É muito complexo determinar um fator típico de referência de homogeneização.
Normalmente, para uma planta com uma mina típica, com pré-homogeneização, atribui-se ao
Silo CF um Fator de Homogeneização entre 6 e 8, o que se define é que, um desvio-padrão na
entrada do silo de 6-8 pode ser reduzido a um desvio padrão na saída de 1 ou um pouco
menos que isso (SMIDTH, 2004).
É válido destacar que se a farinha entra no silo com um desvio padrão baixo (o que não é o
caso), o fator do silo cai porque não se pode reduzir demais o fator na saída. Dado o
problema, a análise das causas foi realizada inicialmente através da aplicação do método
5W2H. O quadro 1 expõe as perguntas e as respostas obtidas.
Quadro 1 – 5W2H, análise das causas
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Fonte: Autoria própria
Com o que foi levantado através do Método 5W2H, procurou-se identificar a situação dos
componentes do Silo CF. Segundo as informações de projeto a injeção de ar no silo
deve ser feita por 3 sopradores com pressão normal de trabalho de 0,8 bar, sendo que
o soprador 1 (0,63bar) e 2 (0,8bar) arejam dois os segmentos cada, e o soprador 3 areja
três segmentos.
O que foi observado é a utilização de apenas dois sopradores e ainda o 2 é usado como
reserva em caso de parada do outro, ou seja, um soprador é responsável por arejar todo o
sistema. Além disso, a pressão na saída do soprador 1 está abaixo da normal de trabalho
devido a válvula de alívio estar desregulada.
Dessa forma, a identificação das causas do problema através do Diagrama de Relações buscou
inicialmente levantar o maior numero de informações possíveis através do brainstorming, para
formar o diagrama de acordo com as informações obtidas pela equipe baseadas em suas
experiências e inspeções realizadas anteriormente. Assim, pode-se obter um número
considerável de anomalias no processo (Figura 5).
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Figura 5 – Diagrama de Relações
Fonte: Autoria própria
Com as inspeções feitas e também pela experiência da equipe estimou-se que a
homogeneização insatisfatória é causada diretamente pela velocidade de extração fora do
padrão, passagem de ar constante pelas válvulas dos cilindros de aeração, pressão de ar baixa
na entrada do silo, lógica de aeração fora do padrão e orifícios de extração obstruídos.
De maneira geral, os problemas começam desde os sopradores, passando pelas tubulações
com vazamentos e válvulas de aeração inadequadas. Originam-se principalmente da falta de
manutenção, no caso das válvulas, outro fator importante é a falta de peças devido às válvulas
terem saído de linha.
Devido a fatores externos e internos como disponibilidade de recursos físicos e financeiros, a
atuação sobre todas as causas do problema de uma só vez foi considerada impraticável. Esse
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contexto gerou a necessidade de priorizar as causas do problema para assim atuar se possível
sobre as mais críticas.
Desta forma, foi feita a priorização das causas pela equipe coparticipante do trabalho, através
da matriz GUT (figura 6) como é mostrado a seguir.
Figura 6 – Matriz GUT
Fonte: Autoria própria
Através da Matriz GUT estimou-se que a homogeneização insatisfatória tem três causas
críticas: a velocidade de extração fora do padrão, a passagem de ar constante pelas válvulas
dos cilindros de aeração e três orifícios de extração obstruídos. Como visto no Diagrama de
Relações, a velocidade de extração fora do padrão é decorrente do tempo de abertura das
válvulas de aeração estar incorreto, desgaste nos orifícios de extração e por alguns orifícios
obstruídos. Por outro lado, a passagem de ar constante pelas válvulas dos cilindros de aeração
é causada somente por problemas nas válvulas solenoides e a obstrução dos orifícios pela falta
de manutenção. Este fato teve significativa relevância devido às restrições citadas
anteriormente, assim optou-se por atuar sobre estas causas específicas.
Foi realizada a instalação de novas válvulas, pois estas não apresentavam condição de
manutenção devido a indisponibilidade de peças no mercado por elas não serem mais
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fabricadas e a desobstrução dos orifícios solicitada junto a manutenção. Diante das correções
feitas em duas das principais causas obtidas, observa-se uma mudança no Fator de
Homogeneização em relação ao fator obtido anteriormente (Figura 7).
Figura 7 – Resultado do Fator de Homogeinização
Fonte: Autoria própria
O nível de significância da mudança do desvio padrão da farinha alimentada da primeira
amostragem, para o desvio padrão da segunda amostragem foi obtido através do Teste F,
realizado no MS Excel com suplemento Action. Obteve-se um p-valor igual a 0,0026 e F igual
a 2,22, dada estatística de teste e dado P-valor < 0,05, rejeitamos a hipótese nula, desta forma
assumimos com nível de 95% de confiança de que houve diferença significativa entre as
variâncias das amostras, oriundas de coletas feitas antes e depois das melhorias propostas,
logo houve diminuição da variabilidade da FSC melhorando assim a homogeneidade da
farinha.
Como sugestões para possivelmente alcançar uma melhora ainda maior, propõe-se corrigir a
velocidade de extração, através da recuperação dos orifícios de extração e da correção da
programação lógica de aeração. Além disso, seria importante adequar novamente os
sopradores de ar a necessidade do silo e ainda realizar manutenções periódicas com o objetivo
de manter o silo sempre em boas condições, visto a importância do seu funcionamento.
6 Considerações finais
Inicialmente, o Fator de homogeneização obtido foi de 2,92, o que é considerado
insatisfatório. A farinha produzida apresentou um desvio padrão de 6,23 e a farinha
alimentada 2,23.
As ferramentas utilizadas no diagnóstico foram de grande utilidade e fundamentais para
nortear o estudo e também para fornecer informações precisas da localização das causas, de
modo a destacar os pontos onde a empresa deve agir para solucionar o problema. Nesse
contexto verificou-se que o grau de homogeneização insatisfatório é causado diretamente pela
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velocidade de extração fora do padrão, passagem de ar constante pelas válvulas dos cilindros
de aeração, pressão de ar baixa na entrada do silo, lógica de aeração fora do padrão e por
orifícios de extração obstruídos. Através da matriz GUT estimou-se que o grau de
homogeneização insatisfatório tem três causas críticas, no caso a velocidade de extração fora
do padrão, a passagem de ar constante pelas válvulas dos cilindros de aeração e três orifícios
de extração obstruídos.
Também verificou-se que a pressão de ar na entrada do silo não está adequada, pois deveria
ser executada por 3 sopradores com pressão normal de trabalho em torno de 0,8 bar cada,
contudo apenas um está sendo utilizado com pressão em torno de 0,63 bar. A lógica de
extração é idêntica à do fabricante. Não há problemas com os filtros dos cilindros de aeração.
Foi observado que todas essas anomalias são causadas principalmente pela falta de
manutenção, desgaste pelo tempo de utilização e pela indisponibilidade de peças para
reposição.
Com a troca das válvulas e a desobstrução dos orifícios de aeração o Fator de
Homogeneização obtido foi de 4,56. Através do teste F observou-se que as correções
resultaram em uma redução significativa da variância do processo de homogeneização. Com
os resultados obtidos no estudo observa-se que, existem oportunidades de melhorias. Atuar
sobre as causas sinalizadas neste estudo, pode atender as necessidades da empresa em relação
ao processo de homogeneização, alcançando um Fator de Homogeneização satisfatório.
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