XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção
Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
O ESTUDO DA VARIABILIDADE DO
PROCESSO DE PRODUÇÃO DE
EMULSÃO DE PARAFINA ATRAVÉS DE
CARTAS DE CONTROLE PARA
MEDIDAS INDIVIDUAIS E ANÁLISE DA
CAPACIDADE DE PROCESSO
ANA PAULA ALVES DE SIQUEIRA (FAE)
[email protected]
Lilian Rezende Moreira (FAE)
[email protected]
ISABELLA ANDRECZEVSKI CHAVES (FAE)
[email protected]
Os programas de melhoria da qualidade implantados pelas empresas atualmente
contribuem para a redução do índice de defeito dos produtos e serviços. Esses
programas têm como objetivo não apenas reduzir ou eliminar falhas, mas
proporcionar aos clientes vantagens e benefícios que superem suas expectativas.
Assim, melhorar a qualidade é também apresentar uma solução inovadora e
vantajosa na relação custo benefício. As empresas buscam também a excelência no
desenvolvimento e manutenção de seus fornecedores, pois desta forma há redução do
número de não conformidades, garante-se os prazos de entrega, reduzem-se os custos
e tornam-se mais competitivas. Deste modo, o presente trabalho foi desenvolvido com
o intuito de aplicar as ferramentas do Controle Estatístico de Processo, utilizando as
técnicas de cartas de controle para medidas individuais e capacidade do processo, os
dados obtidos foram avaliados por meio do software Minitab® que demonstraram a
grande variabilidade do processo. Com base nos resultados, visando à melhoria
continua, evidenciou-se que será necessário repensar a forma de avaliação dos
fornecedores e de suas matérias-primas, incluir novas práticas nos procedimentos,
tornando os controles mais rígidos e precisos, para que atendam o padrão de
qualidade exigido para a produção de emulsão de parafina.
Palavras-chave: Cartas de Controle Individuais, Controle Estatístico de Processo,
Emulsão
de
Parafina,
Capacidade
do
Processo.
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1. Introdução
Na atualidade, a busca pela qualidade e a diminuição da variabilidade presente nos
processos produtivos passou a ser determinante para a manutenção das empresas no mercado.
Deste modo, todas as empresas devem conhecer de forma profunda seu processo produtivo
com o objetivo de definir quais são os limites de variações aceitáveis e procurar técnicas para
que as variações sejam controladas.
De modo geral, o Controle Estatístico de Processo (CEP) é uma ferramenta eficaz
para o estudo, identificação e diminuição da variação do processo de manufatura. Dentre as
ferramentas e técnicas existentes no Controle Estatístico de Processo (CEP), as cartas de
controle se destacam por sua objetividade e fácil visualização e utilização.
No presente estudo, as técnicas de cartas de controle foram aplicadas em uma
indústria química na região metropolitana de Curitiba para a avaliação de variações que
podem afetar a produção de emulsão de parafina, pois tal processo vem apresentando
recorrentes problemas de quebra, gerando reprocessamento.
Atualmente, a emulsão de parafina vem sendo utilizada em larga escala em vários
segmentos da indústria, principalmente, na produção de chapa de madeira tipo MDF (Medium
Desity Fibuboard) com a função de retardar a penetração de água na madeira. Pouco se
conhece sobre a estabilidade das emulsões de parafina e, particularmente, quais são os efeitos
na estabilidade do produto quando as matérias-primas/ processos sofrem variações.
A emulsão de parafina, segundo a literatura, pode apresentar quebra por vários
fatores. Neste trabalho, serão analisados três fatores que estão ligados à matéria-prima e
temperatura. Para a coleta de dados foi necessário o desenvolvimento de técnicas de análises
físico-químicas da matéria-prima envolvida no processo.
A partir das amostras coletadas, foi utilizado o software Minitab® para a construção
das cartas de controle individuais e da definição da capacidade de processo da produção de
emulsão de parafina.
2. Metodologia
Primeiramente, construiu-se o Diagrama de Ishikawa, conforme mostrado na Figura
1, para o processo de produção de parafina a fim de identificar as causas. Foram objetos de
estudo neste trabalho três itens: a análise da dureza da água, a composição do ácido
octadecanóico e a temperatura de estocagem.
2
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A análise de dureza da água no tensoativo, expressa em miligrama de Carbonato de
Cálcio por litro (mg/L de CaCO3), foi realizada através do método compleximétrico de
acordo com a norma (NBR 5761 Dez 1984).
Através da cromatografia gasosa com detecção FID (Detector de Ionização de
Chama), foi definida a composição de ácidos graxos (expresso em porcentagem de ácido
palmítico e esteárico) no ácido octadecanóico.
Figura 1 - Diagrama de Ishikawa
Fonte: As autoras (2014)
Foi determinada a influência da temperatura durante o processo de estocagem da
emulsão de parafina. Estas medições de temperaturas foram realizadas enquanto o produto
permanecia em estoque até a saída para o cliente final. Com os resultados obtidos foram
construídas cartas de controle para medidas individuais e determinada a capacidade de
processo através do software Minitab®.
3. Cartas de Controle
3
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Cartas de controle são amplamente utilizadas para a verificação e controle das variáveis do
processo, geralmente, são aplicadas nas variáveis de saída do processo, porém podem ser
aplicadas nas variáveis de entrada.
Para Montgomery (2004), cartas de controle apresentam bons resultados na melhoria
da produtividade, prevenção de defeitos, ajustes desnecessários no processo, fornecem
informações importantes de diagnóstico e fornecem informações sobre a capacidade do
processo. Ainda as cartas de controle podem ser utilizadas para três objetivos:
1. Redução da variabilidade do processo;
2. Monitoramento e vigilância do processo;
3. Estimação de parâmetros do produto e do processo.
Dentro de um processo produtivo as cartas de controle podem ser utilizadas para
controle de atributos (defeituosos ou não conformes), variáveis e para medidas individuais.
3.1 Cartas de controle para medidas individuais
Segundo Montgomery (2004), as cartas de controle para medidas individuais são
utilizadas quando não é possível ter uma amostra com n > 1.
Para a construção da carta de controle para medidas individuais é utilizado o método
da amplitude móvel de duas observações consecutivas para estimar a variabilidade do
processo, e é determinada como:
MRi = |xi – (xi-1)|
(1)
Os limites superiores e inferiores e a linha central de controle são determinados da
seguinte forma:
Linha Central (LC):
(2)
Limite Inferior de Controle (LIC)
(3)
Limite Superior de Controle (LSC)
4
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(4)
Para a determinação da carta de controle das medidas individuais, os parâmetros são:
Linha Central (LC):
(5)
Limite Inferior de Controle (LIC):
(6)
Limite Superior de Controle (LSC)
(7)
Os valores das constantes D3, D4 e d2 são função do tamanho da amostra (no caso n
= 2) e valem 0; 3,267 e 1,128, respectivamente.
4. Análise da Capacidade de Processos através das Cartas de Controle
A partir das informações contidas nas cartas de controle, é possível analisar a
capacidade do processo. A análise da capacidade do processo é a atividade de quantificar a
variabilidade do processo em relação às exigências ou especificações do produto.
A análise da capacidade do processo é muito importante para um programa de
melhoria da qualidade e a utilização dos dados obtidos é útil para selecionar fornecedores
concorrentes e reduzir a variabilidade do processo de fabricação.
Razão da capacidade do processo (PCR) ou coeficiente potencial de processo (Cp)
mede a capacidade potencial de um processo, que é definida pela razão entre a medida da
dispersão que a especificação de projeto tolera e a medida de dispersão real do processo dada
por 6.
(8)
5
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Como o desvio padrão populacional σ, normalmente, é desconhecido, o mesmo pode
ser estimado e sendo assim tem-se:
(9)
A capacidade de processo também pode ser determinada de acordo com a técnica da
razão da capacidade de processo para um processo descentrado (Cpk), a técnica permite uma
maior precisão quando o processo não está operando no ponto médio entre as especificações.
(10)
Onde:
e
A grandeza da relação entre
dentro ou fora das especificações. Se
é uma medida direta do quão o processo está
, então o processo está centrado; se
,
o processo está descentralizado em relação aos limites de especificações e se
, todo
o processo está fora dos limites de especificações. Deste modo, pode-se dizer que o
mede
a capacidade potencial e
, mede a capacidade efetiva.
Outra técnica conhecida para o cálculo da capacidade do processo é a capacidade
efetiva modificada (
) está técnica representa o quanto o processo está longe do ponto
médio entre as especificações:
(11)
Onde:
A capacidade de processo também estima o valor da quantidade de peças defeituosas a
cada um milhão de peças produzidas.
5. Resultados e discussões
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Esta pesquisa utilizou uma técnica estatística que permite a avaliação da variabilidade
do processo que influencia na qualidade da emulsão de parafina. Uma vez identificadas as
causas, atuou-se sobre essas utilizando o controle estatístico de processo (CEP) através das
cartas de controle para medidas individuais. O controle estatístico de processo (CEP)
possibilitou o monitoramento do percentual de ácido esteárico e palmítico (no ácido
octadecanóico) e o controle da temperatura durante o processo produtivo da emulsão de
parafina assegurando que as mesmas iriam se manter dentro de limites pré-estabelecidos e
indicando quando deveriam ser tomadas ações de correção e melhoria. Foi importante
também avaliar possíveis variações nas matérias-primas que poderiam ocasionar falhas no
produto final.
O estudo considerou a amostra de quatro tanques, em que cada tanque corresponde a
dez bateladas, as amostras foram retiradas de cada batelada, totalizando 40 observações,
porém, como a técnica de ensaios para padrões físico-químicos ainda estavam em
desenvolvimento ocorreu a perda de cinco amostras.
Nas Tabelas 1, 2, 3 e 4 são apresentados os valores das concentrações de ácido
esteárico e palmítico, contidos no ácido octadecanóico, obtidas na análise cromatográfica
referentes aos fornecedores A e B e os valores das temperaturas obtidas durante a produção e
no tanque de estocagem.
Tabela 1 – Parâmetros gerais da produção referente ao dia 1, emulsão parafina do fornecedor
A
% Ácido
Dureza Água Esteárico
TQ Estocagem (mg/L CaCO3)
50% a
60%
1º
-2º
-3º
44,33
4º
48,19
5º
47,66
33,75
6º
47,86
7º
48,88
8º
47,01
9º
48,95
10º
-TQ Estocagem
33,75
47,55
.Batelada /
% Ácido
Temperatura Tamanho
Palmítico
Estocagem Partícula Solubilidade
22% a
22 a 26 °C
(µm)
30%
--------38,48
20
-Solúvel
40,19
20
-Solúvel
40,62
21
0,955
Solúvel
40,6
21
-Solúvel
41,01
21
-Solúvel
41,21
20,6
-Solúvel
39,73
21,3
-Solúvel
---Solúvel
40,26
15°C
1,107
Quebrada
Fonte: As autoras (2014)
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Tabela 2 - Parâmetros gerais da produção referente ao dia 2, emulsão parafina do fornecedor
A
% Ácido
Batelada / TQ Dureza Água Esteárico
Estocagem (mg/L CaCO3)
50% a
60%
1º
48,33
2º
48,79
3º
43,77
4º
48,23
5º
48,11
33,75
6º
48,72
7º
48,29
8º
48,77
9º
48,34
10º
48,34
TQ Estocagem
33,75
47,97
% Ácido
Temperatura Tamanho
Palmítico
Estocagem Partícula Solubilidade
22% a
22 a 26 °C
(µm)
30%
40,90
20
-Solúvel
40,47
19,1
-Solúvel
35,81
20,3
-Solúvel
40,26
19,4
-Solúvel
40,30
19,3
-Solúvel
40,56
20,4
-Solúvel
40,26
20
-Solúvel
40,56
20,8
-Solúvel
40,13
20,3
0,995
Solúvel
29,02
21
-Solúvel
38,83
15°C
1,038
Quebrado
Fonte: As autoras (2014)
Para as produções dos dias 3 e 4 representadas nas Tabelas. 3 e 4, os valores das
concentrações de ácido esteárico e ácido palmítico no ácido octadecanóico referente ao
fornecedor B apresentaram valores próximos ao especificado pela documentação técnica da
matéria-prima, mas ainda fora do especificado. O aumento de partícula durante a estocagem
do produto e uma variação na solubilidade do produto, nos dois dias de produção, também
foram evidenciadas. A mínima de temperatura no dia 3 durante a estocagem da emulsão de
parafina foi de 10°C e a temperatura no momento da liberação do produto foi de 19°C. A
mínima de temperatura durante a estocagem do dia 4 foi de 13ºC e no momento da liberação
do produto era de 22°C. A dureza da água apresentou o valor de 34,75 mg/L de CaCO3 na
produção do dia 3 e 33,75 mg/L.
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Tabela 3- Parâmetros gerais da produção referente ao dia 3, emulsão parafina do fornecedor B
% Ácido
Batelada / TQ Dureza Água Esteárico
Estocagem (mg/L CaCO3)
50% a
60%
1º
52,08
2º
49,77
3º
49,3
4º
49,15
5º
50,79
34,75
6º
49,12
7º
48,66
8º
50,36
9º
50,37
10º
-TQ Estocagem
34,75
49,96
% Ácido
Temperatura Tamanho
Palmítico
Estocagem Partícula Solubilidade
22% a
22 a 26 °C
(µm)
30%
39,96
25,9
-Solúvel
39,45
25,7
-Solúvel
40,58
21,6
-Solúvel
40,48
23,3
-Solúvel
38,93
23,8
0,948
Solúvel
40,81
23
-Solúvel
40,31
21,8
-Solúvel
40,26
22,1
-Solúvel
39,57
23,2
-Solúvel
---Solúvel
40,04
19°C
1,15
Quebrado
Fonte: As autoras (2014)
Tabela 4 - Parâmetros gerais da produção referente ao dia 4, emulsão parafina do fornecedor
B.
% Ácido
Batelada / TQ Dureza Água Esteárico
Estocagem (mg/L CaCO3)
50% a
60%
1º
52,41
2º
51,27
3º
48,59
4º
51,11
33,75
5º
48,02
6º
48,25
7º
49,54
8º
51,34
9º
50,84
TQ Estocagem
33,75
50,05
% Ácido
Temperatura Tamanho
Palmítico
Estocagem Partícula Solubilidade
22% a
22 a 26 °C
(µm)
30%
36,36
21,7
-Solúvel
37,39
24,3
-Solúvel
38,79
25,1
-Solúvel
39,66
24,3
-Solúvel
38,94
24,4
0,988
Solúvel
38,84
24,9
-Solúvel
37,76
24,8
-Solúvel
37,38
24,3
-Solúvel
38,55
24,4
-Solúvel
38,35
22°C
1,008
Quebrado
Fonte: As autoras (2014)
Após a coleta dos dados iniciais mostrados através das Tabelas 1, 2, 3 e 4, utilizou-se
o software MINITAB para as verificações necessárias. Foram utilizadas para a análise dos
dados as cartas de controle para medidas individuais. Tendo como base para a avaliação, os
limites de composição do ácido octadecanóico em 50 a 65 % de ácido esteárico (C18) e 22 a
30 % de ácido palmítico (C16) conforme especificação técnica do produto de controle de
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qualidade da matéria-prima e para temperatura 22 a 26°C conforme recomendado em
formulação. As cartas de controle obtidas estão representadas nas Figuras 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7.
Figura 2 – Carta de Controle Produção dia 1- % de Ácido Palmítico
Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 3 Carta de Controle Produção dia 2 - % de Ácido Palmítico
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Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 4 – Carta de Controle Produção dia 2- % de Ácido Esteárico
Fonte: Software Minitab® (2014)
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Figura 5 Carta de Controle Produção dia 3 - % de Ácido Esteárico
Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 6 – Carta de Controle Produção dia 1 - Temperatura
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Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 7 Carta de Controle dia 3 - Temperatura
Fonte: Software Minitab® (2014)
A partir da análise das Figuras 2, 3, 4, 5, 6 e 7, pôde-se afirmar que o processo
referente à concentração do ácido octadecanóico apresenta padrões de variabilidade, o ácido
esteárico apresenta-se deslocado em direção ao limite inferior de especificação como a
maioria dos pontos plotados abaixo dos limites inferiores de especificações. O ácido palmítico
apresenta todos os pontos plotados acima do limite superior de especificação. A temperatura
apresenta uma tendência a ter pontos plotados abaixo do limite inferior de especificação,
porém na produção dos dias 3 e 4 apresentou pontos dentro dos limites de especificações,
deste modo, há evidências de que o processo não possui padronização de procedimentos e
evidencia uma situação fora de controle.
Após a análise dos dados pelas cartas de controle, efetuaram-se os cálculos da
capacidade de processo (Figuras 8, 9 e 10) para a avaliação se o processo era capaz de atender
as especificações estabelecidas. Desse modo, quanto mais elevado for o valor calculado para
índice, mais o processo é capaz de satisfazer as exigências de especificações. Também devese levar em consideração se o processo produtivo e as especificações possuem médias iguais
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(processo centrado), pois processos produtivos com médias muito diferentes das media de
especificações aumentam o número de defeitos.
Figura 8 - Capacidade de Processo Ácido Esteárico
Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 9 - Capacidade de Processo Ácido Palmítico
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Fonte: Software Minitab® (2014)
Figura 10 - Capacidade de Processo Temperatura
Fonte: Software Minitab® (2014)
O processo representado nas Figuras 8, 9 e 10, não está centrado, desta forma, há a
necessidade de calcular o índice de capacidade de processo para processo descentrado. Como
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todos os valores apresentados possui Cpk <1 então todo o processo é incapaz e a quantidade
de produtos dentro das especificações é quase zero.
6. Conclusão
Pôde-se observar com este estudo a necessidade do desenvolvimento integrado de
elementos referentes ao produto quanto ao processo, assim, sendo vital as aplicações de
metodologias preventivas que visem à garantia da qualidade perante o mercado. Evidenciouse também que uma das competências que podem auxiliar esses controles é o Controle
Estatístico de Processo (CEP).
Com base nas técnicas de Controle Estatístico de Processo (CEP), mais
especificamente a utilização das técnicas de cartas de controle para valores individuais, foi
possível analisar três itens do processo de produção de parafina. A dureza da água, por ter se
mostrado constante, não possui relação com a quebra da emulsão de parafina.
Estas cartas foram muito eficientes na detecção de problema no processo em estudo. A
análise realizada através das cartas de controle apontou divergência na concentração do ácido
octadecanóico. Os dados da presente pesquisa mostram também que os fornecedores A e B,
não atendem aos parâmetros de qualidade para fornecimento da matéria-prima em estudo
referente ao ácido octadecanóico. O controle das temperaturas durante o processo produtivo
também se mostrou ineficiente, faltando padronização e orientação aos operadores que estão
diretamente ligados ao processo produtivo.
Logo, será necessário repensar a forma de avaliação dos fornecedores e de suas
matérias-primas, tornando os controles mais rígidos e precisos, para que atendam ao padrão
de qualidade exigido para a produção de emulsão de parafina. Com o estudo percebeu-se que
deve haver certa padronização entre os operadores com relação aos controles de temperatura,
uma vez que esta variável apresenta efeito principal na resposta produtividade.
Algumas sugestões de melhoria foram encaminhadas aos fornecedores, à área de
Pesquisa e Desenvolvimento e Produção a fim de aperfeiçoar os processos e para a inclusão
de novas práticas nos procedimentos.
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REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5761: Determinação da
dureza em água (Método complexométrico). Rio de Janeiro, 1984. 3p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12621: Águas Determinação da dureza total - Método titulométrico do EDTA - Na- Método de ensaio.Rio
de Janeiro,1995. 4p.
DALTIN, D. Tensoativos: Química, Propriedades E Aplicações. São Paulo: Editora
Edgard Blücher Ltda. 2011.
MONTGOMERY, Douglas C. Introdução ao Controle Estático da Qualidade. Editora
LTC, 2004.
RAMOS, A. W. CEP Para Processos Contínuos e em Bateladas. São Paulo: Editora
Edgard Blücher. 2000.
ROSEN, M. J. Surfactants and Interfacial Phenomena. Second Edition, Canada: John
Wiley & Sons, 1989.
SAMOHYL, R. W. Controle Estatístico da Qualidade. Editora Campus, 2009.
SLACK, N.; CHAMBERS, S.; JOHNTON, R. Administração da Produção. 2ª Edição. São
Paulo, SP: Editora Atlas S.A., 2009
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