TÍTULO: ANÁLISE EXPERIMENTAL PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS IDEAIS DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE SAL CÁLCICO DE ÁCIDO GRAXO DE PALMA UTILIZANDO O METODOLOGIA SEIS SIGMA
TÍTULO:
CATEGORIA: CONCLUÍDO
CATEGORIA:
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
ÁREA:
SUBÁREA: ENGENHARIAS
SUBÁREA:
INSTITUIÇÃO: FACULDADES INTEGRADAS EINSTEIN DE LIMEIRA
INSTITUIÇÃO:
AUTOR(ES): THAIS CRISTINA DUPPRE, ANDERSON ZUNTINI, JOSÉ LUIZ STIVAL GHIRARDINI
AUTOR(ES):
ORIENTADOR(ES): SANDRO PEREIRA DA SILVA
1. Resumo
A procura intensa por melhoria continua utilizando a metodologia Seis Sigma é observada há anos em diversos setores industriais com o propósito de reduzir variabilidade no processo, neste contexto esse método foi aplicado em uma empresa de destaque no mercado competitivo de nutrição animal, cuja fabricação do produto sal cálcico de ácidos graxo de palma apresentava níveis de 95,63% de refugo e ou retrabalho. A metodologia seis sigma foi desenvolvida no caminho DMAIC com as ferramentas de suporte para cada etapa como o Fluxograma de Processo, SIPOC, Diagrama de Causa e Efeito, FMEA, DOE e gráficos de controle, que contribuíram para encontrar a causa raiz dos resultados de extrato etéreo livre em porcentagens elevadas. O resultado do trabalho proporcionou erradicação do modo de falha elevando a taxa de aproveitamento do lote para 100% consequentemente zerando os refugos e retrabalhos. Os indicadores de capacidade do processo saíram de -0,77 CPK para 1,54 CPK, comprovando a eficácia da metodologia.
2. Introdução
Com a alta competitividade de mercado e clientes cada vez mais exigentes quanto a qualidade e preço, um esforço para redução de custos, aumento de produtividade e eficiência é assunto mais do que frequente nas organizações. Para Rother (2010), a competitividade é alcançada por pequenas etapas a serem seguidas e que são difíceis de serem copiadas.
Métodos e processos eficazes é uma busca incessante e a redução de refugos é ponto relevante, para redução da variabilidade de processo, neste contexto a metodologia Seis Sigma foi criada na Motorola no final da década de 80, guiada pelo DMAIC e implementada não como um simples controle de qualidade e sim como uma metodologia que abrange toda a organização e a direciona a redução de defeitos próximo a zero (CORONADO, 2002).
3. Objetivo
O alvo foi à redução de refugos e retrabalhos do processo com baixa capabilidade, assim como a definição dos parâmetros ideias para as variáveis de controle existentes.
4. Metodologia
O seis sigma, segundo Arnheiter e Maleyeff (2005), é uma metodologia criada com o objetivo de alcançar um modelo de processo próximo de zero defeitos afim de
reduzir a variação do sistema para garantir um produto final de maior qualidade através de uma estrutura rígida de estudo e melhoria do processo.
Para Eckes (2001), uma implementação de seis sigma bem sucedida exige uma infraestrutura bem consciente e uma participação ativa da gestão da organização. Seguindo o caminho DMAIC muitas ferramentas estatísticas e monitoramento são empregadas. Para etapa “D” as ferramentas Fluxograma e SIPOC foram aplicadas, Segundo, Keller (2005) e Gupta (2004), estas ferramentas são utilizadas para se obter uma visualização simples e formalizada de um processo onde estão dispostos sequencialmente as etapas diferenciadas em figuras geométricas que representam a ação a ser tomada para cada ocasião no sistema ali descrito de forma lógica e programada. A etapa seguinte caracteriza a fotografia do processo no estado atual, seguindo o DMAIC. Nas fases “M” e “A”, algumas ferramentas destacam-se como o Brainstorming, utilizado para gerar ideias ou encontrar soluções para a causa raiz do problema em questão. Sua aplicação consiste no seguimento de três etapas distintas sendo: a geração de ideias, o esclarecimento sobre o processo e a avaliação das ideias (SELEME e STADLER, 2008).
Partindo do Brainstorming o diagrama de causa e efeito (Ishikawa) é construído. Conforme Vieira (1999) se utilizado de maneira correta, o diagrama de causa e efeito mostra resultados positivos e leva ao sucesso da mitigação da causa raiz do problema perseguido.
Segundo Cardoso (2007), o pesquisador Calegare (2002) ainda dentro das etapas “M” e “A”, ferramenta DOE – “design of experiments”, largamente utilizada para otimizar os testes de validação dos modos de falhas consiste em explorar de forma otimizada as possibilidades de testes no processo, executando a menor quantidade de experimentos com o maior número de variáveis do processo. Para Vieira (1999) é recomendável que se faça réplica nos experimentos para assegurar maior confiabilidade no resultado.
Após implementação das melhorias, a etapa “C” tem o objetivo de manter sob controle as melhorias implantadas, sob a utilização de gráficos de controles, para visualizar a estabilidade do processo, e manter padronizado os resultados encontrados no projeto. O gráfico de controle é utilizado de maneira sistemática para que auxilie o gestor na leitura de desempenho do processo (WALPOLE et al, 2008). Para prevenção de possíveis novas falhas, utiliza se o FMEA que segundo Lélis (2012) as experiências adquiridas devem ser registradas nesta ferramenta, que
consiste em método de análise de falhas com objetivo de identificar os modos e os efeitos causados, analisando de forma sistêmica a fim de dar prioridades a falhas críticas, quanto a ocorrência, gravidade, detecção, severidade e risco para o processo.
5. Desenvolvimento
O estudo foi realizado em uma empresa de destaque no setor de nutrição animal situada no interior de SP, onde um dos seus principais produtos é o sal cálcico de ácidos graxos de palma. O produto é obtido durante a reação exotérmica entre os ácidos graxos de palma e uma base. A produção consiste em um processo simples com layout em linha, as matérias primas são inseridas por meios de roscas (I) e bomba (II) no misturador de pinos e pás intensivo, este contem pinos e pás reguláveis (III) com o objetivo de misturar as matérias primas para disparar o início da reação química, após essa etapa o produto é direcionado a um misturador de eixo duplo em formato helicoidal (IV) do fabricante Vérdes, modelo 041, comprimento útil da bacia de mistura é 2300mm, largura da bacia de mistura é 650mm, potência do motor 15CV. Após esta etapa o produto é homogeneizado por um período de 10 minutos, então é transferido para o segundo misturador de pinos e pás intensivo (V), utilizado para dar início ao resfriamento e triturar o produto. Na etapa subsequente o produto já triturado é transportado pneumaticamente para um turbilhonador (VI) que o resfria e conduz até o ciclone (VII), neste estágio as partículas do produto são separadas do ar e conduzidas a uma ensacadora (VIII) finalizando o processo.
A Figura 1demonstra o fluxograma de fabricação do produto e suas etapas. Figura 1 - Fluxograma do processo
Fonte: O autor
A empresa fabricante executa controle de processo no produto acabado para saber qual a quantidade de ácidos graxos que não estão na forma de sal, está analise que quantifica o teor de ácidos graxos livres em seu produto é chamada de
“Porcentagem de Extrato Etéreo Livre”, cujo resultado não deve exceder 8%. A figura 2 representa a condição inicial do processo, antes da implantação da metodologia 6 sigma.
Figura 2 – Gráfico individual - resultados de extrato etéreo livre
Fonte: O autor
O fabricante vem apresentando resultados não satisfatórios de extratos etéreos livres, causando alto nível de refugo e retrabalho. A figura 3 demonstra o descontrole do processo representando cerca de 95,63% dos resultados acima do limite superior de controle definido como 8% de extrato etéreo livre. Este processo é classificado como incapaz com indicador de – 0,77% de CPK.
Figura 3- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre antes das melhorias
Fonte: O autor
A aplicação da ferramenta SIPOC foi necessária para identificar com clareza todas as entradas e saídas do processo, a figura 4 demonstra o SIPOC para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma.
Figura 4 – SIPOC 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 1 25 20 15 10 5 0 25 20 15 10 5 0 Resultados % d e Ex tr at o Et ér eo L iv re E.E. L. Palma1 Limite Superior Resultados Gráfico individual re pre se ntando os re sultados de Extrato Etére o Livre
21 18 15 12 9 6 USL LS L * T arget * U S L 8 S ample M ean 14,7663 S ample N 183 S tD ev (Within) 2,9384 S tD ev (O v erall) 3,49685 P rocess D ata C p * C P L * C P U -0,77 C pk -0,77 P p * P P L * P P U -0,64 P pk -0,64 C pm * O v erall C apability P otential (Within) C apability
% < LS L * % > U S L 95,63 % Total 95,63 O bserv ed P erformance % < LS L * % > U S L 98,94 % T otal 98,94 E xp. Within P erformance % < LS L * % > U S L 97,35 % Total 97,35 E xp. O v erall P erformance W ithin O v erall
O brainstorming foi aplicado para indesejados de extrato etéreo livre diagrama de causa e efeito demostrados
Figura
Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha estabelecidos no diagrama de causa e efeito, a ferrame
fatores e dois níveis, 23
para testar as condições extremas de processo para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma.
Tabela 1
Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam química durante o processo de fabricação do produto
mistura. O termo corrosão é usado para definir o desgaste ou degradação de algum
Fornecedor A, B, C , D e E Ácido Graxo de Palma
Cal Hidratada Fornecedor F e G
Suppliers (Fornecedores) Inputs (Entradas/Matéria Prima)
Mistura Intensiva das Matérias Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Experimento 4 Experimento 5 Experimento 6 Experimento 7 Experimento 8 Fonte: O autor
foi aplicado para identificar as possíveis causas dos valores indesejados de extrato etéreo livre, os resultados são apresentados na forma de diagrama de causa e efeito demostrados na figura 5.
Figura 5 – Diagrama de causa e efeito (Ishikawa)
Fonte: O autor
Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha estabelecidos no diagrama de causa e efeito, a ferramenta DOE foi aplicada com 3
3. A tabela 1 demonstra o projeto de experim
para testar as condições extremas de processo para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma.
Tabela 1 – Determinação do experimento DOE
Fonte: O autor
Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam
cesso de fabricação do produto, podendo influenciar na sua . O termo corrosão é usado para definir o desgaste ou degradação de algum
Ácido Graxo de Palma Sal Calcico de
Ácidos Graxos dentro dos níveis de
garantia Cal Hidratada
SIPOC
Customers (Clientes)
Inputs (Entradas/Matéria Prima) Process (Processo) Outputs (Saída/PA)
Resfriamento Triturador
Homogienização da Mistura
Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz]
Experimento 1 Desgastado 55 Experimento 2 Novo 55 Experimento 3 Desgastado 85 Experimento 4 Novo 85 Experimento 5 Desgastado 55 Experimento 6 Novo 55 Experimento 7 Desgastado 85 Experimento 8 Novo 85
identificar as possíveis causas dos valores os resultados são apresentados na forma de
feito (Ishikawa)
Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha nta DOE foi aplicada com 3 1 demonstra o projeto de experimento proposto para testar as condições extremas de processo para obtenção do produto sal cálcico
Determinação do experimento DOE
Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam pela corrosão , podendo influenciar na sua . O termo corrosão é usado para definir o desgaste ou degradação de algum
Cliente A Customers (Clientes) Ensaque Velocidade [Hz] 15 15 15 15 60 60 60 60
material causado por uma reação química (CHANG, 2006). O segundo fator foi a temperatura de entrada dos ácidos graxos sendo elevada antes da reação exotérmica para obtenção do produto. Por fim o terceiro fator é a velocidade de mistura que pode influenciar na homogeneidade do produto final.
6. Resultados
Após o experimento realizado no processo, as análises laboratoriais apresentaram os resultados de extrato etéreo livre combinado com os três fatores relevantes descritos na tabela 2.
Tabela 2 - Resultados do experimento DOE.
Fonte: O autor
A figura 6 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma simultânea no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma.
Figura 6 – Análise dos fatores inter-relacionados do experimento.
Fonte: O autor
Quando analisadas as variáveis com dependência uma das outras, nota-se a ocorrência de variação maior no resultado de extrato etéreo livre quando combinando a variação de temperatura ao pino novo ou desgastado e quando associada a temperatura a velocidade de mistura. A Figura 6 demonstra variação entre os fatores, sendo inferido apenas a relevância da temperatura ao resultado esperado no processo.
A figura 7 (a) e (b) representam a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando como constante o pino novo e desgastado.
Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz] Resultado [%] Experimento 1 Desgastado 55 15 5,89 Experimento 2 Novo 55 15 4,72 Experimento 3 Desgastado 85 15 6,46 Experimento 4 Novo 85 15 8,59 Experimento 5 Desgastado 55 60 7,07 Experimento 6 Novo 55 60 5,61 Experimento 7 Desgastado 85 60 6,77 Experimento 8 Novo 85 60 6,63 N o vo D es gas t ado 1 5 6 0 7 6 5 7 6 5 Temperatura Pino Veloc. Mistura 55 85 T emperatura Desgastado Novo Pino Fatore s inte r-re lacionados do e xpe rime nto
Figura 7 (a) Figura 7 (b)
Fonte: O autor
A Figura 7 (a) demonstra que a velocidade de mistura não representa alteração significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de temperatura tem impacto direto no resultado. Segundo Moyes e Schulte (2010), ao aplicarmos energia térmica a uma dada mistura ocorre à agitação de suas moléculas e esta agitação tem uma implicação direta na reação química, sendo assim, como a variação de temperatura e velocidade de mistura influenciam no resultando do processo quando mantemos constate os pinos e pás como novas. Observa-se o melhor resultado ao associar a menor temperatura (60°C) com a menor velocidade de mistura (20Hz).
A Figura 7 (b) demonstra que a temperatura, para o experimento com pino desgastado, não representa variação significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de velocidade tem impacto direto no resultado. Neste processo, a velocidade de mistura é inversamente proporcional ao tempo de retenção do produto no misturador e segundo Abreu et al (2010) numa reação entre ácidos graxos e uma base a determinação dos fatores temperatura, tempo de reação e agitação do meio influenciam diretamente na reação do produto. Desta forma a determinação dos melhores parâmetros de processo, após a aplicação da ferramenta DOE passa a ser: Temperatura igual a 60° C; Pinos e Pás novos e Velocidade de mistura igual a 15 Hz.
Para confirmar o resultado do DOE novos lotes foram fabricados e os resultados são representados nas Figuras 8 e 9.
5 6 60 40 20 7 8 70 60 80 Resultado Temperatura Veloc. Mistura Pino Novo Constante
Gráfico superficie de resposta
6,0 60 6,4 40 20 40 6,8 7,2 70 60 80 Resultado Veloc. Mistura Temperatura Pino Desgastado Constante Gráfico superficie de resposta
Figura 8 – Gráfico de controle antes e após melhorias.
Fonte: O autor
A Figura 8 representa análise por gráfico individual em duas fases distintas do trabalho, classificadas como “antes” da aplicação da metodologia DMAIC e “após” a aplicação, as linhas de controle superior e inferior para ambas as fases, “antes” e “após” DMAIC, indicam a variação de 3 desvios padrões da amostra para cima e para baixo da linha média dos resultados. Nota-se redução na amplitude dos limites de controle de 18 pontos percentuais para 6,2 pontos percentuais, caracterizando a estabilização da variabilidade observada antes da aplicação da metodologia. A Figura 9 demonstra a curva gaussiana das amostras coletadas no processo após a aplicação da metodologia.
Figura 9- Histograma dos resultados de extrato etéreo após melhorias
Fonte: O autor
A Figura 9 representa a distribuição normal dos resultados obtidos após o experimento, ao qual nota-se melhora significativa na performance do processo com o indicador de 1,54 para CPK. Segundo Verdoy (2006) indicadores acima de 1,33 CPK representam processos sobre controle no padrão 4 sigma, não permitindo
25 20 15 10 5 0 R es ul ta do s _ X=3,10 UCL=6,29 LCL=-0,09 Antes Após 1
Extrato Etére o Livre ante s e após as me lhorias
8 7 6 5 4 3 2 1 U S L LS L * T arget * U S L 8 S am ple M ean 3,09663 S am ple N 19 S tD ev (Within) 1,06289 S tD ev (O v erall) 1,08914 P rocess D ata C p * C P L * C P U 1,54 C pk 1,54 P p * P P L * P P U 1,50 P pk 1,50 C pm * O v era ll C apability P otential (Within) C apability
P P M < LS L * P P M > U S L 0,00 P P M T otal 0,00 O bserv ed P erform ance
P P M < LS L * P P M > U S L 1,98 P P M T otal 1,98 E xp. Within P erform ance
P P M < LS L * P P M > U S L 3,37 P P M T otal 3,37 E xp. O v erall P erform a nce
W ith in O v erall
ocorrência de produtos não conformes, esse resultado foi observado na sequencia de fabricação do produto zerando o refugo de extrato etéreo livre no processo.
Como forma de registrar e analisar as melhorias investidas a etapa controlar caracterizou a utilização do FMEA demonstrado na Figura 10 e os gráficos de controle amostral demonstrados na Figura 8
Figura 10 - FMEA
Fonte: O autor
7. Considerações Finais
A combinação da Temperatura em 60° C, Pinos e Pás novos e a Velocidade de mistura igual a 15 Hz corresponde aos parâmetros ideias para fabricação do produto, se forem analisados de forma isolada não representam a melhor condição de processo. A ferramenta DOE aplicada no processo explora todas as possibilidades de combinações dos fatores e permite otimização do número de ensaios para testar todas as variáveis de processo. Redução relevante no índice de refugos e retrabalho de 95,63% para 0 e da amplitude dos resultados de extrato etéreo livre de 18% para 6,2% com 100% dos produtos dentro das especificações de cliente.
A implantação da metodologia Seis Sigma e suas ferramentas estatísticas transcorridas pelo DMAIC possibilitam conhecer e reduzir a variabilidade do processo baseada em fatos e dados;
8. Fontes Consultadas
ABREU, Yolanda Vieira de, et al, Energia, Economia, Rotas Tecnológicas, Textos
Selecionados. Palmas. P. 219 e 220, 2010.
FMEA: Empresa X ÁREAS ENVOLVIDAS: ET PG
1 1
PROCESSO/PRODUTO: CLIENTE/PROJETO:
Produção de Sal cálcico de ácidos graxos RESPONSÁVEL PROJETO/ MANUFATURA: EQUIPE: Anderson Zuntini ITEM/NOME/FUNÇÃO DO PROJETO/ PROCESSO MODO DE FALHA POTENCIA L EFEITO (S) DA FALHA EM PODENCIAL S E V E R ID A D E
CAUSA (S) POTENCIAL DA FALHA
O C O R R Ê N C IA CONTROLE ATUAL DE PREVENÇÃO CONTROLE ATUAL DE DETECÇÃO D E T E C Ç Ã O R IS C O ( R P N )
7 Pinos e pás desgastadas 10 Manutenção preventiva Visual 2 140 8 Velocidade de mistura inadequada 3 Padrozinada atravez do DOE Visual 2 48 Reação do produto após ensacado. 8 Baixo índice de acidez da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 8 Queda no consumo do rebanho. 2 Variação da densidade da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 2 2 Origem da matéria prima (fornecedores) 2 Nota Fiscal Fornecedor 1 4 2 Temperatura ambiente inadequada 1 Não existe Não existe 10 20 4 Falta de atenção do operador 3 Não existe Não existe 10 120 6 Controlador de temperatura descalibrado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60 6 Indicador de velocidade desconfigurado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60 5 Metodologia de analise laboratorial inadequada 3 Não existe Não existe 10 150 8 Parâmetro de temperatura inadequado 3 Padrozinada atravez do DOE Automatizado 1 24 Operador de maquinas, Supervisora de qualidade, Gerente Industrial, Analista de Laboratório
FMEA - ANÁLISE DOS MODOS DE FALHAS E SEUS EFEITOS
Produção de Sal cálcico de ácidos graxos E x tr a to e té re o a c im a d e 8 %
Produção / Qualidade / Laboratório
Empresa do ramos de nutrição animal, fabricante de sal cálcico de ácidos graxos
APROVAÇÃO DO CLIENTE:
Redução do rendimento em sua utilização final.
Resultado da analise
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