otimizaÇÃo das caracterÍsticas da qualidade brix … · determinação de intervalos de valores...
Post on 18-Jan-2019
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
OTIMIZAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS
DA QUALIDADE BRIX E
CARBONATAÇÃO NO PROCESSO DE
FABRICAÇÃO DE REFRIGERANTES
ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE
PROJETO DE EXPERIMENTOS
Mateus Mota Gentilini (UFRGS)
mateus.gentilini@ufrgs.br
Este artigo aborda a otimização das características da qualidade grau
Brix e carbonatação no processo de fabricação de refrigerantes
através de um projeto de experimentos. Sendo assim, uma abordagem
sobre o refrigerante, sua composição e prrocesso de fabricação é
apresentada no referencial teórico. Caracterizada a metodologia
empregada neste estudo, destacam-se as variáveis de respostas,
parâmetros de processo e fatores controláveis e não controláveis. O
modelo estatístico fatorial fracionado 25-1 foi escolhido para a
realização dos ensaios e análise dos dados obtidos. Através de gráfico
de Pareto e Normal, além do uso do teste ANOVA, detectou-se a
significância dos fatores controláveis, além de suas interações. Para a
variável de resposta grau Brix, os fatores quantidade de água,
quantidade de xarope, tempo de mistura e a interação água_xarope
foram significativos. Para a variável carbonatação, os fatores pressão
e temperatura, além da interação temperatura vs pressão foram
significativos. Como consideração final, verificou-se que um melhor
ponto de produção poderia ser obtido se a quantidade de xarope e
tempo de mistura estivesse no nível baixo, e a quantidade de água
estivesse no nível alto. Para a carbonatação, verificou-se que o melhor
resultado é obtido quando a temperatura e a pressão estão em nível
baixo.
Palavras-chaves: projeto de experimentos, ANOVA, projeto fatorial,
qualidade
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
2
1. Introdução
No Brasil, a produção de refrigerantes deu-se no início do século XX, com empresas
desenvolvendo e produzindo refrescos, muitas vezes utilizando-se de suco de fruta misturado
com água. O desenvolvimento econômico e o crescimento populacional do Brasil na primeira
metade do século XX proporcionou a instalação, nos anos 40, de grandes produtores no país
(ABIR, 2008).
Segundo dados da Associação Brasileira das Indústrias de Refrigerantes (ABIR), em 2008 o
setor de refrigerantes e bebidas não alcoólicas era composto por 835 fabricantes de
refrigerantes, 512 fabricantes de sucos, 238 fabricantes de outras bebidas não alcoólicas (chá,
isotônicos, energéticos, água de côco, etc) e 505 fabricantes de águas. A maior concentração
ocorre nas regiões Sudoeste e Sul.
O Brasil é o terceiro maior produtor de refrigerantes do mundo, somente após do México e
dos Estados Unidos. Além disso, o Brasil é o terceiro maior mercado mundial de
refrigerantes, possuindo cerca de 750 mil pontos de venda espalhados pelo país. (ROSA et al,
2006). Conforme relatórios da ABIR, o consumo per capita de refrigerantes foi de 79 litros
por habitante no ano de 2008, sendo produzido aproximadamente 15 bilhões de litros,
representando um aumento de 4% em relação ao ano de 2007. No ano de 2009, este mercado
gerou um faturamento de cerca de 22,3 bilhões de reais, demonstrando crescimento de 6,37%
com relação ao ano de 2008.
Na fabricação dos refrigerantes a base de açúcar, uma das formas mais empregadas para o
controle de processo de produção pelo controle de qualidade das indústrias é através do grau
Brix da bebida, o qual garante que todos os componentes da formulação estejam em
conformidade com a legislação e com o padrão previamente estabelecido para cada tipo de
refrigerante, garantindo assim suas características organolépticas e microbiológicas. Outro
parâmetro bastante observado é o nível de dióxido de carbono. Responsável pela sensação de
frescor da bebida, deve possuir nível superior a 2 g/L para ser considerada uma bebida
gaseificada. (PALHA, 2005)
Através das boas práticas de fabricação, juntamente com análise dessas características, pode-
se garantir a qualidade do produto minimizando variações do processo, atingindo
produtividade e reduzindo custos de produção.
O presente artigo tem como objetivo apresentar a utilização de projeto de experimentos para
otimização das características da qualidade Brix e carbonatação na fabricação de
refrigerantes. Dessa forma, na seção dois apresenta-se uma definição sobre experimentos e
uma breve descrição sobre o processo de fabricação de refrigerantes. Na seção três aborda-se
a metodologia utilizada e realizado a identificação das características de qualidade e
parâmetros de processo. Na seção quatro faz-se uma análise sobre os dados obtidos dos
ensaios, apresentando na seção cinco considerações gerais para a otimização do processo e
por fim na seção seis é realizado as considerações finais sobre este estudo e possibilidades
para estudos futuros.
2. Referencial Teórico
2.1 Experimentos
Um experimento é um procedimento no qual alterações propositais são feitas nas variáveis de
entrada de um processo ou sistema, de modo que se possam avaliar as possíveis alterações
sofridas pela variável resposta, como também as razões dessas alterações (WERKEMA,1996).
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
3
O processo, ou sistema, pode ser representado pelo modelo mostrado na figura 1. Pode-se
visualizar o processo como uma combinação de operações, máquinas, métodos, pessoas ou
outros recursos que transformam algumas entradas (em geral material) em uma saída que tem
uma ou mais variáveis de resposta observadas. Algumas das variáveis de processo são
controláveis, sendo outras não-controláveis (MONTGOMERY, 2005).
Figura 1 - Modelo Geral de um Processo
Os objetivos do experimento para processos podem incluir:
Determinação de quais variáveis x mais influencia a resposta y (MONTGOMERY, 2005);
Determinação de intervalos de valores para os itens de verificação associados aos fatores
controláveis X's, de modo a obter cada item de controle centrado no valor nominal
desejado e com uma variabilidade pequena em torno desse valor (MONTGOMERY,
2005);
Determinação de intervalos de valores para os itens de verificação associados aos fatores
Controláveis X's, as quais minimizam as ações dos fatores não-controláveis Z's sobre os
itens de controle do processo (WERKEMA, 1996).
2.2 Processo de Preparação do Refrigerante
O processo de fabricação de refrigerantes pode ser dividido em seis fases importantes,
conforme demonstrado na figura 2. Os insumos água e xarope são preparados separadamente
em diferentes tanques e disponibilizado para a dosagem das proporções de cada um deles. No
mixer, é realizada a mistura e o resfriamento dos ingredientes. O resfriamento é importante,
pois condicionará a mistura a uma melhor absorção de CO2 na fase seguinte, a carbonatação.
A carbonatação consiste na adição do gás que é absorvido devido a pressão no interior do
tanque. Neste momento a mistura já é considerada como refrigerante e seguirá para as
próximas fases. No envase as latas são enchidas com o refrigerante produzido e cada
recipiente finalizado segue para a codificação do lote na etiquetadora. Em seguida as latas vão
para a paletizadora para a formação de packs de comercialização.
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
4
Figura 2 - Processo de Fabricação de Refrigerante
O mixer geralmente é composto por seis tanques: um tanque desaerador, um tanque de xarope
composto, dois dosadores, um tanque misturador e um tanque saturador ou simplesmente
carbonatador. O processo de desgaseificação da água (eliminação do oxigênio dissolvido)
ocorre no tanque desaerador. O tanque desaerador possui uma pressão de aproximadamente
0,3 Bar. A diluição do xarope composto através da água previamente desaerada ocorre nos
tanques dosadores. A figura 3 demonstra o processo de mistura e carbonatação do
refrigerante.
Figura 3 - Processo de Mistura e Carbonatação
3. Metodologia
A metodologia utilizada neste trabalho envolve quatro etapas, conforme proposto por Ribeiro
e Caten (2003): (i) identificação do problema, abrangendo a definição e explicação sobre as
variáveis de resposta, levantamento dos parâmetros do processo e identificação de fatores
controláveis e não-controláveis; (ii) definição do modelo estatístico apropriado para o estudo
com base nas possíveis interações entre os fatores controláveis e as restrições experimentais;
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
5
(iii) execução dos experimentos, coleta e análise dos dados; (iv) consolidação e análise dos
resultados.
4. Estudo Aplicado
4.1 Variáveis de Resposta e Parâmetros de Processo
No presente trabalho, como já afirmado anteriormente, pretende-se aplicar o projeto de
experimentos para a otimização das características da qualidade brix e cabornatação. A
carbonatação representa o processo onde a mistura recebe CO2 de acordo com suas
propriedades químicas, atingindo um nível de absorção padronizado para cada tipo de
refrigerante. Na indústria são utilizadas tabelas que descrevem o comportamento de absorção
do gás, para cada tipo de mistura existe a tabela apropriada que retorna o gás absorvido dado a
temperatura e pressão. Para manter a absorção de gás dentro dos padrões, se a temperatura da
mistura diminuir, a pressão deve ser diminuída, pois a mistura tende a absorver mais gás em
menores temperaturas. Estas duas diminuições têm o comportamento de redução
proporcional.
Grau Brix é a porcentagem em massa de sólidos solúveis contida em uma solução de açúcar,
quimicamente pura, sendo um dos parâmetros mais importantes do controle de qualidade da
produção de refrigerantes. A escala de brix, criada por Adolf F. Brix (1798 - 1870), foi
derivada originalmente da escala de Balling, recalculando a temperatura de referência de 15,5
°C. (PALHA, 2005)
Estas duas variáveis representam as principais características que afetam a análise sensorial
do consumidor sobre a qualidade do refrigerante. A tabela 1 demonstra estas variáveis, suas
especificações e respectivas importâncias relativas (IE) conforme proposto por Ribeiro e
Caten (2003).
Variáveis de Resposta Tipo Unidade Especificações
Min Max
Imp. Rel
(IE)
Y1: Grau Brix Nominal-é-Melhor º Bx 11,1 11,5 9
Y2: Carbonatação Nominal-é-Melhor volumes de CO2 4 4,4 6
Tabela 1: Variáveis de resposta do estudo e suas respectivas IEs.
Para este estudo, listou-se dez parâmetros de processo que estão relacionados as variáveis de
resposta. Estes parâmetros foram levantados após estudo na literatura e experiência de
especialistas sobre o processo. A tabela 2 demonstra estes parâmetros e seus limites.
Parâmetros do processo Intervalo
MIN
de pesquisa
MAX
X1: quantidade de água [L] 320 350
X2: quantidade de xarope [L] 60 70
X3: tempo no misturador [min] 15 20
X4: temperatura de resfriamento [°C ] 2 4
X5: pressão [Bar] 0,2 0,3
X6: vazão da mistura xarope e água [kg/h] - -
X7: área de troca térmica por placas [m2] - -
X8: número de placas no trocador - -
X9: vazão do fluido auxiliar resfriamento (kg/h) - -
X10: vazão do fluido auxiliar resfriamento (kg/h) - -
Tabela 2: Parâmetros importantes do processo no Mixer e Carbonatador
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
6
Além dos fatores citados na tabela 2, existem aqueles onde não é possível exercer um controle
adequado. Dessa forma, estes são considerados como fatores de ruído e que acabam
influenciando as medições, dessa forma, fazendo parte do termo do erro na análise estatística.
Os principais fatores de ruído estão discriminados na tabela 3.
Fatores de ruído
Z1: Variabilidade dos controladores eletrônicos (CLPs)
Z2: Variabilidade dos sensores e válvulas (instrumentação)
Z3: Umidade do ambiente
Tabela 3: Fatores não controláveis
Conforme já relatado anteriormente, com base nas definições das variáveis de resposta e os
parâmetros de processos, foi atribuída uma intensidade para as relações entre estes fatores. A
tabela 4 apresenta esta informação e a tabela 5 apresenta a relação entre estes parâmetros de
resposta e processo.
Intensidade das relações Valor numérico
Inexistente 0
Fraca 1
Moderada 6
Forte 9
Tabela 4: Escala da intensidade das relações
Rij = Relações XiYj
IEi X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10
Y1 9 9 9 6 1 1 1 1 1 1 1
Y2 6 6 6 1 9 9 1 1 1 1 1
Tabela 5: Relação entre as variáveis de resposta e os parâmetros do processo
Para o cálculo das relações de intensidade de interação entre os fatores de resposta e os
parâmetros de processo, foi utilizada a equação 1.
)/()()( i i
iiijj IEIERxPR (1)
onde:
Rij relação entre a variável de resposta i e o parâmetro do processo j
IEi índice de importância relativa para a variável de resposta i
Com o emprego da equação 1, obteve-se os seguintes índices de priorização conforme
demonstrado na tabela 6.
Fatores controláveis PR
X1: quantidade de água [L] 7,8
X2: quantidade de xarope [L] 7,8
X3: tempo no misturador [min] 4
X4: temperatura de resfriamento [°C ] 4,2
X5: pressão [Bar] 4,2
Fatores mantidos constantes PR
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
7
X6: vazão da mistura xarope e água [kg/h] 1
X7: área de troca térmica por placas [m2] 1
X8: número de placas no trocador 1
X9: vazão do fluido auxiliar resfriamento (kg/h) 1
X10: vazão do fluido auxiliar resfriamento (kg/h) 1
Tabela 6: Resultado dos índices de priorização
Embora todos os parâmetros exerçam influência sobre as características da qualidade,
conforme apontado por Ribeiro e Caten (2003), estudá-los em sua totalidade demandariam um
elevado custo e tempo disponível. Dessa forma, elencou-se os cinco fatores controláveis mais
influentes para as variáveis de resposta. Como os demais fatores estão relacionados
basicamente a capacidade de equipamentos e processos, e, de forma geral, estes valores são
conhecidos e dificilmente modificados; foram mantidos contastes no decorrer dos ensaios
deste estudo. Devido a esta questão e o fato que a omissão desses não impactam o
experimento, seus valores não foram explicitados na tabela 2.
4.2 Modelo Estatístico
Para realizar a definição do modelo estatístico a ser utilizado no experimento, faz-se
necessário conhecer possíveis interações entre os fatores controláveis e também as possíveis
restrições experimentais.
Como visto anteriormente na relação de intensidade das relações e interações, pela análise e
conhecimento sobre o processo, pode-se verificar que possivelmente existe interação entre a
quantidade de água e xarope composto para a variável grau Brix. Da mesma forma,
possivelmente exista interação entre os parâmetros temperatura e pressão para a variável
carbonatação.
Com relação às restrições experimentais, embora o processo seja altamente automatizado e
sem grandes interferências de operadores, seu funcionamento é baseado no sistema de
bateladas. Dessa forma, cada mudança de parâmetro exige uma nova batelada assim como um
processo de limpeza dos tanques envolvidos no processo. Sendo assim, visando a redução de
custos para a realização destes ensaios, desejou-se que uma pequena quantidade de ensaios
fosse realizada e que fossem restringidos a somente um turno de trabalho.
Com estas informações, pôde-se definir o modelo estatístico para a realização deste
experimento. Para a realização dos ensaios, optou-se pela utilização do modelo fatorial
fracionado, dividindo em dois blocos o projeto completo, confundindo uma das interações de
ordem superior e realizando somente os ensaios de um dos blocos, escolhido aleatoriamente.
A justificativa para a escolha deste modelo é baseada nas restrições de tempo e questões
econômicas, além de, em geral, interações de ordem superior não serem significativas.
(RIBEIRO e CATEN, 2003)
Como existem cinco fatores controláveis, o experimento será um 25-1
. Para blocagem e
fracionamento o contraste de definição X1 X2 X3 X4 X5 (ABCDE) foi utilizado. Dos trinta e
dois ensaios do fatorial completo, somente dezesseis ensaios serão realizados de forma
aleatorizada. Dessa forma, têm-se os seguintes efeitos vinculados conforme Tabela 7.
Efeito Contraste Efeitos Vinculados
A ABCDE BCDE
B ABCDE ACDE
AB ABCDE CDE
C ABCDE ABDE
AC ABCDE BDE
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
8
BC ABCDE ADE
ABC ABCDE DE
D ABCDE ABCE
AD ABCDE BCE
BD ABCDE ACE
ABD ABCDE CE
CD ABCDE ABE
ACD ABCDE BE
BCD ABCDE AE
ABCD ABCDE E
Tabela 7 - Efeitos e Efeitos Vinculados
A figura 4 apresenta a matriz experimental fracionada demarcada sobre a completa. Um dos
blocos está representado pela cor branca e outro pela cor amarela.
Figura 4 - Fatorial 25 – Fonte: Ribeiro e Caten, 2003
4.3 Análises e Resultados
Após definido o modelo estatístico para a realização do experimento, utilizou-se o software
Minitab para o planejamento e análise dos resultados obtidos após a realização dos ensaios. A
tabela 8 apresenta a matriz experimental e a ordem de ensaios de forma codificada.
StdOrder RunOrder CenterPt Blocks X1 X2 X3 X4 X5 Y1 Y2
7 1 1 1 -1 1 1 -1 1 11,48 4,23
1 2 1 1 -1 -1 -1 -1 1 11,22 4,24
8 3 1 1 1 1 1 -1 -1 11,33 4,37
4 4 1 1 1 1 -1 -1 1 11,31 4,23
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
9
16 5 1 1 1 1 1 1 1 11,32 4,06
2 6 1 1 1 -1 -1 -1 -1 11,13 4,37
11 7 1 1 -1 1 -1 1 1 11,47 4,07
9 8 1 1 -1 -1 -1 1 -1 11,21 4,25
6 9 1 1 1 -1 1 -1 1 11,15 4,24
5 10 1 1 -1 -1 1 -1 -1 11,24 4,39
3 11 1 1 -1 1 -1 -1 -1 11,48 4,38
12 12 1 1 1 1 -1 1 -1 11,3 4,25
14 13 1 1 1 -1 1 1 -1 11,16 4,25
10 14 1 1 1 -1 -1 1 1 11,13 4,07
15 15 1 1 -1 1 1 1 -1 11,47 4,27
13 16 1 1 -1 -1 1 1 1 11,23 4,06
Tabela 8 - Matrix de Experimentos
Após a coleta dos dados, passou-se a realização da análise das medidas. Primeiramente
procurou-se detectar a significância dos fatores, além de suas interações. Assim, foi realizada
uma análise por DOE para determinar o efeito dos cinco fatores controláveis nas respostas de
grau Brix e carbonatação. Utilizou-se gráficos de Pareto e Normal para esta análise. O gráfico
de Pareto mostra se fatores possuem estatisticamente efeitos significativos sobre a resposta. O
gráfico Normal mostra se o efeito do fator é positivo ou negativo na resposta. Fatores que
possuem efeito significativo são mostrados em vermelho e aqueles que não possuem efeito
significativo são mostrados em preto. Desse modo, as figuras 5 a 8 demostram os resultados
obtidos para o grau Brix e carbonatação.
E
BE
CD
AE
AD
BD
CE
DE
D
AC
BC
C
AB
A
B
0,200,150,100,050,00
Te
rm
Effect
0,0145
A X1
B X2
C X3
D X4
E X5
Factor Name
Pareto Chart of the Effects(response is Y1, Alpha = 0,05)
Lenth's PSE = 0,005625
Figura 5 - Gráfico de Pareto - grau Brix
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
10
0,250,200,150,100,050,00-0,05-0,10
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Effect
Pe
rce
nt
A X1
B X2
C X3
D X4
E X5
Factor Name
Not Significant
Significant
Effect Type
AB
C
B
A
Normal Plot of the Effects(response is Y1, Alpha = 0,05)
Lenth's PSE = 0,005625
Figura 6 - Gráfico Normal - grau Brix
C
B
AD
AC
BC
CD
BE
AB
BD
AE
A
CE
DE
D
E
0,180,160,140,120,100,080,060,040,020,00
Te
rm
Effect
0,0096
A X1
B X2
C X3
D X4
E X5
Factor Name
Pareto Chart of the Effects(response is Y2, Alpha = 0,05)
Lenth's PSE = 0,00375
Figura 7 - Gráfico de Pareto - Carbonatação
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
11
0,00-0,02-0,04-0,06-0,08-0,10-0,12-0,14-0,16-0,18
99
95
90
80
70
60
50
40
30
20
10
5
1
Effect
Pe
rce
nt
A X1
B X2
C X3
D X4
E X5
Factor Name
Not Significant
Significant
Effect Type
DE
E
D
Normal Plot of the Effects(response is Y2, Alpha = 0,05)
Lenth's PSE = 0,00375
Figura 8 - Gráfico Normal - Carbonatação
Desses gráficos, verifica-se que na variável de resposta grau Brix, os fatores quantidade de
água, quantidade de xarope, tempo de mistura e a interação água_xarope são significativos. Já
na variável carbonatação, os fatores pressão e temperatura, além da interação
temperatura_pressão são significativos.
De forma complementar aos gráficos, gerou-se uma análise por ANOVA para cada uma das
variáveis de resposta. Para simplificar a exibição, somente foram considerados os fatores
principais e as interações de segunda ordem. Verifica-se primeiro a ANOVA para o grau Brix
e depois para carbonatação. Para ser considerado significativo, o valor de P deve ser menor
que 0,05.
Fonte G.L. Soma dos quadrados Médias dos quadrados F Valor p
X1 1 0,0588806 0,0588806 1688,79 0,000
X2 1 0,178506 0,178506 5126,33 0,000
X3 1 0,001056 0,001056 30,33 0,001
X4 1 0,000156 0,000156 4,49 0,072
X5 1 0,000006 0,000006 0,18 0,685
X1*X2 1 0,006006 0,006006 172,49 0,000
X1*X3 1 0,000156 0,000156 4,49 0,072
X2*X3 1 0,000156 0,000156 4,49 0,072
Erro 7 0,000244 0,000035
Tabela 9 - ANOVA para fator Brix
Fonte G.L. Soma dos quadrados Médias dos quadrados F Valor p
X1 1 0,000156 0,000156 2,46 0,160
X2 1 0,000006 0,000006 0,10 0,763
X3 1 0,000006 0,000006 0,10 0,763
X4 1 0,085556 0,085556 1349,62 0,000
X5 1 0,110556 0,110556 1743,99 0,000
X1*X2 1 0,000006 0,000006 0,10 0,763
X1*X3 1 0,000156 0,000156 2,46 0,160
X2*X3 1 0,002256 0,002256 35,59 0,001
Erro 7 0,000044 0,000063
Tabela 10 - ANOVA para fator carbonatação
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
12
5. Considerações Gerais
Visando otimizar o processo de fabricação de refrigerantes, principalmente através das
variáveis de resposta grau Brix e carbonatação, verifica-se que, mesmo dentro da faixa de
tolerância para estas características, é possível realizar um ajuste nos parâmetros do processo
para viabilizar uma redução de custo no processo e sem afetar a análise sensorial do produto,
principal característica da qualidade percebida pelo cliente. As figuras 9 e 10 apresentam o
comportamento dos efeitos principais dos parâmetros do processo.
1-1
11,40
11,35
11,30
11,25
11,20
1-1 1-1
1-1
11,40
11,35
11,30
11,25
11,20
1-1
X1
Me
an
X2 X3
X4 X5
Main Effects Plot for Y1Data Means
Figura 9 - Efeitos principais - grau Brix
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
13
1-1
4,30
4,25
4,20
4,15
1-1 1-1
1-1
4,30
4,25
4,20
4,15
1-1
X1M
ea
nX2 X3
X4 X5
Main Effects Plot for Y2Data Means
Figura 10 - Efeitos principais – Carbonatação
Assim, com este experimento, verifica-se que um melhor ponto de produção poderia ser
obtido se a quantidade de xarope e tempo de mistura estivesse no nível baixo, e a quantidade
de água estivesse no nível alto. Para a carbonatação, verifica-se que o melhor resultado é
obtido quando a temperatura e a pressão estão em nível baixo.
Para exemplificar a importância desta otimização, pode-se analisar um processo que produza
20.000 hectos/litros de refrigerante por mês. Num processo com grau Brix de 10,10, o
consumo de açúcar será de 209,782 toneladas. Para um Brix de 9,90, o consumo será de
205,464 toneladas. Extrapolando esta quantidade para 12 meses, gera-se uma economia de
51,816 toneladas de açúcar (OLIVEIRA, 2007).
6 Considerações Finais
Este artigo teve o objetivo de demostrar o processo de otimização de fabricação de
refrigerantes através do uso de projeto de experimentos. Para isso, uma definição sobre
refrigerantes, assim como uma breve descrição sobre sua composição e processo de
fabricação foi realizada. Iniciando a discussão sobre o experimento, realizou-se um
aprofundamento sobre o processo de mistura e carbonatação dos refrigerantes. Foi apresenta a
metodologia para o experimento, a identificação das características de qualidade e parâmetros
de processo. Após elencando os fatores controláveis, passou-se a definição do modelo
estatístico e por fim a realização dos ensaios e análise dos resultados.
Comprovou-se que os processos podem e devem ser frequentemente otimizados buscando a
redução de custos ou adequação de parâmetros. No estudo deste artigo, demonstrou-se que
uma otimização era possível sem impacto para a análise de sensibilidade para o cliente. A
análise estatística foi realizada através do software Minitab e com a utilização de DOE e teste
ANOVA.
Para trabalhos futuros, sugere-se o levantamento do modelo de regressão para estas
características da qualidade, além de uma abordagem através do método de superfícies.
XXXI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Inovação Tecnológica e Propriedade Intelectual: Desafios da Engenharia de Produção na Consolidação do Brasil no
Cenário Econômico Mundial Belo Horizonte, MG, Brasil, 04 a 07 de outubro de 2011.
14
Referências Bibliográficas
ABIR. Associação Brasileira das Indústrias de Refrigerantes. Disponível em: <http://www.abir.org.br/>,.
Acesso em: 15 abr. 2011..
MONTGOMERY, D. C. Design and analysis of experiments. 6th edition. Arizona: John Wiley & Sons, Inc.,
2005.
OLIVEIRA, E. A. Controle de qualidade em refrigerante. Londrina, 2007. 44f. Disponível em <
http://www2.uel.br/pos/engproducao/arquivos/Eduardo_Oliveira.pdf>. Acesso em: 15 abr. 2011.
PALHA, P.G. Tecnologia de refrigerantes. Rio de Janeiro: AmBev, 2005.
RIBEIRO, J. L. D.; CATEN, C. S. ten. Projeto de Experimentos. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio
Grande do Sul, Escola de Engenharia. Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção, 2003.
ROSA, S.E.S.; COSENZA, J.P.; LEÃO, L.T.S. Panorama do setor de bebidas no Brasil. BNDES Setorial, v.
23, p. 101-149, 2006.
WERKEMA, M. C. C. Planejamento e análise de experimentos: como identificar, avaliar as principais
variáveis influentes em um processo. Belo Horizonte: Fundação Christiano Ottoni, E.E.UFMG, 1996.
top related