melhoria no controle de qualidade do processo de...

MELHORIA NO CONTROLE DE

QUALIDADE DO PROCESSO DE

FABRICAÇÃO DE CIMENTO

Flavio Cezarino Ruas (UNIFRAN)

[email protected]

Carlos do Amaral Razzino (UNIFRAN)

[email protected]

Renato Luvizoto Rodrigues de Souza (UNIFRAN)

[email protected]

Glauco Fabricio Bianchini (UNIFRAN)

[email protected]

Silvana Salomao (UNIFRAN)

[email protected]

A crescente disputa pelo domínio do mercado de cimento vem fazendo

com que as indústrias se empenhem cada vez mais em aumentar a sua

eficiência, tanto internamente (produtos e processos), quanto

externamente (atendimento a clientes, prestaçção de serviços e

assistência técnica). Três categorias representam as formas de se obter

vantagem competitiva neste mercado: liderança tecnológica em

produto e processo, aquisição primária de bens escassos e

desenvolvimento de custos ao comprador e troca de fornecedor. Neste

estudo foi observada a categoria liderança tecnológica em produto e

processo, pois houve a demonstração do controle da variabilidade

durante o processo de fabricação de cimento utilizando um

granulômetro a laser, bem como os seus benefícios para o controle de

qualidade on-line na fabricação de cimento. A tecnologia empregada

na granulometria a laser realmente se faz importante para o controle

da variabilidade do processo de produção de cimento, desde que bem

empregada e que se saiba utilizar o equipamento de forma adequada.

Palavras-chaves: fabricação de cimento, controle da variabilidade,

controle de qualidade on-line.

XXXII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Desenvolvimento Sustentável e Responsabilidade Social: As Contribuições da Engenharia de Produção

Bento Gonçalves, RS, Brasil, 15 a 18 de outubro de 2012.



2

1. Introdução

A crescente disputa pelo domínio do mercado de cimento vem fazendo com que as indústrias

se empenhem cada vez mais em aumentar a sua eficiência, tanto internamente (produtos e

processos), quanto externamente (atendimento a clientes, prestação de serviços e assistência

técnica). Três categorias representam as formas de se obter vantagem competitiva neste

mercado: liderança tecnológica em produto e processo, aquisição primária de bens escassos e

desenvolvimento de custos ao comprador e troca de fornecedor (BORINI e ROSAS, 2005).

Neste estudo foi observada a categoria liderança tecnológica em produto e processo, pois

houve a demonstração do controle da variabilidade durante o processo de fabricação de

cimento utilizando um granulômetro a laser, bem como os seus benefícios para o controle de

qualidade on-line na fabricação de cimento.

A análise granulométrica é um dos principais índices de controle da qualidade do cimento

produzido (GOMIDES, 1996), que pode ser feita por meio de ensaios manuais de laboratório

de acordo com procedimentos específicos ou por meio do uso de um granulômetro a laser.

Os objetivos deste estudo foram analisar as causas de erros e diferenças na medição por meio

de um granulômetro a laser, aplicando a técnica de correlação; comparação dos resultados da

análise manual com as análises do granulômetro a laser; definição de uma fórmula de

correção por meio de uma reta de regressão para que os resultados indicados pelo

granulômetro a laser sejam próximos aos da análise manual. Após a eliminação desses

problemas, foi demonstrado um estudo para a redução do tempo de set-up de produção

utilizando resultados de finura e área específica Blaine obtidos pelo granulômetro a laser e

controle on-line de produção. Também foi demonstrada a melhoria na estabilidade do

processo de fabricação de cimento, com a possibilidade de estreitamento das faixas de limite

de controle. A garantia de um cimento produzido na finura adequada é o resultado de um

produto de alta qualidade.

Por fim, durante o controle do processo, o granulômetro a laser apontou mais de 3 horas antes

do resultado do laboratório que o cimento já estava na faixa de trabalho ideal, provando que a

representatividade da amostra do granulômetro é relativamente maior que a manual. Por meio

deste controle, qualquer distúrbio no processo que venha impactar na finura e área específica

Blaine do cimento pode ser percebido antes que seja feita a análise de laboratório,

possibilitando a tomada de ações corretivas antes que venha ser comprometida a qualidade do

produto final.

2. Revisão Teórica

O cimento é um material finamente moído, de propriedades adesivas e coesivas, sendo

chamado de aglomerante hidráulico, pois endurece quando misturado com água e ao mesmo

tempo é resistente a ela (RABELO, 1998). Ocorre uma transformação de um composto

instável (alta energia interna) para um estável (baixa energia interna), havendo, portanto

liberação de energia. O processo de fabricação de cimento é, segundo GOMIDES (1996), um

processo físico-químico de transformação de minerais, feito por meio da exploração das

matérias-primas de uma pedreira (Cálcio, Sílica, Alumina e Ferro), que são contidas em

determinadas proporções.



3

Segundo Rawle e South (1997), as duas técnicas mais importantes que são amplamente

utilizadas na indústria de cimento para o controle de sua finura são a área específica Blaine e

o peneiramento.

A área específica Blaine é o método de permeabilidade padrão de determinação da superfície

específica do cimento. Foi desenvolvido na década de 40 por Rigden e Blaine. Sua

importância está em que a velocidade de pega ou a velocidade de hidratação do cimento é

controlada pela área específica. O valor do Blaine do cimento varia entre 2500 cm2/g para

cimentos Portland comuns e 5000 cm2/g para cimentos de altas resistências iniciais.

Peneiras, ou peneiramento, é o processo de separação de um material granular não coeso em

duas ou mais diferentes classes de tamanho de partículas, mediante uma ou mais superfícies

vazadas com aberturas de dimensões definidas (LUZ e CARVALHO, 2005). É uma técnica

muito antiga, mas têm a vantagem de ser barata e facilmente utilizável para grandes partículas

como as que são encontradas no processo de produção de cimento ou mineração (RAWLE e

SOUTH, 1997).

O Método de Difração a Laser está se tornando o padrão preferido nas fábricas de cimento,

pois pode ser usado para controle on-line da granulometria do produto. O método baseia-se no

fato de que o ângulo de difração do laser é inversamente proporcional ao tamanho da

partícula. Através da Difração a Laser podemos calcular a finura e o Blaine, muito mais

rápido do que em comparação com a análise manual.

Todo processo, por mais simples que seja sofre algum tipo de variação. Esta variação pode

acontecer por uma “causa comum” ou uma “causa especial”. As ferramentas e métodos

estatísticos são usados para definir problemas e situações a melhorar, medir para obter

informações e dados, analisar a informação, incorporar a melhoria e finalmente controlar os

processos a fim de se alcançar um ciclo de melhoria continua (TOLEDO, BALESTRASSI,

2003).

3. Método de Pesquisa

Para a realização desta pesquisa foi utilizado o método de Pesquisa-Ação que, de acordo com

Terence & Filho (2006), especificamente, nos estudos organizacionais apresenta-se como

processo contínuo de aprendizagem com participação coletiva e transformação

organizacional. Nesta pesquisa foi utilizada abordagem combinada: quantitativa e qualitativa

(TERENCE e FILHO, 2006). Quantitativa porque foram analisados resultados obtidos das

análises feitas pelos granulômetro a laser em comparação com resultados das análises

armazenadas no banco de dados da Fábrica de Cimento, e qualitativa porque haverá a

apresentação da descrição das análises dos dados através de tabelas e gráficos.

A técnica de coleta de dados desta pesquisa foi por meio da observação experimental de

resultados de análises de área específica Blaine e porcentagem de cimento retido na peneira

325 mesh. As análises foram feitas por meio da comparação dos resultados de ensaios

manuais do laboratório com análises do granulômetro a laser, ambas variáveis arquivadas em

banco de dados específico da empresa.

4. Pesquisa-Ação

4.1 Apresentação e descrição do Estudo

O estudo, do qual resultou este artigo, foi realizado em um fábrica de cimentos de grande

destaque nacional onde, notou-se, a possibilidade de melhoria na estabilidade do processo de

moagem em um moinho de Cimento Z1. Para que esta maior estabilidade ocorresse, foi



4

necessário o auxílio de um Granulômetro a Laser fabricado pela Malvern Instruments Inc.,

equipamento que analisa o retido na peneira 325 mesh e superfície específica Blaine, no

período de tempo de 10 em 10 segundos, adquirido e instalado no processo de fabricação de

cimento no ano de 2006 e que estava desativado por falta de conhecimento para sua

utilização.

O equipamento foi reativado e passou a funcionar com muita variabilidade das análises em

comparação com o laboratório. Como a variação e diferença entre resultados eram grandes, os

operadores de painel que controlam o moinho de cimento passaram a não confiar no

equipamento, e sim em uma análise laboratorial manual feita de 2 em 2 horas. A partir daí, foi

identificada uma oportunidade de melhoria na utilização do granulômetro a laser, porém eram

necessárias algumas ações, pois o equipamento não funcionava de forma estável.

Foram coletados os dados de resíduo retido na peneira 325 mesh e Blaine do granulômetro a

laser (também denominado PSA, sigla de Particle Size Analyser, ou Analisador do tamanho

de partículas) e concluído que os dados não eram confiáveis devido à grande variação e

instabilidade dos resultados. Alem disso, ocorria uma grande diferença nos resultados da

medição de peneira 325 mesh e Blaine por meio do granulômetro comparando com as

medições manuais de laboratório.

Foi necessária a análise das causas da variação desses resultados e para isso foi utilizado o

Diagrama de Ishikawa, também conhecido como "Diagrama de Causa e Efeito" ou "Espinha-

de-peixe", ferramenta gráfica utilizada pela Administração para o Gerenciamento e o Controle

da Qualidade e Processos, originalmente proposto pelo engenheiro químico Kaoru Ishikawa

em 1943 e aperfeiçoado nos anos seguintes.

Figura 1- Aplicação do Diagrama de Ishikawa no controle da granulometria do cimento.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Administra%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gest%C3%A3o_da_Qualidade

http://pt.wikipedia.org/wiki/Gest%C3%A3o_da_Qualidade

http://pt.wikipedia.org/wiki/Engenheiro

http://pt.wikipedia.org/wiki/Kaoru_Ishikawa

http://pt.wikipedia.org/wiki/1943



5

Relacionaram-se todas as causas na Tabela 1, verificando se a causa do problema seria

provável ou não; para os problemas prováveis, foi descrito o possível motivo e para as

hipóteses prováveis, feito o teste de confirmação, assinalando na Tabela 2, se confirmada ou

não. A partir destas análises, pode-se traçar um plano de ação para resolução das hipóteses

confirmadas que estavam causando o problema.

O plano de ação é a descrição de todas as atividades necessárias para que se consiga atingir o

sucesso esperado para se eliminar as causas do problema. Este plano é apresentado na Tabela

3, que é dividida em colunas nas quais se descreve a data de início da atividade, data prevista

para conclusão da atividade, data real de início, data real de conclusão, o responsável pelas

ações, a descrição das atividades e o seu status.

Tabela 1 - Causas da variação desses resultados apresentados pelo do granulômetro a laser -

denominado PSA

Tabela 2 - Confirmação das hipóteses que estavam causando a variação desses resultados

apresentados pelo PSA



6

Tabela 3 - Aplicação do Plano de Ação para reduzir a variação dos resultados apresentados

pelo PSA

4.2 Apresentação e Análise dos Resultados

Observando-se os resultados apresentados no Gráfico 1 pode-se observar que após a aplicação

das ações do plano obteve-se ótimo resultado na redução das falhas de medição do PSA e uma

melhor estabilidade do granulômetro a laser, podendo assim, ser considerado como

ferramenta para o controle da variabilidade.

Porém os resultados ainda estavam com muita diferença em relação aos da análise manual e

prosseguiu-se então com a observação dos resultados da diferença entre as análises.

Observando-se estas diferenças de resultados verificou-se que a tendência de variação era a

mesma para os dois tipos de medição (peneiramento e Blaine) em comparação com os

resultados manuais.

R es ultados L aboratório x P S A (#325 mes h)

C IME NT O C P IIZ-32

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

% R

eti

do

na

#3

25

me

sh

#325 P S A

#325 Labor.

Gráfico 1 - Resultados da medição de peneira 325 mesh e Blaine por meio do granulômetro

comparando com as medições manuais de laboratório.



7

Segundo SOARES (apud MATOS, 2003), a análise de correlação/regressão e projetos de

experimentos pode ajudar a determinar as variáveis-chaves que influenciam no processo.

Diz-se que existe correlação entre duas ou mais variáveis quando as alterações sofridas por

uma delas são acompanhadas por modificações nas outras. Ou seja, no caso de duas variáveis

x e y os aumentos (ou diminuições) em x correspondem a aumentos (ou diminuições) em y. A

correlação revela se existe uma relação funcional entre uma variável e as restantes.

O Coeficiente de Correlação Linear indica o grau de intensidade da correlação entre duas

variáveis e, ainda, o sentido dessa correlação (positivo ou negativo). Os limites do coeficiente

de correlação estão entre -1 e 1.

Com a utilização do Microsoft Excel, construiu os Gráficos 2 e 3 com os valores de peneira

325 mesh e Blaine do PSA no eixo das abscissas e no eixo das ordenadas os valores da análise

manual do Laboratório para verificar a tendência das variações e com isso traçar a correlação

entre os valores.

L inha de tendênc ia #325 P S A x L aboratório

y = 0,6246x - 2,7722

R2 = 0,9593

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00

% retido # 325 P S A

% r

eti

do

na

# 3

25

La

bo

rató

rio

Gráfico 2 - Correlação da # 325 mesh



8

L inha de tendênc ia B laine P S A x L aboratório

y = 1,5995x + 827,16

R2 = 0,8282

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400

B laine P S A

Bla

ine

La

bo

rató

rio

Gráfico 3 - Correlação do Blaine

Por meio destes dois gráficos, pode-se afirmar que há uma tendência normal de correlação

positiva para os dois tipos de medidas, a intensidade entre as duas variáveis é boa, pois os

valores de R2 são respectivamente, para a peneira 325 mesh 0,9593 e Blaine 0,8282.

Inseriram-se então as fórmulas de correção para Blaine e peneira no software do granulômetro

a Laser. Após a aplicação da fórmula de correção nos resultados notamos uma proximidade

dos resultados da análise manual com a do granulômetro a laser. E com isso, verificou-se que

é possível controlar a finura e o Blaine pelos resultados do granulômetro a laser, pois os

resultados agora são bastante próximos das análises manuais, conforme apresentado nos

Gráficos 4 e 5.



9

R es ultados L aboratório x P S A (#325 mes h)


0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

% R

eti

do

na

#3

25

me

sh

#325 P S A

#325 Labor.

Gráfico 4 - Comparação de Resultados # 325 após aplicação da fórmula de correção.

R es ultados L aboratório x P S A (B laine)


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

cm

2/g

B laine P S A

B laineLaborat.

Gráfico 5 - Comparação de Resultados do Blaine após aplicação da fórmula de correção.

4.2.1 Redução no tempo de SET-UP de produção

O moinho de cimento Z1 fabrica 3 tipos de cimento: CPII-Z-32, CPII-Z-40 e CPII-F-40. O

CPII-Z-32 é considerado um cimento comum, ou ensacado. É um cimento mais grosso, com

cerca de 8% retido na peneira 325 mesh. O cimento CPII-Z-40 e o CPII-F-40 são cimentos

especiais, vendidos para concreteiras. O controle de qualidade durante a produção destes dois

últimos tipos de cimento citados é feito por meio do Blaine, com objetivo de 4300 g/cm2 e

finura de 2 a 4% de retido na peneira 325 mesh. Com isso é necessário um controle mais

rigoroso durante o processo de mudança de tipo de cimento. A mudança de tipo de cimento é

feita da seguinte maneira: primeiro muda-se a receita de tipo de cimento, aguarda-se 45

minutos. Então é solicitado ao operador de laboratório coletar uma amostra para análise

manual para verificar se já se pode virar para o silo de cimento especial. O operador de

laboratório leva mais uns 15 minutos para informar o resultado da análise. Somando todo este

tempo dá um total de no mínimo 50 minutos de espera de resultado. Não se pode jogar um

Depois da aplicação da fórmula

de correção

Depois da aplicação da

fórmula de correção



10

cimento com finura de 8% num silo de cimento especial de 2 a 4% de finura, pois isto, iria

contaminar o silo.

O setup de produção, ou mudança de tipo de cimento, é feito sem parar o equipamento, pois a

produção ocorre 24 horas por dia. Assim, analisou-se a possibilidade de ganho em setup de

produção, utilizando os gráficos do granulômetro a laser.

O Gráfico 6, demonstra o comportamento dos resultados das análises de peneira e Blaine

durante a mudança de tipo de cimento CPII-Z-32 para CPII-Z-40.

Gráfico 6 - Mudança de Tipo de Cimento – CPII-Z-32 para CPII-Z-40.

Esta mudança foi feita dia 25/08/2011, exatamente às 00:36:10 hs. Neste momento, o

operador do moinho alterou a rotação do separador de 49% para 60% de rpm, com a

finalidade de afinar mais o cimento, tentando chegar no Blaine de 4300 g/cm2.

No procedimento de amostra manual, foi solicitado ao operador de laboratório uma amostra

para 01:00 hs. A amostra é armazenada em um homogeneizador automático. Como a amostra

está misturada com o cimento que estava sendo feito anteriormente, para análise de

laboratório, teve-se o resultado do Blaine de 3420 g/cm2, que está muito abaixo dos 4300

g/cm2 que é o objetivo. Solicitado então uma nova amostra que foi entregue às 02:00 hs, com

resultado de 3990 g/cm2, que ainda está abaixo do ideal. Feito então mais um ajuste na

rotação do separador às 02:22 hs, com o intuito de se atingir o valor ideal de Blaine. Mesmo

assim, a amostra das 03:00 hs ainda não demonstrou resultado satisfatório, porém mesmo

assim o operador do moinho de cimento virou para o silo de cimento especial. O laboratório

somente foi apresentar resultado ideal às 05:00 hs da manhã, com Blaine de 4240 g/cm2.

Entretanto, tomando-se por base os resultados do granulômetro a laser. À 01:24 hs, o

granulômetro a laser apresentou resultado de 4307 g/cm2 para o Blaine, indicando que neste

momento o cimento já estava na qualidade ideal.

5. Conclusão



11

A tecnologia empregada na granulometria a laser realmente se faz importante para o controle

da variabilidade do processo de produção de cimento, desde que bem empregada e que se

saiba utilizar o equipamento de forma adequada.

Após a aplicação da fórmula de correção de resultados obtida através da aplicação do

Coeficiente de Correlação Linear, obteve-se resultados de análises próximas aos habituais

ensaios manuais e redução significativa da variabilidade do processo de análise de peneira

325 e Blaine.

Outro item importante a ser considerado é que através deste controle, qualquer distúrbio no

processo que venha impactar na finura e Blaine do cimento pode ser percebido antes que seja

feita a análise de laboratório, possibilitando a tomada de ações corretivas antes que a

qualidade venha ser impactada e atinja o produto final.

Por fim, de acordo com o gráfico 17, o granulômetro a laser apontou mais de uma hora e meia

antes do resultado do laboratório que o cimento já estava na faixa de trabalho ideal, provando

que a representatividade da amostra do granulômetro é relativamente maior que a manual.

Considerando que o moinho de cimento produz 90 toneladas por hora de cimento, jogou-se

135 toneladas de cimento especial neste período de tempo em que o laboratório fazia as

análises no silo de cimento ensacado. Este cimento é vendido com preço mais baixo e com

isso há uma perda bastante significativa.

Referências

ALVES, P. H. B. F.; NEUMANN, C. S. R. & RIBEIRO, J. L. D. Etapas para implantação

de controle estatístico de processo: um estudo aplicado. (UFRGS). XXIII Encontro Nac. de

Eng. de Produção - Ouro Preto, MG, Brasil, 22 a 24 de out de 2003.

BORINI, F. Mendes & ROSAS, A. R. First Movers x Late Movers: As Estratégias de

Internacionalização e a Arquitetura de Competências das Multinacionais. (Universidade de

São Paulo). VIII SEMEAD - São Paulo, SP, 2005.

GOMIDES, W. M. Processo de fabricação de cimento. Mato Grosso: Cimento Itaú, 1996.

LUZ, J. A. M. & CARVALHO, S. C. Modelamento matemático de peneiramento vibratório

(Parte 1): dimensionamento clássico. Rem: Rev. Esc. Minas, Ouro Preto, v. 58, n. 1, mar.

2005.

MATOS, J. L.; CATEN, Carla Schwengber Seis Sigma: uma aplicação na indústria

petroquímica. (UFRGS). XXIII Encontro Nac. de Eng. de Produção - Ouro Preto, MG, Brasil,

21 a 24 de out de 2003.

RAWLE, Alan; SOUTH, Spring Lane. The Importance of Particle Size Analysis in the

Cement Industry. United Kindow: Malvern Instruments Ltd., 1997.

SOARES, Rodrigo Diniz. Redução do consumo de energia elétrica em uma indústria

cimenteira utilizando a metodologia six-sigma. Trabalho de conclusão de curso –

Universidade de Franca, Franca, SP, 2008.

TERENCE, Ana Cláudia Fernandes; FILHO, Edmundo Escrivão. Abordagem

quantitativa, qualitativa e a utilização de pesquisa-ação nos estudos organizacionais. XXVI

ENEGEP - Fortaleza, CE, Brasil, 9 a 11 de out de 2006.

TOLEDO, Thiago P. Arouca; BALESTRASSI, Pedro Paulo. Um exemplo didático para a

metodologia Seis Sigma na otimização de duas respostas simultâneas utilizando



12

planejamento de experimentos. XXIII Encontro Nac. de Eng. de Produção - Ouro Preto, MG,

Brasil, 21 a 24 de out de 2003.

melhoria no controle de qualidade do processo de...

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