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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA
MARCO LUCAS RAMOS LEITE
Aplicação da metodologia DMAIC para aumentar a eficiência energética da
ETE de uma Cervejaria
Lorena-SP
2013
2
MARCO LUCAS RAMOS LEITE
Aplicação da metodologia DMAIC para aumentar a eficiência energética da
ETE de uma Cervejaria
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Escola de Engenharia de
Lorena da Universidade de São Paulo
como requisito legal para obtenção do
título de Engenheiro Industrial Químico.
Orientador: Prof. Dr. Messias Borges Silva
Lorena-SP
2013
3
Dedico aos meus pais, Marco e Marcia, pelo amor e apoio
incondicionais durante estes anos que tornaram possível a
realização deste sonho.
Aos amigos de trabalho da Cervejaria pela ajuda e ensinamentos.
À amiga Monica da Silva pela amizade, suporte e incentivo durante
os anos de faculdade e aos amigos Thiago Bimestre e Jéssica
Roma pelo apoio durante o desenvolvimento deste trabalho.
Por fim, agradeço a Deus e Nossa Senhora Aparecida por me
abençoar, permitir a realização deste sonho e por ter colocado
pessoas incríveis no meu caminho durante estes anos.
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RESUMO
LEITE, M. L. R. Aplicação da metodologia DMAIC para aumentar a eficiência
energética da ETE de uma Cervejaria. Trabalho de conclusão de curso – Escola
de Engenharia de Lorena - Universidade de São Paulo, Lorena, 2013.
Num cenário onde a economia mundial cresce a passos lentos, exceto
pelos países emergentes, em especial os BRICS (Brasil, Rússia, Índia, Coréia do
Sul e África do Sul), que ainda mantêm suas economias aquecidas e se tornaram
os principais alvos de multinacionais para continuar crescendo, a indústria de
bebidas do mercado brasileiro vem enfrentando o desafio de manter as suas
vantagens competitivas frente às empresas entrantes. No caso das cervejarias,
além da acirrada disputa interna pela conquista de novos consumidores iniciou-se
uma grande entrada de cervejas importadas e com grande reconhecimento
internacional de qualidade. Isso tem feito as cervejarias buscarem a cada dia
reduzir custos de produção para levar até o consumidor um produto com a
mesma qualidade e um preço menor que as concorrentes. O presente trabalho
tem como objetivo diagnosticar possíveis oportunidades de melhoria no processo
de tratamento de efluentes (anaeróbio e aeróbio) de uma cervejaria. Para isto
foram empregadas ferramentas da qualidade seguindo as etapas da metodologia
DMAIC – Define (definir), Measure (Medir), Analyse (analisar), Improve
(implementar) e Control (controlar). Durante a aplicação do modelo foram
encontradas oportunidades de melhorias alterando o fluxo do efluente entre os
processos anaeróbio e aeróbio de tratamento e após implementadas obtiveram-se
resultados favoráveis a mudança do processo de tratamento para essa ETE
(estação de tratamento de efluentes). Além disso, houve significativa redução na
geração de lodo.
5
LISTA DE SIGLAS E ABREVEATURAS
ET – Efluente tratado
N – Nitrogênio
Cx – Caixa coletora de efluentes industriais
TE 01 – Tanque de equalização 1
TE 02 – Tanque de equalização 2
R1 – Reator 1
R2 – Reator 2
R3 – Reator 3
UASB – Upflow anaerobic sludge blanket (Reator anaeróbio de manta de lodo)
TO – Tanque de oxidação
TA – Tanque de acidificação
SF1 – Saída final 1
SF2 – Saída Final 2
SF3 – Saída Final 3
Dec 1 – Decantador 1
Dec 2 – Decantador 2
ETE – Estação de tratamento de efluentes
BRICS – Brasil, Rússia, Índia, Coréia do Sul e África do Sul
CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental
CONAMA – Conselho Nacional do Meio Ambiente
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica
MDIC – Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio do Brasil
DMAIC – Define, measure, analyse, improve e control
PDCA – Plan (planejar), do (fazer), check (verificar) e act (agir)
Matriz QA – Matriz de qualidade assegurada
5W2H – What, why, where, when, who, how e how much
LPP – Lição Ponto a Ponto
DQO – Demanda química de oxigênio
6
DBO – Demanda bioquímica de oxigênio
7
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Esquema de conversão de matéria orgânica para um reator anaeróbio ........................................................................................................ 17
Figura 2 – Esquema de conversão de matéria orgânica para um reator aeróbio ............................................................................................................ 20
Figura 3 – Esquema de um reator UASB ........................................................ 22
Figura 4: Comparativo DMAIC/PDCA ............................................................. 25
Figura 5 – Fluxograma da ETE da Cervejaria ................................................. 30
Figura 6 – Etapas DMAIC ............................................................................... 33
Figura 7 – Project Charter do time de aumento da eficiência energética da ETE ................................................................................................................. 34
Figura 8 – SIPOC ............................................................................................ 35
Figura 9 – Brainstorm ...................................................................................... 41
Figura 10 – Nova configuração da ETE .......................................................... 49
8
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Distribuição do mercado cervejeiro no Brasil 2013 ..................... 13
Gráfico 2 – Consumo anual acumulado de energia elétrica por volume de efluente .......................................................................................................... 36
Gráfico 3 – Incremento na carga orgânica total anual no efluente tratado ... 37
Gráfico 4 – Continuidade de crescimento do consumo a cada ano para os mesmos meses ............................................................................................. 38
Gráfico 5 – Estratificação do consumo de energia elétrica na ETE ............ 39
Gráfico 6 – Diagrama de Pareto .................................................................... 44
Gráfico 7 – Resultados do time durante o período do projeto em relação aos meses de anos anteriores ....................................................................... 50
Gráfico 8 – Índice acumulado durante os últimos anos ................................. 51
Gráfico 9 - Incremento na carga orgânica tratada pela ETE ......................... 52
Gráfico 10 – Volume de lodo gerado pelo tratamento de efluentes .............. 53
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Cronograma de atividades e desenvolvimento do DMAIC ........ 32
Tabela 2 – Controle diário do consumo dos sopradores .............................. 40
Tabela 3 – Classificação dos defeitos ............................................................ 42
Tabela 4 – Matriz QA (qualidade assegurada) .............................................. 43
Tabela 5 – Índices para os sopradores no início de março .......................... 46
Tabela 6 – 5W2H ............................................................................................. 47
Tabela 7 – Consumo energético com destaque aos domingos ..................... 52
10
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1 ......................................................................................................... 17
Equação 2 ......................................................................................................... 18
Equação 3 ......................................................................................................... 19
Equação 4 ......................................................................................................... 19
11
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................................ 4
LISTA DE SIGLAS E ABREVEATURAS ................................................................. 5
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................... 7
LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................ 8
LISTA DE TABELAS ............................................................................................... 9
LISTA DE EQUAÇÕES ......................................................................................... 10
SUMÁRIO ............................................................................................................. 11
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 13
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ........................................................................... 16
2.1. Tratamento de efluentes ............................................................................. 16
2.1.1. Tratamento anaeróbio .......................................................................... 16
2.1.2. Tratamento aeróbio .............................................................................. 18
2.1.2.1 Lodo aeróbio ......................................................................................... 20
2.1.3. Sistema combinado de tratamento ....................................................... 21
2.1.4. Efluentes das indústrias de bebidas ..................................................... 23
2.2. Seis sigmas ................................................................................................. 23
2.3. DMAIC ......................................................................................................... 24
2.4. Lean manufacturing ..................................................................................... 26
3. MÉTODO ........................................................................................................ 28
3.1. Apresentação da empresa .......................................................................... 28
3.2. Método de análise dos dados...................................................................... 28
3.3. Área estudada ............................................................................................. 29
3.4. Fonte de informações .................................................................................. 30
3.5. Proposição de melhoria e aplicação ............................................................ 31
3.6. Aplicação da metodologia ........................................................................... 31
4. RESULTADOS ............................................................................................... 34
4.1. Definir escopo .......................................................................................... 34
4.2. Mapear a situação atual ........................................................................... 36
4.3. Analisar a situação atual e definir ações de melhoria .............................. 40
12
4.4. Implementar as melhorias e investigar os desvios ................................... 46
4.5. Controlar o processo e definir padrões para manter os resultados .......... 50
5. CONCLUSÃO ................................................................................................. 55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................... 57
ANEXO 1 .............................................................................................................. 61
ANEXO 2 .............................................................................................................. 62
ANEXO 3 .............................................................................................................. 63
ANEXO 4 .............................................................................................................. 65
ANEXO 5 .............................................................................................................. 67
ANEXO 6 .............................................................................................................. 69
ANEXO 7 .............................................................................................................. 70
13
1. INTRODUÇÃO
Desde a Conferência das Nações Unidas sobre o Meio Ambiente e o
Desenvolvimento (CNUMAD), a Rio-92, tornou-se crescente a preocupação
mundial com o meio ambiente. A maioria dos países e empresas multinacionais
passaram a colocar em pauta questões ambientais para planejar seu crescimento
de tal forma que isso não se tornasse mais um custo para a empresa. Para se
manterem competitivas grandes empresas passaram a estudar maneiras de
serem ambientalmente responsáveis e ainda obter retorno financeiro.
No Brasil, o tema também está na pauta das grandes indústrias de
cervejas. O setor teve no país um faturamento total de R$ 63 bilhões em 2012
(Valor Econômico, 2013) e apenas uma única empresa controla quase 70% do
mercado (Brasil Econômico, 2012). O gráfico 1 mostra como está dividido o
mercado brasileiro de cervejas.
Gráfico 1 – Distribuição do mercado cervejeiro no Brasil 2013 (Veja, adaptado)
Tais empresas já têm um know-how do processo de produção muito
maduro, apresenta produtos pouco diferenciados e preços bastante semelhantes.
68,0
11,3
10,7
8,6
1,4
Participação no Mercado Brasileiro de Cervejas 2013 (%)
Ambev
Petrópolis
Brasil Kirin
Heineken
Outras
14
Esse é o panorama da indústria de cerveja brasileira. Um mercado
extremamente competitivo, porém que ainda é bastante restrito a poucas grandes
empresas.
O mercado cervejeiro apresenta marcas consolidadas pelo gosto do
consumidor brasileiro, o que torna ainda mais difícil a missão das cervejarias
menores em abocanhar uma “fatia” maior do mercado apenas utilizando as
marcas atuais do seu portfólio. Apesar disso um estudo realizado por Wolff (2010)
constatou que
[...] a cada real a mais por litro, a participação de mercado cai, em média,
entre 3,40% e 4,30%. Como neste mercado cada ponto percentual a mais ou menos,
durante um ano, vale cerca de R$ 200 milhões de reais, a estratégia de precificação é
muito relevante para as empresas.
Dessa maneira, a busca por uma “fatia” maior do mercado faz com que as
empresas tenham que se reinventar, melhorando seu processo produtivo a fim de
reduzir os custos sem reduzir a qualidade dos produtos e assim impactar
diretamente o preço para o consumidor final.
Com base nesta visão, o foco das empresas cervejeiras, na redução dos
custos deixa de ser apenas no processo produtivo diretamente relacionado ao
produto final e se volta para toda a cadeia produtiva, desde a captação e
tratamento da água cervejeira até o tratamento dos efluentes gerados em toda a
cadeia produtiva. Para cada litro de cerveja produzida, consome-se entre 4 e 7
litros de água e gera de 3 a 6 litros de efluente (CETESB, 2005).
O objetivo deste trabalho será aumentar a eficiência energética do
processo de tratamento de efluentes de uma cervejaria utilizando para isso a
metodologia DMAIC (definir, medir, analisar, implementar e controlar) para análise
e solução do problema.
Para a ETE estudada houve um aumento do kWh/m³ de efluente tratado
entre 2011 e 2012 em 25,8%. Vários podem ser os motivos para o aumento do
índice afinal cada vez mais busca-se devolver ao meio ambiente o efluente
tratamento com melhor qualidade a fim de atender a legislação vigente (CONAMA
15
430/2011) que limita, por exemplo, em 20mg/L N a concentração para o efluente
lançado no corpo receptor. Sendo o processo mais difundido de remoção de
nitrogênio um método de injeção mecânica de oxigênio no sistema, o que
despende grande quantidade de energia.
Nos últimos três anos (entre dezembro de 2009 e dezembro de 2012) o
custo da energia elétrica para a indústria cresceu mais de 19% no Brasil e 12% na
região sudeste (região mais industrializada do país). Estendendo esse cálculo
para os últimos dez anos (entre janeiro de 2003 e dezembro de 2012) o preço da
energia elétrica para a indústria aumentou 134% no Brasil e 132,5% na região
sudeste (ANEEL).
Esse aumento foi muito acima da inflação, que no período foi de 76,6%
(Banco Central do Brasil, 2013), e por esse motivo gerou uma preocupação
constante do setor industrial para reduzir o kWh de energia consumida para cada
unidade de produto produzido.
Segundo o Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio do Brasil
(2012) as exportações brasileiras fecharam o ano de 2012 com um valor de US$
242,6 bilhões contra US$ 223,1 bilhões das importações. Apesar do superávit de
US$ 19,4 bilhões do Brasil esse valor foi 34,8% menor em relação a 2011. Ainda
segundo o MDIC do total exportado em 2012 a indústria foi responsável por 51%
do total.
Bonelli e Pinheiro (2012) afirmam que o grande responsável pela queda
acentuada no superávit foi a política cambial do governo. Ainda segundo os
autore, o governo também entende ser este o problema da balança comercial
brasileira tanto que estimula a política de créditos e concede desoneração fiscal a
alguns setores da indústria. Porém eles reconhecem que o Brasil perde em
competitividade por problemas estruturais. Ainda segundo os autores, os fatores
que mais limitam a competitividade industrial além do câmbio são a elevada carga
tributária, a má qualidade da infraestrutura logística, alto custo da energia elétrica
e das telecomunicações além de alguns outros.
16
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. Tratamento de efluentes
Entre os principais objetivos do tratamento de efluentes está a redução da
interferência do ser humano no meio ambiente, afetando sua qualidade. Porém
para sua implantação deve-se também considerar uma tecnologia que reduza o
investimento inicial e os custos de operação, de forma a devolver para a natureza
os insumos utilizados na mesma qualidade sem afetar economicamente a
empresa responsável pelo tratamento (NETTO, 2007).
O tratamento de efluentes abrange vários níveis de tratamento como, por
exemplo, o tratamento preliminar para remoção de sólidos grosseiros, o primário
que tem a função de equalizar e neutralizar o efluente, o secundário que é o
tratamento biológico que é responsável por remover a matéria orgânica e o
terciário que varia de acordo com o tipo de efluente, pois tem a função de remover
compostos específicos. A maioria das estações de tratamento de efluentes
operando no Brasil atingem apenas até o segundo estágio, sendo este o mais
importante pois é nessa etapa que ocorre a maior remoção de matéria orgânica
dessa forma é importante ter conhecimento e compreensão sobre seu
funcionamento para que seja tomada a decisão adequada do tipo e forma do
tratamento biológico de acordo com a procedência do efluente (LOPES, 2013).
O tratamento secundário converte carboidratos, óleos e graxas e
proteínas a compostos moleculares menores como, por exemplo, CH4, CO2, H2O,
H2S, NH3, etc. dependendo do tipo de processo de tratamento (CAMPOS, 1999).
2.1.1. Tratamento anaeróbio
O tratamento anaeróbio de efluentes baseia-se na decomposição da
matéria orgânica pelos micro-organismos na ausência de oxigênio a fim de reduzir
o tamanho das partículas a ponto de torná-las solúveis no meio. Desta
decomposição obtém-se o biogás, um combustível formado principalmente por
metano (CH4) e gás carbônico (CO2) além de outros gases em pequenas
17
concentrações que variam de acordo com o tipo de efluente que está sendo
tratado e entre esses outros gases destaca-se negativamente o H2S pelo seu alto
poder de corrosão. (HENZE e HARREMÖES, 1983)
Chernicaro (2000) diz que no tratamento anaeróbio ocorre a maior parte
da conversão da matéria orgânica. Nessa etapa entre 70 e 90% da matéria
orgânica é convertida a biogás (Figura 1), entre 5 e 15% convertida em biomassa
microbiana, ou seja, o lodo do sistema e entre 10 e 30% continuam no elfuente
final.
Figura 1: Esquema de conversão de matéria orgânica para um reator anaeróbio.
(CHERNICARO, 2000, adaptado)
Von Sperling (2005) descreve a reação (Eq. 1) e cita vantagens e
desvantagens do processo de tratamento anaeróbio em relação ao processo de
tratamento aeróbio.
C6H12O6 → 3CO2 + 3CH4 + Energia (Eq.: 1)
As principais vantagens são a menor geração de lodo, menor consumo de
energia elétrica e a produção de metano que pode ser usado como alternativa
18
energética e como as principais desvantagens a menor taxa de crescimento
microbiano, menor estabilidade operacional que requer maior controle, não
remove NH4+ necessitando por isso algumas vezes de uma etapa de pós-
tratamento, maior sensibilidade a substâncias tóxicas e a produção de gases H2S
que causa mau odor e corroem estruturas metálicas.
Já Van Haadel e Leittinga (1994) descrevem a reação de acordo com a
equação 2:
CXHYOZ + (4X – Y – 2Z)/4 H2O → (4X – Y + 2Z)/8 CO2 + (4X + Y – 2Z)/8 CH4 + Energia
(Eq.: 2)
Long (1986) diz que o processo de conversão anaeróbia ocorre em três
etapas, a hidrolítica, a acidogênica e a metanogênica, e são descritas como
seguem.
Na etapa hidrolítica a matéria orgânica complexa é convertida a ácidos
por bactérias contidas no próprio efluente, esta reação nada mais é do que
converter moléculas complexas (principalmente gorduras e proteínas) em
moléculas mais simples.
Na etapa acidogênica as bactérias acidogênicas convertem a matéria
orgânica a compostos mais simples como ácido acético e propiônico. A
experiência mostra que as bactérias acidogênicas são essencialmente anaeróbias
o que torna importante ter um reator livre de oxigênio.
Na etapa metanogênica é onde ocorre a remoção da matéria orgânica. A
conversão dos ácidos orgânicos a metano, dióxido de carbono e água. A matéria
orgânica é removida devido a liberação dos gases CH4 e CO2.
2.1.2. Tratamento aeróbio
Nesse processo a matéria orgânica é a fonte de carbono e energia
(doador de elétrons), e o oxigênio o aceptor final de elétrons. O processo de
tratamento aeróbio de efluentes consiste na decomposição da matéria orgânica
19
na presença de oxigênio seja de forma natural o que caracteriza uma
decomposição mais lenta ou introduzido de forma artificial através de sopradores
ou agitadores o que aumenta a concentração de oxigênio disponível acelerando
muito o tempo necessário para a decomposição da matéria orgânica, dada pela
equação 3 descrita por Von Sperling (2005).
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energia (Eq.: 3)
Um dos sistemas mais utilizados é o por lodos ativados pois requerem
menos área para instalação em situações em que há grande volume de efluentes
para serem tratados porém exigem uma maior mecanização o que geram um
gasto com energia elétrica muito maior que outros modelos de tratamento
aeróbios.
Van Haadel e Leittinga (1994) descrevem a reação de acordo com a
equação 4:
CXHYOZ + ¼ (4X + Y – 2Z)O2 → X CO2 + Y/2 H2O + Energia (Eq.: 4)
Nesse sistema a matéria orgânica é removida pelo processo de lodos
ativados através da oxidação em um tanque de aeração, tanque de decantação e
recirculação de lodo. Este processo é muito eficiente devido a alta concentração
de biomassa dentro do tanque de aeração aumentando assim o consumo de
substrato (PEREIRA, 2007).
Assim como para o tratamento anaeróbio, Chernicaro (2000) descreve a
conversão da matéria orgânica para o tratamento aeróbio sendo que da matéria
orgânica total que entra no processo de tratamento entre 40 e 50% é convertida a
CO2, de 5 a 10% em efluente final e o que mais chama a atenção, o lodo, que
provem entre 50 e 60% da matéria orgânica de entrada, como ilustra a figura 2.
20
Figura 2: Esquema de conversão de matéria orgânica para um reator aeróbio.
(CHERNICARO, 2007, adaptado)
Von Sperling (2005) cita algumas vantagens e desvantagens do processo
de tratamento aeróbio em relação ao processo anaeróbio de tratamento sendo
que dentre as vantagens se destacam a alta taxa de crescimento microbiano, a
maior estabilidade do sistema, a maior eficiência na decomposição dos poluentes
e a remoção do NH4+ enquanto as principais desvantagens são a maior geração
de lodo que deve ser tratado, que pode conter metais pesados de acordo com o
tipo de efluente, e o grande consumo de energia para introduzir artificialmente o
oxigênio no sistema.
2.1.2.1 Lodo aeróbio
Bactérias que se agregam formando flocos, que também congregam
bactérias filamentosas é a forma a qual se refere Class e Maia (2003) ao lodo
ativado de reatores aeróbios de tratamento de efluentes. Ainda segundo Class e
Maia (2003) existem os ciliados livre-nadantes e outro micrometazoários que se
movem entre as outras.
21
Apesar de fundamental no processo de tratamento aeróbio, o crescimento
das bactérias deve ser controlado pois o excesso de lodo pode prejudicar a
decantação. Isso ocorre porque uma grande quantidade de lodo demanda mais
oxigênio, que pode chegar a ser maior que a capacidade de oxigenação do
sistema, levando assim a flotação desse lodo no decantador em busca do
oxigênio do ar (ROSSETTI; TOMEI; NIELSEN; TANDOI, 2005).
2.1.3. Sistema combinado de tratamento
Em tese qualquer processo completo de tratamento de dejetos pode ter
em série tanques anaeróbios e aeróbios para a remoção da matéria orgânica e
posterior nitrificação/desnitrificação, seja na configuração anaeróbio-aeróbio ou
anaeróbio-aeróbio-anaeróbio. As pesquisas recentes apontam que quaisquer
dessas combinações apresentam resultados interessantes (FILHO, 2011).
A utilização do reator UASB (reator anaeróbio de manta de lodo) antes do
processo aeróbio (lodos ativados) reduz em até 50% o volume do reator aeróbio
(VAN HAANDEL e MARAIS, 1999).
O reator UASB é anaeróbio contém uma manta de lodo na parte inferior
que é responsável pela decomposição da matéria orgânica (Figura 3) enquanto a
parte superior realiza a sedimentação do efluente.
22
Figura 3: Esquema de um reator UASB. (CHERNICARO, 2007, adaptado)
Chernicaro (2007) cita que muitas são as vantagens da utilização do
reator UASB, em espacial em regiões de clima quente, dentre as quais se
destacam a necessidade de uma pequena área para a sua construção, a
facilidade e baixo custo para operar o sistema além da geração de lodo ser muito
baixa em relação a outros sistemas semelhantes. Von Sperling (2005) destaca
ainda sua eficiência na remoção da DBO (demanda bioquímica de oxigênio) que
gira em torno de 60 a 75%.
Para Van Haandel e Marais (1999) a menor necessidade de oxigenação
do reator de lodo ativado, com a instalação do reator UASB antes do processo
aeróbio, e consequente redução do consumo de energia elétrica justifica o
investimento. Além disso o UASB atua como tanque equalizador fazendo que o
efluente entre no reator aeróbio com uma carga orgânica mais estável diminuindo
oscilações na demanda de oxigênio aumentando assim a capacidade de aeração.
Outro fator que torna interessante a utilização de um sistema anaeróbio antes do
23
tanque de aeração é a menor carga orgânica na estrada e em consequência uma
menor necessidade de injetar oxigênio no sistema. A combinação desses dois
fatores diminui a formação de lodo que é um problema do sistema aeróbio pois
necessita ter processamento e destinação corretas.
2.1.4. Efluentes das indústrias de bebidas
As indústrias de refrigerantes e cervejas consomem altas quantidades de
água nos seus processos produtivos sendo que para cada litro de refrigerante são
necessários 2L de água e para cada litro de cerveja são necessários de 7 a 10L
de água (e de 4 a 7L de água, segundo a CETESB). Por esse motivo a
proximidade a rios é fator decisivo para a escolha da localização da indústria de
bebidas (PANORAMA SETORIAL, 1998).
Conhecer a microbiologia do tratamento de efluentes é fator de extrema
importância para que haja a otimização do processo de tratamento segundo Von
Sperling (2005).
Esgotos produzidos em indústrias de alimentos em geral possuem altas
cargas orgânicas como carboidratos, proteínas e alguns lipídeos. Na indústria, o
tratamento anaeróbio tornou-se muito interessante economicamente pois o
volume de efluentes é muito grande e tratá-lo via processo aeróbio tornaria
inviável para as pretensões de qualquer indústria (HENZE e HARREMÖES,
1983).
2.2. Seis sigmas
O seis sigma foi desenvolvido pela MOTOROLA na década de 80 e
inicialmente consistia apenas no objetivo de contar os defeitos nos produtos e
gerir a variabilidade para melhorar a qualidade (CORONADO, 2002).
Segundo Montgomery (2004) o conceito Seis Sigmas da Motorola tem por
objetivo reduzir a variabilidade de modo que não ultrapasse seis desvios padrão
da média. Dessa maneira a probabilidade do produtor estar dentro da
especificação é de 0,9999998 ou 0,2 ppm, bem melhor que na situação anterior
24
trabalhando com três desvios padrão de cada lado da média. Para este caso a
probabilidade de se produzir um produto dentro das especificações é de 0,9973,
ou seja, 2700 partes por milhão. Isso parece muito bom mas para um
equipamento com 100 componentes esse valor é elevado a 100ª potência -
(0,9973)100) = 0,7631- o que resulta em cerca de 23,7% dos produtos produzidos
dentro do padrão três sigmas fora da especificação o que é algo inaceitável.
Para Werkema (2004)
[...] O Seis Sigma é uma estratégia gerencial disciplinada e altamente
quantitativa, que tem como objetivo aumentar expressivamente a performance e a
lucratividade das empresas, por meio da melhoria contínua da qualidade de produtos
e processos e do aumento da satisfação dos clientes e consumidores, levando em
conta todos os aspectos importantes de um negócio.
Hahn, Hill, Hoerl e Zinkgraf (1999) dizem que o seis sigma busca a
redução continua da variabilidade fora das especificações.
A definição de Pande, Neuman e Cavanagh (2000) diz que o seis sigma
tem por objetivo compreender as necessidades dos clientes visando conquistar,
manter e maximizar o sucesso empresarial.
2.3. DMAIC
Keller (2005) explica que o DMAIC nada mais é do que a variação do ciclo
PDCA (planejar, fazer, verificar e agir) que foi criado pela Motorola na década de
80 para otimizar seu processo produtivo a fim de tornar a empresa mais
competitiva. O DMAIC é hoje considerado a espinha dorsal na busca do Seis
Sigma. Na figura 4 tem uma comparação entre suas fases a as do PDCA no que
diz respeito ao tempo de cada uma de suas fases.
25
Figura 4: Comparativo DMAIC/PDCA (WERKEMA, 2004, adaptado)
Para a implantação da cultura seis sigma é necessário a definição de um
roteiro de atividades, para isto uma amplamente aplicada é o DMAIC. Hahn
(2000) destaca o uso da metodologia DMAIC, pois ela tem uma ordem
cronológica de ação e raciocínio que facilita a implantação do conceito.
A primeira etapa é a definir e consiste em esclarecer qual o “efeito” não
desejado de um processo que deve ser eliminado ou melhorado. No fim dessa
etapa deve-se ter como resultados uma definição clara da melhoria a ser feita e
como ela deve ser medida, um mapa da situação atual do processo e a formação
de uma equipe de trabalho comprometida com o resultado.
A segunda é a medir onde o foco é reunir as informações da situação
atual relevantes ao projeto. Devem-se obter os dados que identifiquem a
localização ou a ocorrência do problema e validar o sistema de medição dos
resultados que será adotada.
Em seguida vem a etapa analisar é onde se deve identificar a causa raiz
do problema e planejar ações para erradicá-las.
26
A penúltima etapa é a implementar e é neste momento onde as melhorias
se materializam conforme planejadas na etapa anterior e devem ser testadas.
Se o objetivo não for alcançado nesta etapa (Werkema, 2004) se deve
retornar a etapa medir e reiniciar o processo com maior aprofundamento de todos
os passos para que se consiga atingir o objetivo. Caso o objetivo tenha sido
alcançado deve--se então seguir para a próxima e última etapa do DMAIC.
Na etapa controlar o principal objetivo é validar se as soluções
implementadas atendem os requisitos e buscar a manutenção dos ganhos através
de padronização, além de medir continuamente o processo a fim de confirmar a
eficácia das melhorias implementadas.
Werkema (2004) ainda resalta que é de extrema importância que algumas
questões que não foram tratadas, sejam recomendadas como sugestões de
projetos posteriores.
2.4. Lean manufacturing
Lean manufacturing consiste em produzir cada vez mais com cada
vez menos, sendo denominado de produção enxuta, tendo origem no Sistema
Toyota de Produção. O lean tem como meta reduzir ou eliminar sete tipos de
desperdícios que são: defeito (nos produtos), excesso de produção (mercadorias
desnecessárias), estoques (mercadorias à espera de processamento ou
consumo), processamento (desnecessário), movimento desnecessário (de
pessoas), transporte desnecessário (de mercadorias) e espera (dos funcionários
pelo equipamento que está sendo processado ou por atividade anterior), mas há
ainda um consenso para a inclusão de um oitavo desperdício, o de talentos, ou
seja, a utilização de mão de obra qualificada em trabalho que exige uma
capacidade técnica muito abaixo do que o profissional possui (WERKEMA, 2006).
George (2002) afirma que o Lean Seis Sigma foca nas atividades que
mais contribuem de forma negativa para os atrasos, pois estas apresentam
maiores oportunidades de ganhos em custo e qualidade.
27
Existe uma discussão em torno do Seis Sigma e o Lean sobre pontos
positivos de cada um deles e assim poder analisar qual o indicado para cada tipo
de projeto. Para o Seis Sigma, Fernandes e Ramos (2006) apontam como pontos
fortes o foco no ganho financeiro e a utilização de uma metodologia (DMAIC) para
a resolução do problema já que está tem a capacidade de direcionar o projeto do
começo ao fim além de possuir uma hierarquia para a execução do projeto
(Champion, Master Black Belt, Black Belt, etc). Já para os pontos fortes do Lean
Seis Sigma, Fernandes e Ramos (2006) ressaltam como pontos positivos a
separação entre atividades que agregam e que não agregam valor e a utilização
da ferramenta Kaisen, pois são projetos de curta duração mas que implementam
boas melhorias.
28
3. MÉTODO
O presente trabalho seguiu o formato de um projeto pesquisa-ação, que
pode lançar mão de técnicas de natureza qualitativas e quantitativas para coleta
de dados, feedback dos dados, análise dos dados, planejamento da ação,
implementação da ação e avaliação dos resultados. Para seguir essa metodologia
foi utilizado o DMAIC.
O objetivo quantitativo foi definido pela gerência da cervejaria e está
indicado no Project Charter.
3.1. Apresentação da empresa
A cervejaria é uma grande multinacional que está na lista das maiores do
mundo e nos últimos anos tem intensificado, com sucesso, sua presença em
mercados de países emergentes. Sucesso este já consolidado em toda a Europa
e Estados Unidos.
As informações contidas neste projeto foram levantas por uma equipe de
melhoria interna da cervejaria que será constituída por cinco pessoas sendo um
inspetor técnico, dois operadores da ETE, um programador de manutenção e um
estagiário que contaram com o suporte do gerente, do coordenador, da analista
de laboratório e dos demais operadores da ETE.
3.2. Método de análise dos dados
Em respeito ao sigilo industrial, não foram apresentadas fotos dos
equipamentos e para apresentar os resultados foram adotados índices utilizando
sempre como base o volume de efluente tratado, assim o consumo de energia
elétrica foi apresentado como kWh/m³ de efluente tratado e o volume de lodo
centrifugado enviado à compostagem como kg/m³ de efluente tratado.
Devido a produção de cerveja no Brasil ser variável de acordo com a
estação do ano e clima, afinal o consumo nacional se dá em meses mais quentes,
29
a comparação das informações e resultados foi feita com base nos mesmos
meses dos diferentes anos por ser considerada a maneira que menos houvesse
interferências externas na coleta de dados, pois o volume previsto de efluente a
ser tratado nos mesmos meses, apesar de anos diferentes, são muito parecidos.
Além do fato de variação do volume de produção ao longo do ano e por
consequência do volume de efluente a ser tratado, há diferentes tipos de cerveja
e há algumas que são produzidas apenas em determinados meses do ano por
serem típicas de determinada estação. A partir dessa informação temos
ingredientes e processos de produção ligeiramente distintos operando nesses
meses o que poderia interferir na característica do efluente a ser tratado. Com o
objetivo de eliminar uma possível interferência nos resultados obtidos também se
justifica a adoção do método de comparar acima citado.
Por fim, ao final do projeto foi adotada uma forma de controle do índice
para verificar a continuidade das ações implementadas e manutenção dos
resultados obtidos.
3.3. Área estudada
O presente estudo abrangeu todo o sistema de tratamento de efluente da
Cervejaria, tanto a área do tratamento anaeróbio quanto a área do tratamento
aeróbio que funcionam em paralelo conforme a figura 5.
30
Figura 5 – Fluxograma da ETE da Cervejaria.
O sistema de tratamento da empresa é composto de diversas etapas e
compreende uma caixa coletora que recebe todo efluente gerado pela planta
(efluente industrial e sanitário), dois tanques de equalização, um tanque de
acidificação, três reatores anaeróbios tipo UASB, um reator aeróbio, dois
decantadores e três caixas de efluente tratado (saídas finais) das quais duas se
convertem em uma.
3.4. Fonte de informações
O início do estudo foi embasado nas informações que a empresa possui
referente aos anos anteriores e arquivadas em planilhas eletrônicas, enquanto o
consumo de energia elétrica após o início do projeto de melhoria foi monitorado
diariamente e totalizados ao final de cada mês através de kilowattímetros
instalados de maneira que possibilita o acompanhamento do consumo
estratificado por sub áreas do tratamento de efluentes sendo elas dividas em
tratamento anaeróbio (inclui desde agitadores até bombas de transferência de
efluente), tratamento aeróbio (também inclui agitadores e bombas de
transferência de efluente) e outros (compreende principalmente as bombas
dosadoras de produtos químicos, painéis de controle, iluminação da sala de
comando da operação e das vias da área do tratamento de efluentes).
31
O volume de lodo centrifugado e destinado a compostagem foi obtido com
base nas notas fiscais fornecidas pela empresa responsável pela retirada e
destinação do mesmo de dentro da Cervejaria. Esse procedimento foi adotado por
ser considerado mais confiável por obter essa informação por se tratar de um
documento de interesse de ambas as partes, pois é razão de receita e custo,
respectivamente, para as empresas.
3.5. Proposição de melhoria e aplicação
Por se tratar de um projeto real, que visa resultados econômicos e
ambientais, durante o estudo foram propostas modificações, melhorias e
aprofundamento nos estudos assim que identificadas oportunidades para que
fossem realizadas.
3.6. Aplicação da metodologia
A aplicação da metodologia para aumentar a eficiência energética da ETE
seguiu os passos do DMAIC (definir, medir, analisar, implementar e controlar) e
teve como objetivo principal aumentar a eficiência energética do processo de
tratamento de efluentes da cervejaria.
O desenvolvimento do projeto seguiu a metodologia DMAIC explicada
acima e, portanto a apresentação da metodologia será feita de acordo com as
fases citadas mostrando todas as ações que foram tomadas para atingir o
objetivo.
Foi seguido o cronograma (Tabela 1) previsto no início do projeto para
cada etapa do DMAIC e cada uma dessas etapas procurou seguir o que
determina a literatura sem avançar às etapas finais sem antes concluir as
anteriores para garantir o sucesso do trabalho.
32
Tabela 1 – Cronograma de atividades e desenvolvimento do DMAIC
O cronograma do DMAIC teve como guia para cada etapa as ações
listadas na figura 6, conforme foi encontrada na literatura.
33
Figura 6 – Etapas DMAIC (PANDE, NEUMAN e CAVANAGH, 2000, adaptado)
34
4. RESULTADOS
4.1. Definir escopo
Foi definida a necessidade de montar uma equipe para o projeto e
oficializada através do Project Charter (figura 7) dada a importância ambiental e
econômica da redução do consumo de energia na ETE para a Cervejaria pois de
acordo com o levantamento do histórico do problema houve um aumento
significativo no consumo energético no processo de tratamento entre os últimos
três anos, em especial entre 2011 e 2012, a partir disso foi calculado o retorno
econômico e analisada a viabilidade do projeto.
Figura 7 – Project Charter do time de aumento da eficiência energética da ETE
35
O Project Charter contem o nome dos integrantes da equipe responsáveis
pelo desenvolvimento do projeto bem como seu líder, o sponsor, data de início e
prazo para o término do projeto, a descrição do projeto, os riscos e as metas.
Foi definido para o projeto que a meta seria uma redução do índice em
30% em relação a 2012 porque isso resulta em um índice de 1,32 kWh/m³ que é
comparável ao índice de 2010 (1,34 kWh/m³) ano que, dentro da documentação
arquivada, possui o menor índice e representando assim um valor realista e
possível de alcançar.
Então para este projeto foi definido como critério de avaliação um
comparativo entre os mesmos meses dos anos de 2012 e 2013 devido ao fato
das indústrias de cervejas terem produção variável durante o ano, o que afeta o
volume de efluentes gerado e por consequência o consumo de energia elétrica,
produtos químicos e lodo para compostagem.
A fim de entender melhor todo o processo foi desenhado um mapa geral
através de um SIPOC (figura 8) que inclui os fornecedores, as entradas, a saída e
o cliente, além dos 7 (sete) principais passos dos processo de tratamento de
efluentes.
Figura 8 - SIPOC
36
4.2. Mapear a situação atual
Foi feito um levantamento completo da situação atual do problema com o
objetivo de entender as causas do incremento do índice nos últimos anos e assim
facilitar a atuação do time.
Entre os anos de 2010 e 2012 houve um aumento de mais de 40% no
índice do consumo de energia elétrica e entre os anos de 2011 e 2012 foram 25%
como pode ser observado no gráfico 2.
Gráfico 2 – Consumo anual acumulado de energia elétrica por volume de efluente
Para entender o que pode ter ocorrido nos últimos anos a fim de descobrir
se há motivo para o aumento do consumo de energia elétrica a equipe de trabalho
levantou qual foi o aumento da carga orgânica do efluente que é tratado pela
ETE.
Como não haviam dados confiáveis que possibilitassem a análise da
carga orgânica que a ETE tratou em 2010 foi realizado o estudo com base na
diferença entre 2011 e 2012. Por se tratar de informação confidencial da empresa
1,35 1,51
1,89
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2010 2011 2012
Consumo de energia elétrica por volume de efluente tratado
Índice (kWh/m³)
37
os valores serão apresentados na forma de incremento percentual como no
gráfico 3 abaixo.
Gráfico 3 – Incremento na carga orgânica total anual no efluente tratado
Comparando o incremento da carga orgânica tratada pela ETE (7%) e o
aumento do consumo de energia elétrica no período (25%) reforça a necessidade
de um estudo mais aprofundado para investigar a causa do problema.
O gráfico 4 representa que vem aumentando o consumo de energia
elétrica e interromper essa tendência foi um dos motivos para o início do time
dentro da empresa.
38
Gráfico 4 – Continuidade de crescimento do consumo a cada ano para os
mesmos meses
Foi feito um levantamento técnico no manual do da empresa responsável
pela implantação da ETE para identificar possíveis operações incorretas com os
reatores ou o tanque de oxidação que exigissem uma demanda maior de
oxigenação, já que a literatura (VON SPERLING, 2005) sobre o tema aponta
como “vilão” no consumo de energia em tratamentos de efluentes o processo de
aeração.
Os sopradores de ar não tinham medidores de consumo de energia
elétrica exclusivos então foram instalados horímetros para calcular o tempo de
funcionamento de cada um dos três sopradores, essa ação foi tomada
imediatamente, pois foi considerada fundamental para mapear a situação atual
antes do início das ações de melhoria.
No decorrer dessa fase foi feito também um levantamento do consumo de
energia elétrica estratificado na área da ETE em ETE anaeróbio, ETE aeróbio e
outros (que compreende algumas bombas dosadoras de produtos químicos e a
sala de operação onde encontram-se alguns painéis elétricos) para o ano de
2012.
39
Como é observado no gráfico 5, sobre a estratificação do consumo de
energia elétrica, o maior índice de consumo (60,2%) foi na área denominada de
tratamento aeróbio.
Gráfico 5 – Estratificação do consumo de energia elétrica na ETE
A partir da informação de consumo estratificada por áreas definiu-se a
área foco do projeto levando em conta o maior consumo de energia elétrica.
Verificando os equipamentos que eram responsáveis por esse resultado
concluiu-se através da potência dos equipamentos que o maior “vilão” eram os
três sopradores de ar que alimentavam o TO (tanque de oxidação), assim foi
criado uma sistemática de medição especifica para os sopradores de ar,
utilizando os horímetros instalados no início do projeto, no qual foi verificada
diariamente o índice para os sopradores a partir de fevereiro, conforme resumo na
tabela 2 e completa no anexo 1.
13,70%
26,10%
60,20%
0,00%
10,00%
20,00%
30,00%
40,00%
50,00%
60,00%
70,00%
Outros ETE Anaeróbio
ETE Aeróbio
Consumo de Energia por área da ETE em 2012 (%) Consumo de Energia por área da ETE (%)
40
Tabela 2 – Controle diário do consumo dos sopradores (editado)
A partir dessas informações foi determinado como limite diário, dentro do
padrão estabelecido, o valor de 0,3 kWh/m³ e a partir disso sempre que fosse
ultrapassado passado o limite por, no mínimo, três dias consecutivos seria
necessário realizar uma análise de falhas nos padrões determinados pela área de
qualidade da cervejaria (diagrama de causa-efeito, priorização, análise dos 5
porquês e plano de ação).
Para essa atividade foi criada uma LPP (Lição Ponto a Ponto) para treinar
a operação sobre a correta maneira de coletar as informações dos horímetros de
horas em funcionamento dos sopradores de ar (anexo 2).
4.3. Analisar a situação atual e definir ações de melhoria
Nesta etapa foi feito um Brainstorm (figura 9) com a participação dos
integrantes do time e o coordenador da área para levantar possíveis defeitos
relacionando-os com um equipamento ou área afetada e o tipo da falha.
41
Figura 9 - Brainstorm
Após o brainstorm a cada uma das possíveis falhas foi atribuída uma fase
ou equipamento em que ela ocorre, uma causa, um tipo e desenvolvida uma tese
para seu efeito.
42
Tabela 3 – Classificação dos defeitos
Com o objetivo de obter um direcionamento de onde concentrar os
esforços a partir dos possíveis defeitos, entender o padrão de ocorrência e
rastrear os principais fatores que contribuem para a existência do problema foram
classificados cada um deles a fim de obter um diagrama de Pareto. Para isso
foram atribuídos valores de acordo com a frequência que cada defeito ocorre.
43
Tabela 4 – Matriz QA (qualidade assegurada)
Após o levantamento dos possíveis defeitos e das fases que podem
afeitar o índice de energia elétrica foi feito o cruzamento dando diferentes pesos
para cada defeito e fase.
A partir desse cruzamento obteve-se um diagrama de Pareto (gráfico 6)
com os pontos mais relevantes e que devem ser atacados prioritariamente pelo
44
time. Estes pontos foram definidos como os com maior potencial para resolução
do problema e partir deles foram definidos ações para chegar a meta.
Gráfico 6 – Diagrama de Pareto
Com o resultado do consumo estratificado por áreas em mãos foram
então definidas as ações testes que auxiliariam na análise do sistema de
tratamento. Por se tratar de um processo que trabalha com bactérias sensíveis a
variações de matéria orgânica, temperatura e pH, que no caso de perda
demandaria um alto investimento na aquisição de novos organismos, todas as
ações deveriam passar por aprovação prévio do sponsor do projeto.
1 • Parar o funcionamento do R3 – o R3 e o TO foram construídos há 17 anos
com o intuito de reduzir o odor que era emitido pelo processo de tratamento,
porém com a mudança dos produtos fabricados nesta planta houve mudanças
também na característica do efluente que chegava a ETE. Apesar de diminuída a
necessidade de reduzir o odor, com a mudança da legislação que até então não
45
determinava um limite de concentração para o nitrogênio amoniacal no efluente
que seria despejado no corpo receptor, o funcionamento do R3 e do TO foram
mantidos, pois eles tinham a capacidade de reduzir a quase zero a concentração
do nitrogênio amoniacal no efluente;
2 • Recircular o efluente do decantador 1 para o TO já que este possui menor
carga orgânica – operando na sua vazão nominal o TO tem capacidade de tratar
6.000m³/dia de efluente e conhecendo a rotina na ETE sabia-se que era maior
que a média do volume de efluente tratado por dia. Dessa forma poderia ser
alteração o fluxo do efluente do decantador 1 para o TO antes dele seguir para o
corpo receptor. A passagem pelo tratamento aeróbio era fundamental para
remover nitrogênio amoniacal do efluente e atender as especificações da
legislação (CONAMA 430/2011);
3 • Restaurar a condição de base dos sopradores que se encontravam em estado
precário – os mesmos encontravam-se em péssimas condições de conservação e
o plano de manutenção que era cumprido não respeitava as especificações
técnicas do fabricante;
4 • Enviar para calibração o medidor de oxigênio do tanque de oxidação e inseri-lo
em um plano de calibração da fábrica para que apresentasse informações
incorretas aos operadores;
5 • Instalação de um inversor de frequência nos sopradores de maneira que
possibilitasse a dosagem de oxigênio no reator de acordo com a necessidade;
6 • Estudo sobre vantagens na troca de bombas e motores por outros mais
modernos que demandam menor consumo energético;
46
7 • Ações nos escritórios e laboratórios como utilização de iluminação natural e
conscientização dos colaboradores quanto a importância do tema para a
empresa.
Ainda na etapa ”Analisar”, observou-se a partir dos dados obtidos que
logo no início do acompanhamento dos resultados do índice de consumo
específico para os sopradores de ar já haviam vários dias consecutivos acima do
limite (anexo 1) e está destacado na tabela 5.
Tabela 5 – Índices para os sopradores no início de março (editado)
Conforme determinado na fase anterior quando criou-se o método de
controle, foi feita uma análise de falhas nos padrões determinados pela área de
qualidade da cervejaria, conforme demonstrado no anexo 2, dos dias 1, 2, 3 e 4
de março, excluindo assim os dias do mês de fevereiro.
A partir dessa análise de falhas foi determinada uma ação a ser
implementada como descrita abaixo.
8 • Definir uma faixa padrão para oxigênio residual dentro do tanque de aeração
(TO) e a partir disso controlar o acionamento ou desligamento dos sopradores.
4.4. Implementar as melhorias e investigar os desvios
A partir das sugestões de melhorias listadas na fase “analisar” algumas
consideradas viáveis foram implantadas, seja pelo maior potencial de ganho
energético, pela fácil implementação ou pela real necessidade e estão listadas na
tabela 6.
47
Tabela 6 – 5W2H
Item O que Quem Quando Onde Por que Como Quan-
to
1 Desligar R3 Operador 1 30/04/13 -
O R3 possui uma eficiência menor que os
demais reatores
- -
2 Recircular efluente
Operador 1 30/04/13 SF1
Com a parada do R3 o
efluente que será tratado
no TO virá do reciclo, que
possui menor DQO que o tratado pelo
R3
- -
3 Restaurar condições básicas
Programa-dor de
manuten-ção
30/04/13
Fornecedor do
equipamen-to
A manutenção era realizada
na própria cervejaria mas fora do padrão do fornecedor
- -
4 Calibrar
medidor de oxigênio
Programa-dor de
manuten-ção
30/04/13 Empresa
especializa- da
Para garantir que o
operador tenha
informações corretas para
operar
- -
5 Instalar
inversor de frequência
Inspetor técnico
- -
Diminuindo a rotação
economizaria energia elétrica
- -
6 Modernizar bombas e motores
Inspetor técnico
- -
Principalmen-te motores
mais modernos são
mais eficientes
- -
7
Conscientiza- ção dos
colaborado- res
Estagiário 30/04/13 ETE
Para envolver toda a equipe
da ETE no tema
- -
8
Definir padrão de oxigênio residual
Coordena-dor
30/04/13 Tanque de Aeração
Para criar um padrão de operação
- -
48
A primeira melhoria implantada foi a conscientização dos colaboradores
da área e o envolvimento deles no projeto, pois outras tentativas de redução do
consumo de energia elétrica já haviam sido planejadas porém não houve adesão
e entendimento por partes dos colaboradores que diretamente operam o sistema
de tratamento de efluentes da importância do tema pois era desconhecido o custo
que esse consumo acarreta em toda cadeia produtiva. Esse custo, considerado
desnecessário e excessivo, de alguma forma impactava negativamente no preço
final do produto mesmo não tendo relação direta com o mesmo.
Seguindo o que foi apontado no diagrama de Pareto como prioridade para
o time solucionar o desvio, foi elaborada uma análise de falha completa da
situação (diagrama de causa-efeito, priorização, análise dos 5 porquês e plano de
ação) conforme o anexo 4.
Como a restauração completa de três sopradores demandava alto custo,
antes de serem enviados ao fabricante foi realizada uma análise de falhas através
de uma diagrama de causa-efeito, análise dos 5 porquês e terminando com um
plano de ação (anexo 5) para identificar as possíveis causas para a baixa
eficiência dos sopradores e o que deve deveria ser atacado prioritariamente para
solucionar o problema de baixa oxigenação do TO, que acarretava a necessidade
de maior número de sopradores ligados durante mais horas por dia, o que por
consequência resultava em aumento do índice de consumo de energia.
De acordo com a literatura sobre o tema, quanto maior a carga orgânica
de entrada no tanque de oxidação maior é a demanda de oxigênio das bactérias
aeróbias para realizar a decomposição do material, bem como a desnitrificação do
sistema, por esse motivo foi desligado o R3 (reator 3), que segundo as análises
laboratoriais, tinha menor eficiência em relação aos outros dois e era justamente o
reator que estava em série com o tanque de oxidação.
Para garantir que o TO continuassem operando foi instalada uma nova
tubulação que recirculava efluente do decantador 1 (antes da SF1, onde é
contabilizado o volume de efluente tratado) para o TO, como pode ser visto na
figura 10 representada pela linha em verde, e entre o R3 e o TO foi instalada uma
válvula que permanece fechada.
49
Figura 10 – Nova configuração da ETE
Para parar o R3, este foi lavado com efluente tratado, ou seja, o efluente
em processo de tratamento que estava dentro do reator foi substituído pelo
tratado para evitar que no processo de decomposição da matéria orgânica,
quando são liberados ácidos no meio, o reator acidificasse prejudicando assim a
atividade das bactérias. Essa medida foi tomada para manterem ativas as
bactérias permitindo que o R3 esteja disponível para operação futuramente em
caso de eventual necessidade.
Das medidas previamente planejadas três foram consideradas inviáveis,
A primeira se trata da instalação do inversor de frequência nos sopradores. Essa
melhoria foi considerada impossível de realizar, pois o TO possui uma
configuração completamente diferente de um reator convencional com 12 (doze)
metros de altura. Segundo o fabricante, essa coluna d’água impede o uso de um
inversor de frequência (dos que existem no mercado hoje) porque a rotação
menor não conseguiria vencer a coluna de 12 metros. A segunda, a
modernização das bombas e motores, foi desconsiderada pois se tratavam de
bombas e motores de pequeno porte que realizavam apenas a transferência de
efluente entre os tanques e a dosagem de produtos químicos, por isso o retorno
seria muito baixo ou não haveria. Por fim, outra questão que foi inviabilizada foi a
calibração do medidor de oxigênio do TO porque foi considerado pelo
coordenador operar sem esse medidor pois é ele que indica a necessidade de
aeração e auxilia na determinação da qualidade do lodo se relacionado com a
DQO (demanda química de oxigênio).
50
Para possibilitar o controle do consumo de energia elétrica nos
sopradores foi elaborado um padrão de operação, LPP, para controlar o oxigênio
dissolvido no efluente do TO entre 0,5 e 1,5 ppm conforme anexo 6.
4.5. Controlar o processo e definir padrões para manter os resultados
Após a implantação das melhorias foi acompanhado o desempenho
energético do processo de tratamento e feito um paralelo com o mesmo período
dos anos anteriores, quando o volume de produção da Cervejaria é parecido,
como podemos observar no gráfico 7.
Gráfico 7 – Resultados do time durante o período do projeto em relação aos
meses de anos anteriores
Já durante a etapa analisar (fevereiro e março) do DMAIC já se notava
boa melhora em relação ao índice obtido em 2012. Isso ocorreu porque algumas
mudanças já eram implantadas antes mesmo do previsto pelo cronograma porque
na indústria há um dinamismo muito grande e um planejamento, isso então criou
51
oportunidades que não poderiam ser desperdiçadas. Porém, o primeiro mês após
o início do projeto que se observou o cumprimento do objetivo coincidiu com o
mês que foram realizados todos os planos de implementação das melhorias. Por
fim, no mês de maio, quando apenas era observado o comportamento do sistema,
sem qualquer interferência, se alcançou um nível de eficiência energética além do
esperado pela equipe.
Apesar de nos três primeiros meses de 2013 o índice não ter sido
alcançado, os excelentes resultados dos meses seguintes possibilitaram obter
ainda no mês de maio um índice acumulado dentro do objetivo proposto pelo
sponsor (gráfico 8).
Gráfico 8 – Índice acumulado durante os últimos anos
Possibilidade que poderia ter justificado o aumento do consumo de
energia elétrica na estação de tratamento de efluentes, o aumento da carga
orgânica tratada pela ETE, assim como observado entre 2011 e 2012 (+ 7%),
também foi observada entre os anos de 2012 e 2013 sendo que até o mês de
maio dos dois anos foi ainda maior que a diferença entre os anos anteriores
sendo 37% maior, como pode ser observado no gráfico 9. Assim fica
1,35 1,51
1,89
1,30
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80
2,00
2010 2011 2012 Até Maio/2013
Consumo de energia elétrica por volume de efluente tratado
Índice (kWh/m³)
52
demonstrado que mesmo com o aumento da matéria orgânica a ser tratada é
possível manter sob controle o índice de consumo de energia elétrica.
Gráfico 9 - Incremento na carga orgânica tratada pela ETE
Conforme observado na tabela do anexo 1, do controle do índice de
consumo dos sopradores de ar e detalhado na tabela 7 abaixo, a maior parte dos
dias que apresentaram índices acima do limites foram domingos e feriados, dias
que a estação de tratamento operação muito abaixo da capacidade ou não
operam.
Tabela 7 – Consumo energético com destaque aos domingos
Até maio 2012 Até maio 2013
DQO total (mg/L)
DQO total (mg/L)
+ 37%
53
Verificou-se então a necessidade de definir e equalizar a maneira de
operar a ETE nesses dias dito “especiais”. Para solucionar esse problema foi
criada também uma LPP (anexo 7) que instruía a maneira como os operadores
deveriam proceder nestes casos.
Mesmo não tendo sido planejado, observou-se uma redução significativa
no volume de lodo gerado pelo processo aeróbio de tratamento o que também
impactou positivamente nos custos de operação da ETE, já que a destinação e
transporte para compostagem do lodo representavam um custo muito elevado
para a ETE.
Como verificado no gráfico 10, houve uma redução significativa porque a
maior parte do lodo gerado é produzido no processo aeróbio do tratamento e a
redução ocorreu devido ao reciclo de efluentes que vindo do decantador 1 chega
ao TO com menor carga orgânica do que o que era recebida do R3.
Gráfico 10 – Volume de lodo gerado pelo tratamento de efluentes
Essa matéria orgânica sofria decomposição pelas bactérias e as mesmas
necessitavam de maior quantidade de oxigênio para realizar a decomposição e
em consequência se produzia com maior velocidade gerando resíduo no processo
(lodo para centrifugação).
54
O resultado do lodo reforçou muito a importância de manter as melhorias
com foco na manutenção dos resultados pois além do saving alcançado para a
empresa, os resultados estão alinhados com as metas globais da companhia que
busca ser a Cervejaria mais verde do mundo até 2020.
Foram feitas planilhas para realizar o monitoramento continuo do índice e
verificada a possibilidade de reduzir o número de sopradores em funcionamento
foi definido um trigger point de resultado diário e este foi incluído como índice de
qualidade para a empresa.
Verificadas que as ações são eficazes foram alterados os procedimentos
operacionais da estação de tratamento e dado treinamentos aos colaboradores
com base nos novos procedimentos.
55
5. CONCLUSÃO
Dentro da visão pioneira para esta Cervejaria que observou a
oportunidade de reduzir custos na última etapa do processo que é o tratamento
de efluentes e entendeu que isso também impacta de maneira importante no
preço do produto ao consumidor final apesar de não ser um processo que atua
diretamente no beneficiamento do produto, o time de melhoria que trabalhou de
maneira focada durante cinco meses alcançou e superou o objetivo proposto pela
Cervejaria através do gerente de Instalações Industriais, o sponsor do projeto.
O objeto do estudo, aumento da eficiência energética na ETE da
Cervejaria, apresentou significativa redução do consumo de energia elétrica
atingindo índices que até então a empresa não conhecia como possíveis desde
que se começou a realizar as medições de consumo de maneira estratificada
dentro da planta, em 2010. Com isso, o projeto mostrou-se sustentável econômica
e socioambientalmente.
O projeto obteve um ganho econômico considerável para a empresa que
fez chamar a atenção dos estratos mais altos da companhia e se tornou trabalho
reconhecido até mesmos pelos diretores internacionais ao reduzir em 31,2% (de
1,89kWh/m³ para 1,30kWh/m³), acima dos 30% propostos para o projeto, o índice
de consumo de energia elétrica por volume de efluente tratado.
Do ponto de vista ambiental, além da redução do consumo de energia
elétrica alcançou-se um resultado não planejado que foi a redução do volume de
lodo (resíduo do tratamento) centrifugado e destinado a compostagem. Além do
impacto ambiental do resíduo, o processo de destinação ocupa grandes recursos
financeiros para a empresa.
Para alcançar os objetivos a metodologia DMAIC e as ferramentas da
qualidade foram fundamentais para direcionar o estudo mantendo o time dentro
da rota em busca do objetivo, tornando possível o entendimento do problema,
ajudando na sua estratificação e direcionando os esforços.
Dessa maneira, conclui-se que a falha levantada pela empresa possuía
fundamento e solução, sendo que para isso a metodologia adotada, além do
envolvimento dos colaboradores que se dedicaram ao máximo durante o período
56
que o projeto buscava entender e solucionar a falha, foram determinantes para o
sucesso do projeto uma vez que apesar de conhecido o aumento do consumo de
energia elétrica na área da ETE estudada não se conhecia a maneira como atacar
o problema e tampouco como manter os resultados a partir de ações
implementas. Além disso, a planta onde foi realizada a melhoria pôde ajudar a
companhia dentro da sua visão ambiental de ser a Cervejaria mais verde do
mundo até 2020.
Por fim, é importante destacar que foi rodado apenas uma vez o ciclo
DMAIC e como o próprio ciclo propõe é interessante realizar novamente um
projeto nesse estilo para alcançar resultados ainda melhores.
57
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ANEXO 1
62
ANEXO 2
(adaptada)
63
ANEXO 3
64
65
ANEXO 4
66
67
ANEXO 5
68
69
ANEXO 6
(adaptada)
70
ANEXO 7
(adaptada)