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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

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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

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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

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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.

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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

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DBO – Demanda bioquímica de oxigênio

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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

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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

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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

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LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 ......................................................................................................... 17

Equação 2 ......................................................................................................... 18

Equação 3 ......................................................................................................... 19

Equação 4 ......................................................................................................... 19

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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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,

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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.

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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).

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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.

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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.

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Figura 6 – Etapas DMAIC (PANDE, NEUMAN e CAVANAGH, 2000, adaptado)

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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

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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

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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)

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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.

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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.

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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 (%)

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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.

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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.

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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.

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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

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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

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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;

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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.

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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

- -

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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.

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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).

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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

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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)

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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%

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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).

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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.

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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

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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.

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ANEXO 1

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ANEXO 2

(adaptada)

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ANEXO 3

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ANEXO 4

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ANEXO 5

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ANEXO 6

(adaptada)

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ANEXO 7

(adaptada)